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基于C8051F的磁流變控制器設計

基于C8051F的磁流變控制器設計

作者:佚名來源:不詳錄入:Admin 更新時間：2008-8-19 11:22:29 點擊數(shù)：19

【字體：

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前言

　　磁流變阻尼器(MRFD)的阻尼力調節(jié)主要依靠調節(jié)其內部勵磁線圈電流的方式實現(xiàn)，一般通過控制器將外界控制端發(fā)出的控制信號轉變?yōu)橐欢ǖ妮敵鲭妷?由線圈電阻大小決定)、電流(由線圈線徑決定)輸入勵磁線圈。在工程控制過程中，磁流變阻尼器控制器的實時精確調節(jié)對阻尼器性能的影響很大。從設計原理來講，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(jù)對勵磁線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性關系，要求控制電流連續(xù)可調并具有較高的線性度和較小的相對誤差；振動控制的實時性要求控制器響應速度要快；用于現(xiàn)場測控時需要友好的人機界面、和外部測控系統(tǒng)的無縫連接；用于獨立控制時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(tǒng)設計

　　磁流變控制系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所示。磁流變控制系統(tǒng)主要由8051F310處理器、執(zhí)行模塊、手動輸入輸出模塊、外部控制系統(tǒng)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(shù)，接受內外部發(fā)出的控制命令，并通過PWM轉換輸出到執(zhí)行系統(tǒng)。

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

　　手動輸入輸出模塊通過鍵盤和顯示器與8051F310處理器連接。

　　外部控制系統(tǒng)接口模塊：通過專用接口與外部PC機控制系統(tǒng)串接。

硬件電路

　　C8051F310的可編程計數(shù)器(PCA0)由一個專用的16位計數(shù)器／定時器和5個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管功率驅動單元，從而控制磁流變阻尼器的電流值。將通過阻尼器的電流采樣放大后，送入C8051F310的A／D單元中，經過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，通過特殊的算法來調節(jié)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(tǒng)。

　　鍵盤控制電路采用了4×4的數(shù)字鍵盤，用外中斷來讀取鍵盤的值，從而解碼出被按下的鍵值，從而可以手動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行輸出的行驅動器和2片列驅動控制器，其中每片列驅動器有64路輸出。行驅動器與MCU沒有關系，只要提供電源就能產生驅動信號和同步信號，模塊的外部信號僅與列驅動器有關。列驅動器內置64×64位顯示存儲器，RAM被分為8頁，每頁8行；顯示屏上各像素點顯示狀態(tài)與顯示存儲器各位數(shù)據(jù)-一對應，顯示存儲器的數(shù)據(jù)直接作為圖形顯示的驅動信號，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MAX232轉換芯片轉換為RS232電平，從而可以同PC機的COM口來完成通訊功能。在PC機上使用VB編程，通過調用MSCOMM控件來對COM口操作，從而宴現(xiàn)對磁流變阻尼器的控制，也實時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(tǒng)各個按口的電路圖3所示。

　　　　　　　　　　　　

軟件設計

　　軟件系統(tǒng)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、鍵盤中斷、異步串口中斷、顯示器中斷。部分程序框圖見圖4。

結語

　　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系列的實驗臺上測試，起到了很好的控制作用。

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