基于C8051F的磁流變控制器設計

發(fā)布時(shí)間:2010-6-20 12:05    發(fā)布者:zealot
關(guān)鍵詞: C8051F , 磁流變控制器
磁流變阻尼器(MRFD)的阻尼力調節主要依靠調節其內部勵磁線(xiàn)圈電流的方式實(shí)現,一般通過(guò)控制器將外界控制端發(fā)出的控制信號轉變?yōu)橐欢ǖ妮敵?a href="http://selenalain.com/keyword/電壓" target="_blank" class="relatedlink">電壓(由線(xiàn)圈電阻大小決定)、電流(由線(xiàn)圈線(xiàn)徑?jīng)Q定)輸入勵磁線(xiàn)圈。在工程控制過(guò)程中,磁流變阻尼器控制器的實(shí)時(shí)精確調節對阻尼器性能的影響很大。從設計原理來(lái)講,MRFD控制器主要分成電壓源控制器和電流源控制器兩種。根據對勵磁線(xiàn)圈的等效電路圖分析可知電流源響應速度快于電壓源。因此MPFD控制器的設計幾乎都采用電流源控制方式。

MRFD控制器的性能指標有:磁流變阻尼器的控制電流與阻尼力的線(xiàn)性關(guān)系,要求控制電流連續可調并具有較高的線(xiàn)性度和較小的相對誤差;振動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性要求控制器響應速度要快;用于現場(chǎng)測控時(shí)需要友好的人機界面、和外部測控系統的無(wú)縫連接;用于獨立控制時(shí)能夠提供各科內置的控制算法等。

本文給出了一種基于C8051F310 MCU的磁流變阻尼器控制器的設計方法。

控制系統設計

磁流變控制系統硬件總體框圖如圖1所示。磁流變控制系統主要由8051F310處理器、執行模塊、手動(dòng)輸入輸出模塊、外部控制系統接口模塊等部分組成。各部分功能如下:


8051F310處理器:利用A/D采樣各項參數,接受內外部發(fā)出的控制命令,并通過(guò)PWM轉換輸出到執行系統。

執行模塊:利用8051F310處理器發(fā)出的PWM信號控制驅動(dòng)阻尼器。

手動(dòng)輸入輸出模塊通過(guò)鍵盤(pán)和顯示器與8051F310處理器連接。

外部控制系統接口模塊:通過(guò)專(zhuān)用接口與外部PC機控制系統串接。

硬件電路

C8051F310的可編程計數器(PCA0)由一個(gè)專(zhuān)用的16位計數器/定時(shí)器和5個(gè)16位捕捉/比較模塊組成。將捕捉/比較模塊的工作方式設定為8位PWM,把PWM脈沖輸出到MOS管功率驅動(dòng)單元,從而控制磁流變阻尼器的電流值。將通過(guò)阻尼器的電流采樣放大后,送入C8051F310的A/D單元中,經(jīng)過(guò)A/D轉換后由軟件濾波得到電流量,并被傳送給顯示單元AXG12864 LED。將電流值與設定的電流值相比較得到的誤差值,通過(guò)特殊的算法來(lái)調節PWM的脈寬,這樣就形成了磁流變阻尼器電流的閉環(huán)控制系統。

鍵盤(pán)控制電路采用了4×4的數字鍵盤(pán),用外中斷來(lái)讀取鍵盤(pán)的值,從而解碼出被按下的鍵值,從而可以手動(dòng)設置磁流變阻尼器控制電流值,并且把按下的鍵值傳送給顯示單元AXG12864LED。

AXG12864顯示模塊顯示屏為128列、64行、使用1片有64行輸出的行驅動(dòng)器和2片列驅動(dòng)控制器,其中每片列驅動(dòng)器有64路輸出。行驅動(dòng)器與MCU沒(méi)有關(guān)系,只要提供電源就能產(chǎn)生驅動(dòng)信號和同步信號,模塊的外部信號僅與列驅動(dòng)器有關(guān)。列驅動(dòng)器內置64×64位顯示存儲器,RAM被分為8頁(yè),每頁(yè)8行;顯示屏上各像素點(diǎn)顯示狀態(tài)與顯示存儲器各位數據-一對應,顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動(dòng)信號,為"1"顯示,為"0"不顯示。圖2為AXG12864顯示模塊自身的邏輯電路接口框圖。


利用C8051F310的UART0單元與上位機(PC機)通訊。它是一個(gè)異步全雙工的串口,這里我們把它設定在8位UART方式,并通過(guò)MAX232轉換芯片轉換為RS232電平,從而可以同PC機的COM口來(lái)完成通訊功能。在PC機上使用VB編程,通過(guò)調用MSCOMM控件來(lái)對COM口操作,從而宴現對磁流變阻尼器的控制,也實(shí)時(shí)地讀取磁流變阻尼器的當前狀態(tài)值。

磁流變阻尼器控制系統各個(gè)按口的電路圖3所示。


軟件設計

軟件系統設計采用中斷向量法,用到的中斷包括A/D采樣中斷、PWM中斷、異步串口中斷、鍵盤(pán)中斷、顯示器中斷和故障中斷。優(yōu)先級順序從高到低依次為故障中斷、PWM 中斷、A/D采樣中斷、鍵盤(pán)中斷、異步串口中斷、顯示器中斷。部分程序框圖見(jiàn)圖4。

結語(yǔ)

圖5是磁流變阻尼器控制器的樣機,并已在受控磁流變阻尼器為RD-1005系列的實(shí)驗臺上測試,起到了很好的控制作用。
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