基于磁流變液阻尼器運(yùn)行狀態(tài)敏感電流源設(shè)計(jì)

電源電路采用LM2596將12V轉(zhuǎn)換為+5V，其輸出電流最大為3A，平均工作效率可達(dá)80%以上，然后由TPS7333Q轉(zhuǎn)換為3.3V，供主控芯片TMS320LF2407A及其外圍電路使用，能完全滿足系統(tǒng)的供電要求。

JTAG接口，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程、仿真、調(diào)試等；TMS320LF2407A內(nèi)嵌JTAG模塊，但對(duì)器件編程的功能對(duì)一般用戶是屏蔽的，因此只有較少的廠家能生產(chǎn)硬件仿真器。本系統(tǒng)采用ICETEK-5100PP硬件仿真器，結(jié)合TI公司的開(kāi)發(fā)軟件CCS2.20完成程序調(diào)試、燒入等工作。

2.2.4 電流驅(qū)動(dòng)器

電流驅(qū)動(dòng)器如圖4所示，采用了DC-DC變換中的BUCK變換形式，其中J1接磁流變阻尼器線圈; U1接開(kāi)關(guān)光耦，其2、4腳相接，當(dāng)控制器判斷出磁流變阻尼器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，選擇將其與3或者1腳接通，3腳和1腳的控制電壓由可調(diào)電位器R2、R11控制，表示需要控制輸出電流大小的信號(hào)，然后通過(guò)電壓跟隨器輸入TL494，該信號(hào)與反饋信號(hào)比較后，控制TL494的輸出脈沖寬度，當(dāng)在一個(gè)周期的高電平期間，信號(hào)經(jīng)過(guò)Q2驅(qū)動(dòng)后，使MOSFET導(dǎo)通，電源電壓加在減振器線圈上;當(dāng)在一個(gè)周期的低電平期間，MOSFET截止，磁流變減振器線圈內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量通過(guò)二極管D1續(xù)流;在一個(gè)周期中通過(guò)改變高低電平的時(shí)間比，使作用于線圈的平均電壓發(fā)生變化，從而改變其導(dǎo)通電流；電流值又通過(guò)R16采樣，然后放大、濾波后又輸入TL494，與控制信號(hào)進(jìn)行比較，使反饋值及時(shí)跟蹤控制信號(hào)電壓值的變化，形成閉環(huán)控制回路，自動(dòng)調(diào)節(jié)脈寬，保證輸出電流的穩(wěn)定。 圖中R7、R8、C2是相位補(bǔ)償，C1、R9決定TL494的內(nèi)部振蕩頻率，R12，R15決定其死區(qū)時(shí)間，Q3的作用是為MOSFET的極間電荷提供泄放回路。

圖4 電流驅(qū)動(dòng)器原理圖

2.3 軟件設(shè)計(jì)

圖5是完成一次測(cè)控的流程圖：

圖5 超聲波檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)流程圖3、實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.1 測(cè)量的分辨力

在溫度T=24.875°C時(shí)，測(cè)試各距離對(duì)應(yīng)的計(jì)時(shí)脈沖數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：

表 1

從表中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)際距離每1毫米的變化，計(jì)數(shù)脈沖有約30個(gè)的變化，每個(gè)記數(shù)脈沖為0.1μs。

3.2 系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性

系統(tǒng)每測(cè)控一個(gè)循環(huán)的耗時(shí)主要由兩部分構(gòu)成，即超聲波對(duì)阻尼器的運(yùn)行狀態(tài)辯識(shí)的時(shí)間和電流驅(qū)動(dòng)器接收到控制信號(hào)至輸出電流穩(wěn)定的時(shí)間，前者由于采用了測(cè)量三次通過(guò)一定處理后，作為最終的計(jì)數(shù)脈沖值，每次測(cè)量最大耗時(shí)約2.5ms，共7.5ms；圖6是電流驅(qū)動(dòng)器在階躍上升和下降信號(hào)作用下的實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖，圖中上面是階躍輸入信號(hào)曲線，縱向每格的幅值為2.00V；下面是在取樣電阻兩端實(shí)測(cè)的響應(yīng)曲線，縱向每格的幅值為1.00V；橫向?yàn)闀r(shí)間軸，每格的寬度為2.00ms；可以看出，在階躍信號(hào)激勵(lì)下，實(shí)際的上升時(shí)間和下降時(shí)間都低于2.5ms，因此系統(tǒng)總的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約10ms，完全滿足實(shí)時(shí)性要求。

圖6 電流驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖

3.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

系統(tǒng)的穩(wěn)定主要由取決于超速波傳感和電流驅(qū)動(dòng)器部分，前者由于環(huán)境因素的影響可能產(chǎn)生誤觸發(fā)，因此在一個(gè)測(cè)控循環(huán)中，通過(guò)對(duì)連續(xù)三次測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合阻尼器的安裝位置和可能運(yùn)行的最大速度等進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性分析，從而確定本次循環(huán)的準(zhǔn)確時(shí)間，表2是在同一距離處，靜態(tài)測(cè)量9次的測(cè)試結(jié)果：