CN109334467A - 基于dsp的磁悬浮列车悬浮控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***及其控制方法，所述悬浮控制***包括数据采集模块、DSP内核悬浮控制器、网络通信模块、在线数据下载模块和故障检测模块。本发明的悬浮控制***是一种嵌入式控制***，不需要使用任何操作***，即可实现对磁悬浮列车悬浮***的状态监测、数据通讯、信息图形化显示以及与上位机之间的通讯；所述悬浮控制***的控制方法采用工业以太网进行悬浮控制器组网、在线编译下载悬浮数据的数据下载模块和实时监测悬浮***状态的故障检测模块，具有高性能、高可靠性和高实时性的特点。
Description
技术领域
本发明涉及到磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***及其控制方法。
背景技术
悬浮控制***是磁悬浮列车的核心***，在磁悬浮列车的运行过程中，需要悬浮控制器保证***能悬浮在指定的间隙。因此，悬浮控制***直接影响到磁浮车辆运行的安全性和稳定性。
目前磁悬浮列车的悬浮控制***大多数都采用了操作***，以实现对磁悬浮列车悬浮***的状态监测、数据通讯、信息图形化显示及与上位机之间的通讯，而本发明了的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***是一种嵌入式实时监控***，该悬浮控制***采用DSP作为核心，在数据采集模块、悬浮控制计算模块、网络通信模块、在线数据下载模块和故障检测模块的共同作用下实现了对磁悬浮列车的悬浮控制，该悬浮控制***，不需要采用任何操作***，结构清晰简单、运行稳定可靠，而且能够对程序和参数实现实时写入操作以及对***常见故障实现实时检测和报警，为进一步提高悬浮控制***的可靠性提供了良好的保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***及其控制方法，实现了参数和数据的在线实时下载以及悬浮***的故障诊断，而且不使用任何操作***，提高了***的性能，增强了***的可移植性和可操控性。
本发明提供一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，包括：
数据采集模块，用于采集所述磁悬浮列车悬浮控制***的实时数据；
DSP内核悬浮控制器，用于处理所述数据采集模块采集的实时数据，并根据处理结果选择合适的控制策略对所述悬浮控制***实现实时控制；
网络通信模块，用于实现上位机和所述DSP内核悬浮控制器之间的数据通信；
在线数据下载模块，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器中，用于对上位机中写入的悬浮数据进行在线下载和固化；
故障检测模块，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器中，可根据所述数据采集模块所采集的磁悬浮列车悬浮控制***实时数据信息及其历史故障数据信息，对所述悬浮控制***的状态进行故障诊断、报警和存储。
优选地，所述数据采集模块包括采集悬浮间隙数据的间隙传感器以及分别采集悬浮电磁铁加速度、悬浮电流和电压数据的加速度传感器、悬浮电流传感器和电压传感器。
优选地，所述网络通信模块采用以太网通信，以套接字接口建立起上位机与所述DSP内核悬浮控制器之间的数据通信。
优选地，所述在线数据下载模块还包括数据存储模块，通过所述网络通信模块将上位机中写入的悬浮数据下载和固化至所述数据存储模块。
优选地，所述数据存储模块包括临时存储单元和长期存储单元，所述临时存储单元的***芯片为256MB的SDRAM，所述长期存储单元的芯片为512MB的FLASH。
一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1.DSP初始化***；
步骤2.查询上位机是否有网络数据的发送接收；
步骤3.查询接收车载中央控制单元(CCU)的CAN通信数据；
步骤4.查询上位机的在线数据下载状态和固化命令；
步骤5.执行完毕后，返回步骤2。
优选地，所述步骤1与步骤2之间设有由所述DSP内核悬浮控制器设定固定周期的中断服务子程序，具体为：
步骤101.响应固定周期的AD中断，进入中断服务子程序；
步骤102.所述数据采集模块收集传感器采集的实时数据，并对该数据进行滤波和选择；
步骤103.融合处理该数据，并选择合适的控制策略进行计算；
步骤104.结合***状态，对***进行故障诊断；
步骤105.控制输出信号，结束该中断服务子程序并返回主程序。
优选地，所述步骤2中的查询上位机是否有网络数据的发送接收具体为：
步骤201.EMAC网络接口初始化；
步骤202.查询上位机是否接收到数据；
步骤203.对所接收的数据进行分时收集；
步骤204.校验所接收的数据正确性以及更新相应变量；
步骤205.对通过校验的待发送数据进行打包，按照一定格式写到缓存器之中，数据整理好后通过网口发送；
步骤206.判断发送是否成功，若发送失败，返回上一步继续发送，若发送成功，则结束该流程并返回到主程序。
优选地，所述步骤4中的查询上位机的在线数据下载状态和固化命令具体为：
步骤401.通过上位机并按照一定格式准备好所需要下载的数据；
步骤402.打开上位机程序，将准备好的所需要下载数据下传至所述DSP内核悬浮控制器；
步骤403.对所接收到的信息进行校验，并将校验信息反馈到上位机；
步骤404.将所接收的正确数据按照规定格式暂存于临时存储单元SDRAM中；
步骤405.下载完毕后，将数据固化保存至长期存储单元NAND FLASH中；
步骤406.校验固化结果，若校验未通过，返回所述步骤401；若校验通过，则结束该流程并返回主程序。
优选地，所述步骤104中的故障诊断流程具体为：
步骤741.收集并筛选传感器数据信息和悬浮***实时状态数据信息；
步骤742.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在单状态故障，若存在单状态故障，则进入步骤745，若不存在单状态故障，则进入步骤743；
步骤743.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在多状态故障，若存在多状态故障，则进入步骤745，若不存在多状态故障，则进入步骤744；
步骤744.根据所收集和筛选的数据信息以及历史故障信息预测推断所述悬浮控制***是否存在故障，若存在故障，则进入步骤745，若不存在故障，则结束该流程；
步骤745.对所述悬浮控制***的故障进行报警和上报，并结束该流程。
本发明与现有技术比较，具有以下优点：
1、本发明悬浮控制***所采用的DSP处理器计算能力强，功能强大，功耗低，而且该悬浮控制***不需要使用任何操作***，过程可控，可编程性强，优化空间大，为进行复杂的悬浮控制算法提供了有效的保障；
2、本发明利用socket套接字的网络通信模块，占用空间小，简化了通信程序，传输稳定可靠，极大提高了传输速度和传输效率；
3、本发明中的在线数据下载模块，实现了悬浮数据的在线实时下载和固化，解决了 DSP中通用JTAG数据传输所造成的不便，为***调试提供了极大的便利条件；
4、本发明中的故障检测模块，能实时对所述悬浮控制***的状态进行故障诊断，提高了检测频率，改进了检测策略，进一步提高悬浮控制***故障检测的正确性和可靠性。
附图说明
图1是本发明磁浮列车悬浮控制***结构示意图，
图2是本发明悬浮控制***在线数据下载模块硬件结构示意图，
图3是本发明悬浮控制***控制方法流程图，
图4是本发明悬浮控制***控制方法的中断服务子程序流程图，
图5是本发明悬浮控制***控制方法的网络通信流程图，
图6是本发明悬浮控制***控制方法的在线数据下载流程图，
图7是本发明悬浮控制***控制方法的故障诊断流程图。
图中：1.数据采集模块，11.间隙传感器，12.加速度传感器，13.电流传感器，14.电压传感器，2.DSP内核悬浮控制器，21.在线数据下载模块，211.数据存储模块，2111.临时存储单元，2112.长期存储单元，22.故障检测模块，3.网络通信模块，31.PHY芯片， 32.网络隔离变压器，4.上位机，5.IDBT驱动模块，6.悬浮电磁铁。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，包括：
数据采集模块1，用于采集所述磁悬浮列车悬浮控制***的实时数据；
DSP内核悬浮控制器2，用于处理所述数据采集模块1采集的实时数据，并根据处理结果选择合适的控制策略对所述悬浮控制***实现实时控制；
网络通信模块3，用于实现上位机4和所述DSP内核悬浮控制器2之间的数据通信；
在线数据下载模块21，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器2中，用于对上位机4中写入的悬浮数据的进行在线下载和固化；
故障检测模块22，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器2中，可根据所述数据采集模块1所采集的磁悬浮列车悬浮控制***实时数据信息及其历史故障数据信息，对所述悬浮控制***的状态进行故障诊断、报警和存储。
本发明的悬浮控制***是一种嵌入式控制***，该嵌入式控制***采用主程序加中断的方式运行，实现了对传感器信号的采集、悬浮控制策略的运算、网络数据的通信、参数和数据的实时下载以及悬浮***故障的诊断等功能，而且不使用任何操作***，即可实现对磁悬浮列车悬浮控制***的状态监测、数据通讯、信息图形化显示以及与上位机之间的数据通讯，显著提高了***性能，增强***的可移植性和可操控性，节约了***硬件和软件成本，具有高性能、高稳定性和高可靠性特点。
如图1所示，所述数据采集模块2包括采集悬浮间隙数据的间隙传感器11以及分别采集悬浮电磁铁6加速度、悬浮电流和电压数据的加速度传感器12、悬浮电流传感器13和电压传感器14。本具体实施例中，所述数据采集模块2通过间隙传感器11、加速度传感器12、电流传感器13和电压传感器14来采集相应的实时数据值，并将所采集的实时数据值传输给所述DSP内核悬浮控制器2，所述DSP内核悬浮控制器2通过悬浮控制算法对所采集的实时数据进行计算和处理，然后将计算出的PWM数值传送给 IGBT驱动模块5，随后选择合适的控制策略对IGBT驱动模块5进行控制，进而通过控制所述悬浮控制***产生的励磁电流，实现对悬浮电磁铁6电磁力的调节，保证列车的悬浮间隙稳定在8mm处。
如图2所示，所述网络通信模块3采用以太网通信，以套接字接口建立起上位机4与所述DSP内核悬浮控制器2之间的数据通信。本具体实施例中，所述网络通信模块3 将悬浮控制器核心设备的状态、传感器的状态、电磁铁的状态和斩波器的状态等***设定的重要状态通过设计的以太网通信实时上传到上位机4进行监控，而以SOCKET套接字建立起上位机4与所述DSP内核悬浮控制器2之间的数据通信模式，极大的简化了通讯程序，提高了数据传输效率。
如图1、图2所示，所述在线数据下载模块21还包括数据存储模块211，通过所述网络通信模块3将上位机4中写入的悬浮数据下载和固化至所述数据存储模块211。本具体实施例中，所述上位机4中的悬浮数据可进行实时写入操作，通过以太网通信模式对所述悬浮数据进行在线实时下载和固化并存储在所述数据存储模块211中。
如图2所示，所述数据存储模块211包括临时存储单元2111和长期存储单元2112，所述临时存储单元2111的***芯片为256MB的SDRAM，所述长期存储单元2112的芯片为512MB的FLASH。本具体实施例中，所述上位机4将数据下传到DSP内核悬浮控制器 2，所述DSP内核悬浮控制器2将接收到正确的数据按照规定的格式暂时存放在SDRAM 之中，数据下载完毕后，再将临时存放在SDRAM中的数据固化到NAND FLASH中进行长期保存。
如图3所示，一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1.DSP初始化***；
步骤2.查询上位机是否有网络数据的发送接收；
步骤3.查询接收车载中央控制单元(CCU)的CAN通信数据；
步骤4.查询上位机的在线数据下载状态和固化命令，
步骤5.执行完毕后，返回步骤2。
本具体实施例中，DSP首先对***中PLL设置、临时存储单元、EMAC接口、中断子程序等进行初始化，随后依次执行发送接收网络数据、接收CAN数据信息和实时在线下载和固化上位机的悬浮数据，然后不断循环执行步骤2到步骤5的操作。
如图4所示，所述步骤1与步骤2之间设有由所述DSP内核悬浮控制器设定固定周期的中断服务子程序，具体为：
步骤101.响应固定周期的AD中断，进入中断服务子程序；
步骤102.数据采集模块收集传感器采集的实时数据，并对该数据进行滤波和选择；
步骤103.融合处理该数据，并选择合适的控制策略进行计算；
步骤104.结合***状态，对***进行故障诊断；
步骤105.控制输出信号，结束该中断服务子程序并返回主程序。
本具体实施例中，所述AD中断是由所述DSP内核悬浮控制器2设定的固定周期的硬件中断，在发送接收网络数据过程中，出现信号调理板的AD定时中断信号时，为了保证悬浮控制***的快速响应能力，***立即进入中断服务子程序流程，所述数据采集模块1收集各传感器采集的实时数据并传输给所述DSP内核悬浮控制器2将数据融合处理，然后选择合适的控制策略控制悬浮***，同时结合当前的***数据和历史数据信息对当前的悬浮***状态进行故障预测诊断和报警，然后***控制输出信号，结束中断服务子程序并返回主程序。
如图5所示，所述步骤2中的查询上位机是否有网络数据的发送接收具体为：
步骤201.EMAC网络接口初始化；
步骤202.查询上位机是否接收到数据；
步骤203.对所接收的数据进行分时收集；
步骤204.校验所接收的数据正确性以及更新相应变量；
步骤205.对通过校验的待发送数据进行打包，按照一定格式写到缓存器之中，数据整理好后通过网口发送；
步骤206.判断发送是否成功，若发送失败，返回上一步继续发送，若发送成功，则结束该流程并返回到主程序。
本具体实施例中，DSP首先对网络接口进行初始化操作，随后开始查询并收集接收到的数据，然后校验该数据的正确性并对通过校验的数据进行整理打包，最后将整理好的数据发送出去，所述网络通信模块3采用KSZ8001作为外部的PHY芯片31，采用HX1188 作为外部的网络隔离变压器32，为实现通讯功能提供了良好的硬件基础。
如图6、图7所示，所述步骤4中的查询上位机的在线数据下载状态和固化命令具体为：
步骤401.通过上位机并按照一定格式准备好所需要下载的数据；
步骤402.打开上位机程序，将准备好的所需要下载数据下传至所述DSP内核悬浮控制器；
步骤403.对所接收到的信息进行校验，并将校验信息反馈到上位机；
步骤404.将所接收的正确数据按照规定格式暂存于临时存储单元SDRAM中；
步骤405.下载完毕后，将数据固化保存至长期存储单元NAND FLASH中；
步骤406.校验固化结果，若校验未通过，返回所述步骤401；若校验通过，则结束该流程并返回主程序。
本具体实施例中，在线实时下载上位机4中的悬浮数据时，首先打开上位机4相应程序，点击上面的“打开文件”按钮，随后选择需要下载的悬浮数据文件，然后点击“下载文件”按钮，悬浮数据文件将通过网络接口暂存于临时存储单元2111SDRAM中，下载完毕后，点击“开始烧写”按钮，悬浮数据文件将被固化到长期存储单元2112NAND FLASH 中进行长期保存。在下载过程中，下载状态会有进度条显示，确保下载过程可视可控。
如图7所示，所述步骤104中的故障诊断流程具体为：
步骤741.收集并筛选传感器数据信息和悬浮***实时状态数据信息；
步骤742.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在单状态故障，若存在单状态故障，则进入步骤745，若不存在单状态故障，则进入步骤743；
步骤743.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在多状态故障，若存在多状态故障，则进入步骤745，若不存在多状态故障，则进入步骤744；
步骤744.根据所收集和筛选的数据信息以及历史故障信息预测推断所述悬浮控制***是否存在故障，若存在故障，则进入步骤745，若不存在故障，则结束该流程；
步骤745.对所述悬浮控制***的故障进行报警和上报，并结束该流程。
本具体实施例中，所述故障诊断包括三种情况，其一，基于检测到状态的直接故障输出；其二，基于多种状态的故障分析；其三，基于历史数据的故障预测推断。第一种情况，可以将硬件存在的故障直接报出，实时检测***硬件的稳定可靠性；第二种情况，是对某些正常的状态进行综合，从这些状态中分析间接***中可能存在的故障；第三种情况，是根据特定故障的出现频率和出现时各状态信息来进行定时监测，并对悬浮控制***的实时状态信息特征与历史状态信息特征的吻合情况，进行故障预测推断和警报，本发明的故障诊断模块根据各类***状态信息，不断对***进行故障诊断，保证了悬浮控制***正常高效的运行。
以上对本发明所提供的一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，其特征在于，包括：
数据采集模块(1)，用于采集所述磁悬浮列车悬浮控制***的实时数据；
DSP内核悬浮控制器(2)，用于处理所述数据采集模块(1)采集的实时数据，并根据处理结果选择合适的控制策略对所述悬浮控制***实现实时控制；
网络通信模块(3)，用于实现上位机(4)和所述DSP内核悬浮控制器(2)之间的数据通信；
在线数据下载模块(21)，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器(2)中，用于对上位机(4)中写入的悬浮数据进行在线下载和固化；
故障检测模块(22)，嵌设于所述DSP内核悬浮控制器(2)中，可根据所述数据采集模块(1)所采集的磁悬浮列车悬浮控制***实时数据信息及其历史故障数据信息，对所述悬浮控制***的状态进行故障诊断、报警和存储。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，其特征在于，所述数据采集模块包括采集悬浮间隙数据的间隙传感器(11)以及分别采集悬浮电磁铁(6)加速度、悬浮电流和电压数据的加速度传感器(12)、悬浮电流传感器(13)和电压传感器(14)。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，其特征在于，所述网络通信模块(3)采用以太网通信，以套接字接口建立起上位机与所述DSP内核悬浮控制器(2)之间的数据通信。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，其特征在于，所述在线数据下载模块(21)还包括数据存储模块(211)，通过所述网络通信模块(3)将上位机(4)中写入的悬浮数据下载和固化至所述数据存储模块(211)。
5.根据权利要求4所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***，其特征在于，所述数据存储模块(211)包括临时存储单元(2111)和长期存储单元(2112)，所述临时存储单元(2111)的***芯片为256MB的SDRAM，所述长期存储单元(2112)的芯片为512MB的FLASH。
6.一种基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1.DSP初始化***；
步骤2.查询上位机是否有网络数据的发送接收；
步骤3.查询接收车载中央控制单元(CCU)的CAN通信数据；
步骤4.查询上位机的在线数据下载状态和固化命令；
步骤5.执行完毕后，返回步骤2。
7.根据权利要求6所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，其特征在于，所述步骤1与步骤2之间设有由所述DSP内核悬浮控制器设定固定周期的中断服务子程序，具体为：
步骤101.响应固定周期的AD中断，进入中断服务子程序；
步骤102.所述数据采集模块收集传感器采集的实时数据，并对该数据进行滤波和选择；
步骤103.融合处理该数据，并选择合适的控制策略进行计算；
步骤104.结合***状态，对***进行故障诊断；
步骤105.控制输出信号，结束该中断服务子程序并返回主程序。
8.根据权利要求6所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，其特征在于，所述步骤2中的查询上位机是否有网络数据的发送接收具体为：
步骤201.EMAC网络接口初始化；
步骤202.查询上位机是否接收到数据；
步骤203.对所接收的数据进行分时收集；
步骤204.校验所接收的数据正确性以及更新相应变量；
步骤205.对通过校验的待发送数据进行打包，按照一定格式写到缓存器之中，数据整理好后通过网口发送；
步骤206.判断发送是否成功，若发送失败，返回上一步继续发送，若发送成功，则结束该流程并返回到主程序。
9.根据权利要求6所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，其特征在于，所述步骤4中的查询上位机的在线数据下载状态和固化命令具体为：
步骤401.通过上位机并按照一定格式准备好所需要下载的数据；
步骤402.打开上位机程序，将准备好的所需要下载数据下传至所述DSP内核悬浮控制器；
步骤403.对所接收到的信息进行校验，并将校验信息反馈到上位机；
步骤404.将所接收的正确数据按照规定格式暂存于临时存储单元SDRAM中；
步骤405.下载完毕后，将数据固化保存至长期存储单元NAND FLASH中；
步骤406.校验固化结果，若校验未通过，返回所述步骤401；若校验通过，则结束该流程并返回主程序。
10.根据权利要求7所述的基于DSP的磁悬浮列车悬浮控制***的控制方法，其特征在于，所述步骤104中的故障诊断流程具体为：
步骤741.收集并筛选传感器数据信息和悬浮***实时状态数据信息；
步骤742.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在单状态故障，若存在单状态故障，则进入步骤745，若不存在单状态故障，则进入步骤743；
步骤743.根据所收集和筛选的数据信息，判断所述悬浮控制***是否存在多状态故障，若存在多状态故障，则进入步骤745，若不存在多状态故障，则进入步骤744；
步骤744.根据所收集和筛选的数据信息以及历史故障信息预测推断所述悬浮控制***是否存在故障，若存在故障，则进入步骤745，若不存在故障，则结束该流程；
步骤745.对所述悬浮控制***的故障进行报警和上报，并结束该流程。
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