基于DSP的磁流變阻尼器的控制方法

　　以美國德州儀器公司推出的十六位定點(diǎn)通用數字信號處理芯片DSP為核心開(kāi)發(fā)出精確可控的電流控制器，電流可在0~1.5A范圍內調節，輸出電流精度高，線(xiàn)性度好，控制效果顯著(zhù)。

　　1 引言

　　磁流變阻尼器是一種在磁場(chǎng)作用下阻尼可控的器件，在航空、汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣泛應用前景。與傳統汽車(chē)懸架系統相比，裝有磁流變阻尼器的半主動(dòng)懸架系統可以根據路面狀況和車(chē)輛運行狀態(tài)在計算機的控制下自動(dòng)調節阻尼器的阻尼力，大大提高汽車(chē)的舒適性和行車(chē)安全性[1，2]。磁流變阻尼器的工作原理是改變勵磁線(xiàn)圈中的電流從而獲得不同強度的磁場(chǎng)，使工作腔中的磁流變液的流動(dòng)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(shí)時(shí)精確調節磁流變阻尼器的驅動(dòng)電流，就能達到控制磁流變阻尼器的目的。經(jīng)文獻檢索，國內外未見(jiàn)磁流變阻尼器的電流控制器設計的報道。根據美國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(dòng)調節和外加電壓控制調節兩種方式下，能與計算機或PLC構成閉環(huán)控制系統。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(méi)有公布設計的原理和實(shí)現的方法。

　　美國德州儀器公司（Texas Instrument）推出的定點(diǎn)十六位通用數字信號處理芯片TMS320F240,采用改進(jìn)哈佛結構，程序存儲器和數據存儲器的總線(xiàn)分開(kāi)，可以最大限度提高處理能力。為了適合工業(yè)控制要求，F240集成了許多外設，包括3個(gè)16位通用定時(shí)器，12路帶死區控制的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PWM信號控制開(kāi)關(guān)器件調節電流的原理，順利地設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， KI0輸入到DSP集成的A/D口，DSP 對采樣信號進(jìn)行運算后，根據相應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(yǔ)言設計，框圖如圖3所示。系統工作時(shí)主程序可以處理其它事務(wù)，當定時(shí)器2發(fā)生周期中斷時(shí)，觸發(fā)A/D采樣，然后采樣值與系統給定值相減，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信號用于控制驅動(dòng)電流的輸出。

　　3 A/D采樣

　　F240內部集成了兩個(gè)帶采樣-保持電路的10位ADC模塊。每個(gè)模塊有8個(gè)模擬輸入通道，它們通過(guò)一個(gè)8選1模擬多路轉換器提供給ADC。每個(gè)ADC單元的最大轉換事件為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。

　　本系統采用ADC1模塊的1通道輸入采樣信號，采用定時(shí)器2周期中斷觸發(fā)方式，操作步驟如下：

　　1） 設置定時(shí)器控制器GPTCON的位9，10為0，1，將定時(shí)器2的周期中斷作為ADC的內部啟動(dòng)信號。

　　2） 設置ADC控制寄存器1（ADCCTRL1）。

　　位12 清0，禁止ADC2（沒(méi)有用到ADC2）；

　　位11置1， ADC1被使能；

　　位10清0， 非連續轉換模式；

　　位9 置1，當AD轉換完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷；

　　位8 置1，ADC中斷標志位，當AD轉換完成后該位被置1；

　　位6-4 ADC2通道選擇；

　　位3-1置為 000 ，ADC1通道選擇，000為通道1；

　　位0 置1， AD開(kāi)始轉換；