由于磁浮列車是脫離軌道運行的,所以控制技術與磁浮技術無疑是磁浮列車的關鍵所在。對磁浮列車控制的一個最基本要求，是要保證磁浮列車能夠在各種擾動(外部和內部)作用下仍然具有平衡穩定的懸浮。從磁浮列車的控制手段來看，可以應用模擬電子電路，亦可以應用數字電子計算機。模擬控制具有運算速度快、實時性好等優點，但由于其存在工作穩定性差、精度低、調整困難以及難于實現復雜的控制規律等許多缺點，所以采用高速、高性能的數字控制成為目前的主要控制方式。
1 磁浮列車懸浮控制系統
　　磁浮列車實際上是一個受電磁鐵和導軌間作用力控制的空間自由體，在空間具有6個自由度。磁浮列車的控制可以分為懸浮控制、導向控制和驅動控制三個方面。對于電磁吸浮式磁浮列車，由于電磁吸力和懸浮氣隙之間成非線性反比關系，使得該電磁懸浮系統本身存在固有的不穩定性，因而懸浮控制成為該類型磁浮列車的控制關鍵。從控制理論上講，有線性控制理論和非線性控制理論。應用不同的控制理論對磁浮列車懸浮控制系統進行分析和綜合都應該得到類似的結果，但不同方法所帶來的有效性、直觀性和簡便性卻不盡相同，尤其在實現方式上。
　　在實現手段上,對于復雜的控制理論來說，用數字實現方式肯定比模擬實現方式方便。而磁浮列車懸浮控制系統本身就是個復雜系統，這自然就對數字控制器提出了較高的要求。磁浮列車模擬控制器電路中的電阻、電容、運算放大器等器件的特性都會隨著溫度的改變而改變，這就意味著，一個模擬控制器的性能在0℃時和70℃時會大不一樣，而數字控制器的電路在其保證的工作范圍內受溫度變化的影響幾乎沒有。此外，對于磁浮列車模擬控制器電路來說，還必須考慮到器件以及制造器件的材料的壽命，這將極大地影響整個懸浮控制系統的性能，但對于用數字信號處理器(DSP)來實現數字控制器，它們所帶來的影響要小得多。而且，DSP電路還可以通過編程來檢測和補償模擬系統的變化。
2 數字信號處理器簡介
　　隨著應用的日益廣泛，DSP(Digital signal processor)已經成為許多高級設計不可缺少的組成部分。高速數據傳輸能力是DSP用作高速實時處理的關鍵性能之一。
　　本系統采用的是得克薩斯儀器公司(TI)的第三代數字信號處理器TMS320C3X系列的C31芯片。它是32位浮點運算DSP，其內部總線結構和特殊的數字信號處理指令集保證了它的速度很高，靈活性也很好，每秒可以執行3300萬次浮點運算。它可以在60ns的單指令周期內并行完成定點或浮點的乘法和ALU運算。該處理器設置了一個通用寄存器堆、高速程序緩存器(Cache)、專用輔助寄存器算術單元(ARAU)、片內雙口存儲器、一個支持并行I/O的DMA通道等。其高度的并行性、高精度及通用性使得該系統既有很好的性能，又便于使用。
　　傳統的數字控制器大多采用較高檔的單片機來實現,這種數字控制器的主要缺點是它的控制效果受到采樣頻率的限制。當控制器算法比較復雜、運算量較大時,采樣頻率就不可能很高。由于磁浮列車高速運行時, 需要傳感器在采樣數據時有很好的實時性，而傳統的數字控制器在進行浮點處理時，速度很慢,勢必影響控制效果。但用DSP來實現，這一問題就不難解決。
3 基于DSP的懸浮控制器的設計
　　在這里作者僅就用DSP實現單磁鐵懸浮控制器的情況進行分析。對整車進行分散控制時,單磁鐵懸浮系統的分析和綜合是磁浮列車系統分析和控制的基礎。
　　電磁鐵的可控量為其線圈的端電壓(或者電流),通過改變線圈電流，改變氣隙磁密, 可改變電磁吸力的大小。在開環情況下，系統是不穩定的，只有對電磁鐵的氣隙進行反饋控制，才能保持氣隙恒定。控制框圖如圖1所示。控制原理為：首先通過傳感器實時檢測電磁鐵的氣隙變化狀態，并與存儲在EPROM內的參考值進行比較；然后通過控制器進行運算處理，得到綜合控制量，此信號即是調節電磁鐵狀態的控制信號，調節電磁鐵電流，可以保證電磁鐵始終處于一個動態的穩定狀態。
　　由于有了DSP高速數據處理能力的保障，外部的A/D和D/A芯片可選用轉換速度較快的AD1674和MAX7547,其精度均為12位。在一般的數字控制器中，圖1的采樣保持和濾波電路要用獨立的電路來實現，這勢必增加了電路的復雜性，同時也增加了不必要的外界干擾；而用DSP來作控制器，使這些部分可不必用獨立的電路實現,只要通過軟件編程就可以實現，這樣既方便操作，又使調試容易，不必破壞原來的硬件電路。整個硬件電路設計的框圖如圖2所示。

　　為了節省CPU的時間，A/D轉換采用中斷查詢的方式。TMS320C31的中斷包括四個外部中斷、串行口中斷、定時器中斷和DMA中斷等。其中四個外部中斷采用電平觸發中斷方式，而不支持下降沿觸發中斷方式。在實際DSP應用中往往需要下降沿觸發中斷,如外部提供一個2.4kb/s的定時時鐘, 要求每個下降沿觸發一次中斷。在這種情況下需要將下降沿轉化為一個低電平窄脈沖，并且保證這個窄脈沖能夠觸發并且只觸發一次外部中斷。
　　TMS320C31在H1時鐘的下降沿檢測中斷引腳, 且每兩個H1時鐘周期便從同一個中斷源接受一次中斷。為使DSP芯片只識別一次中斷，低電平窄脈沖的寬度必須至少包含1個H1的下降沿，至多包含2個H1的下將沿, 也就是說窄脈沖的寬度τ必須滿足：
　　P＜τ＜2P, P等于H1的周期
　　中斷轉換電路可用單穩電路來實現，圖3即是采用74AS221觸發器實現的轉換電路，用AD1674的轉換狀態引腳STA來觸發中斷/INT1。圖中R4、C15共同決定窄脈沖的寬度，由于τ＝RC,因此當時鐘是40MHz時,H1的周期為50ns,RC的值應在50ns和100ns之間，取R4＝1.8kΩ,C15＝47pF,RC＝84.6ns。
　　同時考慮到AD1674各選通信號均是用CPU的地址線選通，而它的啟動轉換引腳R/C的低電平保持時間至少為100ns, 在這里我們用TMS320C31的外部存儲選通信號引腳/STRB經單穩電路轉換得到。如圖3所示，將/STRB的下降沿經74AS221作用可得到τ＝112.2ns的低電平時間。

　　圖4所示的實驗波形是利用本論文設計的DSP數字控制器,運用運算量較大的最優控制的方法對單電磁鐵系統進行實驗所得出的結果。以上波形均是相應物理量在相應外界干擾下的變化值。圖中單位均為國際單位制，時間t的單位是秒，干擾信號是外力，單位是牛頓，電流單位是安培，氣隙單位是米。在這里氣隙穩定是我們的控制目標，加速度是衡量乘客舒適度的指標，所以我們對氣隙和加速度兩方面進行最優化設計。通過最優控制方法設計出來的反饋系數為Ks(氣隙反饋系數)＝－2239.4，Ka(加速度反饋系數)＝－1。有關實驗參數如下：
　　電磁鐵質量：m＝120kg(單個電磁鐵質量)
　　電磁鐵匝數:N＝356
　　電磁鐵截面積:A＝210cm2(單個)
　　線圈電阻：R＝1Ω
　　平衡氣隙:s0＝10mm
　　平衡電流:i0＝30A