磁悬浮轴承控制器MAX115与DSP的接口设计
在五自由度主动磁悬浮轴承控制系统中,采用由工控PC+DSP控制器的架构是一种较好的方法,而DSP核心控制器则是磁悬浮轴承控制系统中非常重要的一部分,对主轴位置信号的精确采集是DSP控制器的首要任务。在本控制器中采用MAX115对主轴位置的模拟信号进行采集。
磁悬浮控制器中的ADC选择
在磁悬浮主轴控制器的设计中,对主轴位置的测量是至关重要的。位置传感器的信号经过适当的信号调理电路处理后被传送到A/D采样通道,ADC把得到的模拟信号转换成相应的数字信号,芯片采样的精度和分辨率以及采样转换时间是非常重要的技术参数,它们直接决定着控制速度和控制精度。本控制器中采用的传感器是一种电涡流位移传感器。它是一种高精度无接触式传感器。
本系统要求能分辨1mm位置信号,根据传感器的传感特性,必须要求有至少为12位的分辨率。同时本系统中要求绝对精度不低于±1LSB。 由于磁力轴承系统要求的控制周期很短(一般小于200ms),故要求ADC的采样时间也必须很快(一般在20ms内)。
综上考虑选用Maxim公司的MAX115作为ADC来完成主轴位置信号的采集。MAX115是12位2×4通道同步采样逐次比较型ADC,其具有两组ADC,每组4通道连续采集保持;单通道转换时间为2ms;转换精度±1/2LSB;4通道传输率为16ksps;并且内部具有2.5V参考电压和10MHz时钟,极大地精简了外部附加电路;其高速的并行接口可以方便地与DSP相连。
MAX115与TMS320F240的接口电路
图1是磁悬浮轴承DSP控制器的结构简图。图中4路主轴位置信号经由MAX115进行A/D转换后,采集结果通过中断方式输入到DSP内。DSP经过滤波算法处理后,将采集数据写到双口RAM内,计算机通过ISA总线访问双口RAM并将其中的数据取走,进行上位机的图形显示、数据分析等功能。同时DSP进行控制算法计算,计算之后将控制数据通过控制器板卡上的4路DAC输出给功率放大器,从而实现对主轴的控制。这样,利用DSP处理速度快的特点来完成算法的计算,利用PC机强大的多媒体处理特点来实现主轴位置监视和数据分析,DSP和PC同时相对独立工作,互不影响,从而加快了系统的处理速度。
图1 磁悬浮轴承DSP控制器的结构简图
图2 MAX115与TMS320F240 DSP之间的接口电路图
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