摘要：为增强控制系统对磁悬浮列车系统参数变化的适应性、抑制车轨共振，磁悬浮控制器通常采用双环控制的方法。随着高速数字信号处理器( dsp)的出现，磁悬浮控制器实现了数字化。在详细分析各种数字化磁悬浮控制器的基础上，提出了一种新型的适用于双环控制的基于dsp和现场可编程门阵列(fpga)的磁悬浮控制器，并进行了软、硬件设计和试验验证。理论分析和试验结果表明：该控制器结构简单合理、高速有效，能够完成先进的悬浮控制算法。

    关键词：双环控制：数字信号处理器；现场可编程门阵列；磁悬浮控制器；数字控制

    中国分类号：tm 301.2文献标志码：a文章编号：1673-6540(2010)07-0042-04

    为增强控制系统对磁悬浮列车系统参数变化的适应性、抑制车轨共振，磁悬浮控制器通常采用双环控制，即把磁悬浮控制器分为电流环子控制器和位置环子控制器，如图1所示：位置环由间隙信号测量值s和给定间隙值sref组成；电流环由电流信号测量值和给定电流值iref，组成。文献[1]提出将磁息浮系统分解为电流环和悬浮子控制系统两个串行、解耦的子系统来设计控制器；文献[2]提出将悬浮系统分为电流环和位置环进行控制，并设计了以tms320f2407数字信号处理器（dsp）为核心的控制器对其进行试验验证；文献[3]对磁悬浮控制器的电流环作了研究，并设计了实用模拟电流环电路；文献[4]对磁悬浮列车悬浮控制器的电流环进行了深入研究，并提出了次速电流环的概念；文献[5]对磁悬浮控制器数字化进行了分析，并采用mc80c196单片机予以实现；文献[6]用dsp实现了磁悬浮控制器。

    在磁悬浮控制系统中，电流环控制非常重要，系统降阶的依据就是电流环具有足够快的速度。但是，在电流环调节过程中，由于电磁铁线圈电感和电阻不断变化，因此电流环的系统参数不是固定的。另外，由于电流环是内环，位置环是外环，要求电流环比位置环具有更快的速度。

    在以往的磁悬浮控制中，由于硬件成本和单片机运算速度等原因，通常采用模拟电路实现磁悬浮控制器。模拟磁悬浮控制器存在灵活性差、抗干扰性差、参数调整困难等方面的缺点。随着dsp等的应用，数字化磁悬浮控制器得到了广泛推广，并且随着双环控制理论的应用，出现了三种数字磁悬浮控制器结构：第一种是半数字化结构的控制器，即位置环采用dsp实现，电流环采用模拟电路实现；第二种是用单个dsp实现位置环和电流环的数字双环单dsp控制器；第三种是双dsp结构的磁悬浮控制器，即用一个dsp实现电流环控制，另一个dsp实现位置环控制。

    本文对各种数字磁悬浮控制器进行分析，提出了一种结构简单、性能优越，更适合于双环控制的基于dsp和现场可编程门阵列(fpca)的新型磷悬浮控制器。

    第一种半数字化结构磁悬浮控制器还没有完全实现电流环的数字化，存在明显不足，这里不作详细分析。本文重点分析数字双环单dsp控制器和双dsp结构的磁悬浮控制器。

    数字双环单dsp控制器如图2所示。图中dsp采用ti公司的tms320lf2407或tms320f2812。由于tms320lf2407和tms320f 2812内部自带的片内ad芯片转换误差较大、抗干扰能力较弱，对于悬浮控制器这种采样精度要求较高，且工作环境比较恶劣的情况，其片内a/d往往不能达到要求，因此需要外扩a/d。dsp与外围芯片之间的地址逻辑由复杂可编程逻辑控制器(cpld)实现。

    这种数字双环单dsp控制器虽然能够实现位置环和电流环的数字化控制，但存在以下缺点：

    (1)采样频率必须以电流环采样速度为准，需要保持高采样速度；

    (2)控制周期必须以电流环控制周期为准，保持高速运行，系统负荷重；

    (3)在软件设计上，电流环和位置环不能完全解耦，调试困难；

    (4)试