基于DSP的磁流变阻尼器的控制方法

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       1 引言
  

        磁流变阻尼器是一种在磁场作用下阻尼可控的器件,在航空、汽车等领域具有广泛应用前景。与传统汽车悬架系统相比,装有磁流变阻尼器的半主动悬架系统可以根据路面状况和车辆运行状态在计算机的控制下自动调节阻尼器的阻尼力,大大提高汽车的舒适性和行车安全性[1,2]。磁流变阻尼器的工作原理是改变励磁线圈中的电流从而获得不同强度的磁场,使工作腔中的磁流变液的流动特性发生变化,从而改变阻尼力的大小。

       因此,控制器只要能实时精确调节磁流变阻尼器的驱动电流,就能达到控制磁流变阻尼器的目的。经文献检索,国内外未见磁流变阻尼器的电流控制器设计的报道。根据美国LOAD公司的网站最新发布的信息,LOAD公司已经研制出了适用于LOAD公司生产的Rheonetic系列磁流变器件的电流控制器RD-3002。它可以工作在手动调节和外加电压控制调节两种方式下,能与计算机或PLC构成闭环控制系统。RD-3002需要外加12V,2A的电源,外加控制电压:0~5V,输出电流:0~2A。但是他们没有公布设计的原理和实现的方法。
  

       美国德州仪器公司(Texas Instrument)推出的定点十六位通用数字信号处理芯片TMS320F240,采用改进哈佛结构,程序存储器和数据存储器的总线分开,可以最大限度提高处理能力。为了适合工业控制要求,F240集成了许多外设,包括3个16位通用定时器,12路带死区控制的PWM输出、双通道10位A/D输入,串行通信接口以及Watchdog、PLL电路。因此,我们充分利用F240的硬件资源,根据PWM信号控制开关器件调节电流的原理,顺利地设计出磁流变阻尼器的的控制器,并且F240的强大处理能力为今后系统扩展留有余地。下面将详细介绍基于DSP的磁流变阻尼器的控制器的设计原理和控制方法。

        RS为采样电阻,KI0表示输出电流的采样,K为增益系数, KI0输入到DSP集成的A/D口,DSP 对采样信号进行运算后,根据相应控制策略输出一定占空比的PWM信号,控制主回路的输出电流大小。
                   

                          
  控制器的软件采用F240汇编语言设计,框图如图3所示。系统工作时主程序可以处理其它事务,当定时器2发生周期中断时,触发A/D采样,然后采样值与系统给定值相减,误差输入PID控制模块,输出PWM信号的占空比D,D送给PWM信号发生模块,产生的PWM信号用于控制驱动电流的输出。

        3 A/D采样
  

        F240内部集成了两个带采样-保持电路的10位ADC模块。每个模块有8个模拟输入通道,它们通过一个8选1模拟多路转换器提供给ADC。每个ADC单元的最大转换事件为6.6μs[3]。ADC模块的参考电压必须由外部电源提供,上级参考电压和下级参考电压可以设置为小于或等于5Vdc的任意值,分别接到VREFHI和VREFLO引脚。VCCA和VSSA引脚必须分别接到5Vdc和模拟地。ADC模块框图如图4所示。

       本系统采用ADC1模块的1通道输入采样信号,采用定时器2周期中断触发方式,操作步骤如下:

      1) 设置定时器控制器GPTCON的位9,10为0,1,将定时器2的周期中断作为ADC的内部启动信号。
      2) 设置ADC控制寄存器1(ADCCTRL1)。
     位12 清0,禁止ADC2(没有用到ADC2); 
     位11置1, ADC1被使能; 
     位10清0, 非连续转换模式; 
     位9 置1,当AD转换完成后产生一个中断; 
     位8 置1,ADC中断标志位,当AD转换完成后该位被置1; 
     位6-4 ADC2通道选择; 
     位3-1置为 000 ,ADC1通道选择,000为通道1; 
     位0 置1, AD开始转换;

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