基于DSP的磁流变阻尼器的控制方法

只看该作者 · 2018-5-2 10:38

基于DSP的磁流变阻尼器的控制方法

　以美国德州仪器公司推出的十六位定点通用数字信号处理芯片ＤＳＰ为核心开发出精确可控的电流控制器，电流可在０￣１．５Ａ范围内调节，输出电流精度高，线性度好，控制效果显著。

　　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。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。