[发明专利]基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮球控制系统，具体涉及一种通过CAN总线通信连接可切换控制方式的基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统。

背景技术

随着自动控制技术、计算机技术和网络技术的发展以及控制和管理要求的不断提高，使得控制系统正由封闭的集中体系加速向开放的分布式体系发展，出现了分布式控制系统——现场总线控制系统，使控制系统的结构和性能有了飞跃性的变化。在磁悬浮球控制系统的研究方面，国内大部分还只是采用集中控制系统，将系统应用于控制算法的研究。

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值和实际值构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。PID的应用范围很广而且PID参数较易整定，可根据被控对象演算出最佳PID控制参数，并且PID控制器在实践中也可不断的改进，使之更好的控制整个系统。

CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行数据通信协议。由于CAN具有极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，而且CAN总线连接的每个硬件节点都可以实现各自独有的功能，在磁悬浮球控制系统中，如果只有一个主控节点做PID算法控制，当这个主控节点出现问题时，就不能对磁悬浮球进行很好的控制，出现系统的严重失误。因此，在CAN总线网络中采用分布式PID算法实现对磁悬浮球的控制尤为重要。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种通信实时性强、负荷率低、可靠性高的基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统。

本发明提供的基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统，具有这样的特征，包括：电磁铁，通过产生电磁力吸引钢球，检测部，由光源和光电位置传感器组成，用于检测钢球与电磁铁之间的距离并由光电位置传感器输出与距离相匹配的电压信号，电压信号获取节点，包含与光电位置传感器相连接将电压信号放大滤波输出模拟电压值的处理电路、将电压值转换成相对应的距离值的A/D转换模块、以及依次与A/D转换模块相连接的第一PID控制模块和第一CAN通信模块，磁力控制节点，通过控制电磁力的大小调节距离，包含与电磁铁依次连接的驱动电路、D/A转换模块、第二PID控制模块、以及第二CAN通信模块，光源控制节点，通过控制光源的开闭控制检测部，包含开闭光源的继电器模块、以及依次与继电器模块连接的第三PID控制模块和第三CAN通信模块，USB-CAN接口卡，分别与第一CAN通信模块、第二CAN通信模块和第三CAN通信模块相连接，以及上位机，与USB-CAN接口卡相连接用于控制电压信号获取节点、磁力控制节点和光源控制节点，并向继电器模块发出开闭光源的光源开关信号，其中，第一PID控制模块、第二PID控制模块、第三PID控制模块中的任一个将接收到的距离值进行PID算法运算并输出PID结果值，D/A转换模块将PID结果值转换成模拟量的调节电压值，驱动电路根据调节电压值调节电磁力大小以调节距离，上位机包含输入设定部，通过该输入设定部设定PID运算的参数值以及在第一PID控制模块、第二PID控制模块、第三PID控制模块中的任一个进行PID运算。

在本发明提供的基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统中，还可以具有这样的特征：第一PID控制模块、第二PID控制模块和第三PID控制模块都可独立进行PID运算，当第一PID控制模块、第二PID控制模块和第三PID控制模块中的任一个输出的PID结果值错误时，上位机控制其它两个PID控制模块中的任一个进行PID运算。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统，由于第一PID控制模块、第二PID控制模块和第三PID控制模块都可进行PID算法运算，磁力控制节点根据PID算法运算的结果值调节钢球与电磁铁的距离，上位机通过输入设定部设定进行PID算法运算的节点，并且能够在线切换进行PID算法运算的位置，因此本发明基于CAN总线分布式PID控制磁悬浮球系统形成了冗余结构，提高系统的可靠性、实时性和灵活性，采用单回路闭环控制和分布式控制磁悬浮球系统，解决了磁悬浮系统本身的不稳定性，保证了系统的稳定性和抗干扰性，实现了人机交互的功能，使整个系统更容易控制。

附图说明

图1是本发明的实施例中磁悬浮球控制系统的结构框图；以及

图2是本发明的实施例中CAN总线通信中数据帧标识说明图表。

具体实施方式