RTLinux构建的磁悬浮轴承控制器实验平台
摘要：介绍了一种全新的基于PC机与RTLinux构建的磁悬浮控制器实验平台。与基于DSP构建的控制平台进行比较，证明此平台在成本、开发效率、性能等方面具有优越性。最后介绍了新平台的实际应用情况。关键词：RTLinux 磁悬浮轴承 飞轮 控制平台
磁轴承（Magnetic Bearing，简称MB），又称为磁悬浮轴承，是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触的一种新型、高性能轴承。与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中[1]。
随着控制理论的发展以及对磁悬浮轴承系统性能要求的不断提高，磁悬浮系统控制器需要实现的控制算法的复杂程度日渐加大。传统的模拟控制器虽然具有成本低、速度快、性能稳定、对PID控制算法适应良好等优点，但却难以满足用户日益增高的需求。于是数字控制成为磁轴系统控制的主流趋势。
在磁轴承系统控制中，普遍采用了基于DSP构建的数控平台。此平台难以克服其硬件成本高、开发周期长、延续性差、对用户软硬件能力要求高等缺点。开发一种低成本、高效率、易开发、易维护的控制器实验平台便成为迫切的需要。
基于PC机与RTLinux构建的控制平台恰恰能满足这一需求，其强大的数值运算与实时处理功能，为磁悬浮系统性能的提高提供了可靠的保障。事实上，国外已有将基于PC机一RTLinux构建的控制平台应用于高阶磁轴承控制器的成功实例[2]。
1 数字控制系统的硬件结构简介
一个典型的磁轴承数字控制系统结构如图1所示。图中的电磁转子与转子属机械装置。传感器采用清华大学机电与控制实验室自行研制的高精度、高稳定度电涡流传感器。功放采用大功率电流控制开关功放。系统工作时，由传感器检测转子各自由度位移信号，并由数字系统对此信号进行采样。位移信号与转速信号作为控制器的输入，控制算法对输入信号进行解算，得出控制信号；输出的控制信号通过D/A转换器输出，控制功放输出电流，此电流流过电磁铁线圈使电磁铁产生电磁力，实现转子的悬浮。
2 DSP数控平台
前一代实验室数控平台为DSP平台，采用TI的第三代浮点DSP即TMS320C32构建。在采用DSP平台进行磁悬浮系统控制的过程中，笔者发现此平台具有一些难以克服的缺点：
(1) 资源有限影响性能。此DSP芯片为40MHz时钟驱动，总线速度只有20MHz，且由于其提供的内部存储空间太小（仅有512字节），必须使用外部扩展内存，于是控制算法需要对外部存储器频繁地进行访问。在访
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