[发明专利]基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器及控制方法

权利要求书

1.一种基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器，其特征在于：该控制器包括信号调理部分、核心模块部分、驱动模块部分和面向冲击负荷的磁流变缓冲器，信号调理部分包括传感器、滤波电路和放大电路，核心模块部分包括DSP及外围电路和D/A电压转换器；驱动模块由压控电流源驱动电路组成；该控制器中传感器连接滤波电路的输入端，滤波电路的滤波信号输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端连接DSP的A/D转换接口，通过DSP运算处理之后，DSP的I/O端口连接D/A电压转换器的输入端，D/A电压转换器的输出端连接压控电流源驱动电路的输入端，压控电流源驱动电路的输出端连接面向冲击负荷的磁流变缓冲器。

2.根据权利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器，其特征在于：所述的传感器包括位移传感器和压力传感器。

3.根据权利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器，其特征在于：所述的DSP外围电路包括晶振电路、SRAM电路、复位电路和JTAG电路，其中晶振电路、SRAM电路、复位电路和JTAG电路均连接DSP。

4.根据权利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器，其特征在于：所述的压控电流源驱动电路由三个运算放大器依次连接组成，分别实现反相、比例放大以及电压跟随的功能，同时由场效应管实现电流的放大并完成对负载驱动电流的开关控制。

5.采用权利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、构造基于信号梯度信息的自适应提升小波预测滤波器；

梯度信息反映在决策规则集R中，预测算子则最终由决策规则集R来确定，规则集R中每一条规则r对应于一个预测算子，根据规则集的值确定预测算子，信号的梯度信息间接地表示了信号的陡峭与平滑的程度，根据信号的陡峭程度选择预测算子可以更准确地预测信号，从而获得满意的近似即尺度系数和细节即小波系数信号；

步骤2、构建冲击拦阻系统力学模型及状态方程；

冲击拦阻系统力学模型如下：

ax=-FDm-2SmH2+L2+S2Fl---(13)]]>

取建立上式状态方程，

x·1=x2---(14)]]>

x·2=f(x1,x2)+g(x1,x2)u]]>

其中，f(x1,x2)=-FDm,]]>g(x1,x2)=-2x1mH2+L2+x12,]]>u＝F_l；

上式中：a_x为冲击载荷在X方向上的加速度，F_D为设定的除拦阻索拉力外的其他力的合力，m为冲击载荷的质量，S为冲击载荷滑跑位移，H为作用点离地面的垂直高度，抗阻开始时拦阻索的宽度AB＝2L，L为拦阻开始时拦阻索宽度的一半，冲击载荷受到阻拦索拉力F_l；

步骤3、建立滑模控制器；

步骤3.1滑模控制器；

L·=-sld-η|sl|≤0]]>

η≥D，   (23)

D为干扰项的强度限制，S_l表示滑模切换函数，d是系统干扰项的简写形式，η是指数趋近律的系数；

步骤3.2滑模控制防抖；

提出过零率和短时能量检测的防抖滑模控制方法；

步骤3.3针对构建的冲击拦阻状态方程，验证算法并对结果进行分析

针对两种情况进行仿真，情况1，固定Δ值，在保证系统控制误差的情况下，尽量减小Δ的值；情况2，在选定的Δ₀值的情况下，采用动态方法设定Δ值。

6.根据权利要求5所述的基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器的控制方法，其特征在于：所述的步骤3.2滑模控制防抖包括如下步骤：

步骤3.2.1提取控制信号趋势项

z_t(t)＝[z(t)，z(t-1)，...，z(t-k+1)]   (29)

z(t)代表输出的控制信号中的连续k个数据，t是帧数，k为帧长；

步骤3.2.2过零率和短时能量检测

短时能量检测为

Et=Σi=1kxst2(i)---(31)]]>

E_t为第t帧的控制信号x_st(i)的短时能量

x_st(i)为控制信号

i为第t帧信号中的第i个信号的编号，i＝1，及第t帧第一个信号点值，i＝2，第t帧第二个信号值，以此类推；

k为帧长度；

过零率公式为

Rt=12Σi=1k|sgn[xst(i)]-sgn[xst(i-1)]|---(32)]]>

式中，sgn为符号函数，即

sgn(x)=1x≥0-1x<0---(33)]]>

Rt是过零率；

步骤3.2.3防抖控制

根据公式：

Δ=Δ0+τh1g(Et),(Et>Eh,Rt≥Rh)Δ0+τl1g(Et),(Et<El,Rt≤Rl)---(34)]]>

式中，τ_h，τ_l为上下限增益系数，Δ₀表示Δ的初始值；

采用短时能量和过零率相结合的标准，对Δ值进行调整，即，

(1)E_t、R_t都大于限定值上限E_h、R_h，说明控制发生抖振，应增大Δ值，同时用z(t)替代x(t)，以避免系统对同一抖振点重复检测；

(2)E_t大于限定值上限E_h，而R_t小于限定值上限R_h，说明趋势项没有跟踪实际趋势，不对Δ值做调整；

(3)E_t小于限定值上限E_h，而R_t大于限定值上限R_h，说明趋势项拟合较好，由于采用二项式拟合，分布在趋势项两边的点数比较均匀，导致过零率较高，并不是Δ值太小的缘故，因此不对Δ值做调整；

(4)E_t、R_t都小于限定值下限E_l、R_l，说明系统Δ值较大，为减小系统控制误差，应减小Δ值。