作者：江苏理工大学电气信息工程学院（212013） 朱（火晃）秋 南京航空航天大学机电工程学院（210016） 徐龙祥 来源：《电子技术应用》

摘要：介绍了基于dsp的径向四自由度磁轴承数字控制器的总体结构，a/d和d/a转换电路，pid控制算法和控制软件的结构，调试方法和实验结果。实验表明：设计的数字控制器硬件和软件系统，参数实调试方便，工作性能稳定可靠，满足了磁轴承控制性能要求。研究结果对开发数控磁轴承系统具有参考和应用价值。 关键词：磁轴承 控制器 数字信号处理器（dsp）硬件 软件 主动磁悬浮轴承（简称磁轴承）系统主要由被悬浮物体（即转子）、位移传感器、控制器和功率放大器等组成。位移传感器检测转子偏移参考点（平衡位置）的位移量，控制器将检测到的位移变换成控制信号，功率放大器将控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而使转子维持其悬浮位置不变[1～2]。磁轴承是在转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承，它从根本上改变了传统的支承形式，在能源、交通、超高速超精密加工、航空航天、机器人等高科技领域有着广泛的应用前景[2]。 磁轴承的控制器是磁轴承系统的核心关键技术，磁轴承系统动态性能（刚度、阻尼及稳定性等）的好坏取决于所用控制器的控制规律。采用性能优良的控制器可以使磁轴承动态刚度、阻尼与其工作环境甚至是运行状态相适应，且转子的回转精度可通过优化控制逄法、加入前馈及反馈进行补偿等方法来提高[2]。目前广泛使用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了磁轴承系统的性能，但存在着参数调整不太方便、硬件结构不易改变等缺点，采用模拟控制实现其它控制策略，如最优控制、非线性控制、μ控制、人工神经网络控制、自适应控制、模糊控制及滑动模态控制等非常困难，甚至无法实现，且控制器体积大、费用高。从提高磁轴承性能和可靠性、增加控制器柔性、减小体积等角度考虑，本文以径向四自由度磁轴承为实验对象，采用数字信号处理器（dsp）作为控制器的cpu，采用pid控制算法，充分发挥dsp硬件和软件编程的优势，用数字控制器取代了传统的模拟控制器[1]。

1 数字控制器的硬件构成 图1是径向四自由度磁轴承系统的总本结构框图[1]。数字控制器（虚线以上部分）由四路a/d和四路d/a转换器、atd-c25-f开发板及pc机构成。atd-c25-f型开发板中cpu是32位数字信号处理器tms320c25，时钟频率是40mhz[3]。开发板在系统软件支持下，可以实现对目标系统的硬件调试及软件开发，其命令格式与pc debug命令格式兼容，可以方便可靠地对用户系统进行硬件、软件开发和调试。在对本系统设计时除了考虑开发板、目标板与pc机一起组成控制器外，所设计的目标板只需插上eprom及dsp芯片，即可脱离开发板及pc机，作为控制器独立工作[1]。

下面介绍a/d及d/a转换电路。 1.1 a/d转换电路的设计[1] a/d转换器采用转换频率为200khz的12位高速器件ad678kd，将ad678kd设计成双极性同步工作方式，数据从低12位输入。tms320c25与ad678kd连接原理图见图2。 1.2 d/a转换电路的设计[1] d/a转换芯片采用电流建立时间为1μs的12位d/a转换芯片dac1210，设计成双极性工作方式，数据从高12位输出，见图3。 2 控制器控制软件的设计 2.1 控制策略的选取 pid控制是控制理论中技术成熟且应用广泛的一种控制方法，它是在长期的工程实践中总结形成的一种控制方法，其典型结构（如p、pd、pid）参数整定方便，结构改变较灵活，在大多数工业生产过程中控制效果较为显著。此外，由于目前大多数工业生产对象的动态特性还不能完全被人们掌握，得不到精确的数学模型，难以