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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。 |
