基于DSP的磁流變阻尼器的控制方法

作者：余淼時間：2008-06-23 來源：電子工程師

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　　以美國德州儀器公司推出的十六位定點通用數(shù)字信號處理芯片DSP為核心開發(fā)出精確可控的電流控制器，電流可在0~1.5A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，輸出電流精度高，線性度好，控制效果顯著。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/84643.htm

　　1 引言

　　磁流變阻尼器是一種在磁場作用下阻尼可控的器件，在航空、汽車等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)汽車懸架系統(tǒng)相比，裝有磁流變阻尼器的半主動懸架系統(tǒng)可以根據(jù)路面狀況和車輛運行狀態(tài)在計算機的控制下自動調(diào)節(jié)阻尼器的阻尼力，大大提高汽車的舒適性和行車安全性[1，2]。磁流變阻尼器的工作原理是改變勵磁線圈中的電流從而獲得不同強度的磁場，使工作腔中的磁流變液的流動特性發(fā)生變化，從而改變阻尼力的大小。

　　因此，控制器只要能實時精確調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的驅(qū)動電流，就能達到控制磁流變阻尼器的目的。經(jīng)文獻檢索，國內(nèi)外未見磁流變阻尼器的電流控制器設(shè)計的報道。根據(jù)美國LOAD公司的網(wǎng)站最新發(fā)布的信息，LOAD公司已經(jīng)研制出了適用于LOAD公司生產(chǎn)的Rheonetic系列磁流變器件的電流控制器RD-3002。它可以工作在手動調(diào)節(jié)和外加電壓控制調(diào)節(jié)兩種方式下，能與計算機或PLC構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。RD-3002需要外加12V，2A的電源，外加控制電壓：0~5V，輸出電流：0~2A。但是他們沒有公布設(shè)計的原理和實現(xiàn)的方法。

　　美國德州儀器公司（Texas Instrument）推出的定點十六位通用數(shù)字信號處理芯片TMS320F240,采用改進哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的總線分開，可以最大限度提高處理能力。為了適合工業(yè)控制要求，F(xiàn)240集成了許多外設(shè)，包括3個16位通用定時器，12路帶死區(qū)控制的PWM輸出、雙通道10位A/D輸入，串行通信接口以及Watchdog、PLL電路。因此，我們充分利用F240的硬件資源，根據(jù)PWM信號控制開關(guān)器件調(diào)節(jié)電流的原理，順利地設(shè)計出磁流變阻尼器的的控制器，并且F240的強大處理能力為今后系統(tǒng)擴展留有余地。下面將詳細介紹基于DSP的磁流變阻尼器的控制器的設(shè)計原理和控制方法。

　　RS為采樣電阻，KI0表示輸出電流的采樣，K為增益系數(shù)， KI0輸入到DSP集成的A/D口，DSP 對采樣信號進行運算后，根據(jù)相應(yīng)控制策略輸出一定占空比的PWM信號，控制主回路的輸出電流大小。

　　控制器的軟件采用F240匯編語言設(shè)計，框圖如圖3所示。系統(tǒng)工作時主程序可以處理其它事務(wù)，當(dāng)定時器2發(fā)生周期中斷時，觸發(fā)A/D采樣，然后采樣值與系統(tǒng)給定值相減，誤差輸入PID控制模塊，輸出PWM信號的占空比D，D送給PWM信號發(fā)生模塊，產(chǎn)生的PWM信號用于控制驅(qū)動電流的輸出。

　　3 A/D采樣

　　F240內(nèi)部集成了兩個帶采樣-保持電路的10位ADC模塊。每個模塊有8個模擬輸入通道，它們通過一個8選1模擬多路轉(zhuǎn)換器提供給ADC。每個ADC單元的最大轉(zhuǎn)換事件為6.6μs[3]。ADC模塊的參考電壓必須由外部電源提供，上級參考電壓和下級參考電壓可以設(shè)置為小于或等于5Vdc的任意值，分別接到VREFHI和VREFLO引腳。VCCA和VSSA引腳必須分別接到5Vdc和模擬地。ADC模塊框圖如圖4所示。