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(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。

　　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(dòng)懸架系統(tǒng)可以根據(jù)路面狀況和車輛運(yùn)行狀態(tài)在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)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(lì)磁線圈中的電流從而獲得不同強(qiáng)度的磁場，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(diào)節(jié)磁流變阻尼器的驅(qū)動(dòng)電流，就能達(dá)到控制磁流變阻尼器的目的。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，國內(nèi)外未見磁流變阻尼器的電流控制器設(shè)計(jì)的報(bào)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(dòng)調(diào)節(jié)和外加電壓控制調(diào)節(jié)兩種方式下，能與計(jì)算機(jī)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(jì)的原理和實(shí)現(xiàn)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(shù)字信號處理芯片TMS320F240,采用改進(jìn)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(gè)16位通用定時(shí)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(jì)出磁流變阻尼器的的控制器，并且F240的強(qiáng)大處理能力為今后系統(tǒng)擴(kuò)展留有余地。下面將詳細(xì)介紹基于DSP的磁流變阻尼器的控制器的設(shè)計(jì)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(jìn)行運(yùn)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(jì)，框圖如圖3所示。系統(tǒng)工作時(shí)主程序可以處理其它事務(wù)，當(dāng)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(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(dòng)電流的輸出。

　　3 A/D采樣

　　F240內(nèi)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，它們通過一個(gè)8選1模擬多路轉(zhuǎn)換器提供給ADC。每個(gè)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。

　　本系統(tǒng)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(shè)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(nèi)部啟動(dòng)信號。

　　2） 設(shè)置ADC控制寄存器1（ADCCTRL1）。

　　位12 清0，禁止ADC2（沒有用到ADC2）；

　　位11置1， ADC1被使能；

　　位10清0， 非連續(xù)轉(zhuǎn)換模式；

　　位9 置1，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷；

　　位8 置1，ADC中斷標(biāo)志位，當(dāng)AD轉(zhuǎn)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開始轉(zhuǎn)換；