基于模型設計和自動代碼生成的磁懸浮小球控制實驗臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磁懸浮技術領域，具體涉及一種基于模型設計和自動代碼生成的磁懸浮小球控制實驗臺。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著各行業及工業的快速發展，市場對裝備的需求和要求大大提高，因此裝備的復雜性也大大提高，具體體現在要求裝備在高速、高精度性能上有更好的表現，相應的控制對象體現出更大程度的非線性和時變性等問題，這些問題對控制系統的要求更加的嚴格，因此控制系統的設計和開發及新的優越的控制算法也面臨著巨大的挑戰。
[0003]上述控制對象體現的復雜非線性時變系統，造成系統模型建立困難甚至無法建立，而經典控制理論和現代控制理論由于對被控對象的精確模型要求對于上述問題顯得無能為力，因此“智能控制”理論應運而生，目前，智能控制發展出了專家系統、模糊控制、神經控制等理論及應用方法，但還不夠成熟，所以還有必要針對智能控制繼續深入研宄。
[0004]不論傳統的控制理論或現代控制理論亦或是智能控制方法，對于控制系統和控制算法的開發和設計，仿真都是一種很好地研宄和驗證方式，但目前普遍存在仿真研宄和控制實施分離的做法，這使得控制算法在理論上領先于具體應用，對于解決實際的控制問題存在短板和限制，也拖慢了理論的實際應用節奏。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了基于模型設計和自動代碼生成的磁懸浮小球控制實驗臺，能夠在本實驗臺基礎上學習磁懸浮的技術原理，方便快捷地學習控制理論，并設計開發控制算法，用于實現小球的穩定懸浮。
[0006]為了達到以上的目的，本發明采取如下技術方案予以實現:
[0007]基于模型設計和自動代碼生成的磁懸浮小球控制實驗臺，包括機械部分和電氣部分，所述機械部分為磁懸浮小球裝置，包括小球、和為小球提供浮力的線圈；所述電氣部分包括依次連接的PC機、仿真器、實時嵌入式控制器、功率放大器和采集小球位置信息的電渦流位移傳感器；PC機作為上位機控制設計部分，基于物理模型設計控制系統自動生成代碼，并通過仿真器下載到實時嵌入式控制器進行D/A轉化后輸出，實時嵌入式控制器輸出信號經過功率放大器后控制磁懸浮小球裝置線圈的電流大小，電渦流位移傳感器采集小球的位置信息并反饋到實時嵌入式控制器進行A/D轉換，實時嵌入式控制器根據反饋的小球位置信息和設定位置信息進行控制解算，實現對小球的位置控制。
[0008]進一步，所述磁懸浮小球裝置，包括支撐平臺，通過螺桿和螺母安裝在支撐平臺上方的下平臺和上平臺；所述線圈通過螺桿和螺母懸掛在上平臺下方，通過螺桿和螺母調節線圈的水平位置和高度；所述電渦流位置傳感器固定在下平臺上；小球在控制過程中懸浮在線圈與電渦流位置傳感器之間；所述支撐平臺通過螺桿和螺母支撐，通過螺桿和螺母調節整體的水平位置。
[0009]進一步，所述電渦流位置傳感器自身帶有螺紋，通過自帶螺紋連接固定在下平臺上，通過螺紋調節與線圈的垂直距離。
[0010]進一步，所述仿真器通過USB接口與PC機相連，通過JTAG接口與實時嵌入式控制器相連。
[0011]進一步，所述實時嵌入式控制器采用TMS320F28335浮點DSP控制器，控制器內部集成有A/D轉換電路，控制器外圍接有D/A轉換電路和仿真接口模塊。
[0012]進一步，所述PC機為臺式機、工業控制機或便攜式筆記本，利用Matlab\Simulink設計控制算法，并自動生成嵌入式控制器可執行的代碼，代碼集成開發環境使用CCS3.3。
[0013]相對于現有技術，本發明具有的有益效果:
[0014]本發明包括機械部分和電氣部分，將被控對象磁懸浮小球裝置連接到控制仿真系統中，解決了以往的仿真與控制實施分離的做法造成的模型不匹配問題，因此在本發明控制設計過程中，可以將干擾和實際控制過程中出現的不穩定因素考慮在控制設計中，完善控制算法，使得控制系統設計更可靠穩定。
[0015]采用本發明試驗臺和基于模型與自動代碼生產的控制系統開發方法，可以快速的學習控制理論，磁懸浮原理與應用，驗證新的控制算法和思想，為復雜動力學系統等的控制算法研宄提供支撐平臺。
[0016]本發明基于模型和自動代碼生成的控制系統開發方法由于其前后模型統一，相對于傳統的仿真研宄與控制實施相分離的做法具有極大的優越性，同時磁懸浮系統具有強烈的非線性，是研宄控制理論理想的對象；將基于模型和自動代碼生成的控制系統研宄方法與磁懸浮小球相結合，為控制理論研宄構建了整套實驗系統。
[0017]進一步，本發明采用上位機設計控制系統和控制算法，在Matlab\Simulink中建立實時控制模型，并通過自動代碼生成下載到實時嵌入式控制器，大大簡化了手工編寫代碼的過程，縮短了控制系統的開發設計時間，降低了成本。
[0018]本發明設計的試驗臺和控制系統開發方法可以移植到其他裝備的控制系統研宄中，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的結構示意圖；
[0020]圖2是本發明的機械部分磁懸浮小球裝置的結構示意圖；
[0021]圖3是本發明的工作過程流程圖；
[0022]其中，1-線圈；2_小球；3-電渦流位移傳感器；4-螺母；5-支撐平臺；6_下平臺；7-螺桿；8-上平臺。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0024]參見圖1，本發明包括上位機控制設計部分和下位機執行與被控部分。其中，上位機控制設計部分包括PC機和仿真器，PC機作為控制系統設計的主要部分，在Matlab\Simulink環境中設計實時控制系統模型，自動生成代碼并借助集成開發環境CCS3.3通過仿真器下載到下位機實時嵌入式控制器中運行。下位機執行與被控部分包括實施嵌入式控制器、功率放大器、磁懸浮小球裝置、電渦流位移傳感器3。
[0025]磁懸浮小球裝置包括小球2、和為小球提供浮力的線圈I ;PC機、仿真器、實時嵌入式控制器、功率放大器和采集小球2位置信息的電渦流位移傳感器3依次連接。
[0026]實時嵌入式控制器作為下位機，執行上位機生成的代碼，完成信號的A/D和D/A轉換、控制的解算，輸出控制信號，是磁懸浮小球懸浮過程中的控制中心。功率放大器將控制器輸出的信號進行放大，直接輸出到線圈1，控制線圈I的電流大小，進而控制小球2