[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

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，特别涉及一种基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器及控制方法。

背景技术

半主动控制技术通过获取系统的结构振动响应信息，实时地改变缓冲装置的阻尼或者刚度等结构参数，减少系统的响应。半主动控制技术不需要向系统提供控制力，所需的能量远小于主动控制所需的能量。结构简单、鲁棒性和可靠性好，同时，主动变阻尼或者智能阻尼装置的控制算法是要使阻尼装置在可能实现的力的大小、方向和形式上尽可能地跟踪和实现主动最优控制力。磁流变阻尼器属于典型的半主动控制装置，由于磁流变液的屈服强度能够在毫秒级变化，结构简单，能源消耗少，提供阻尼力大，且阻尼力顺逆可控。

滑模变结构控制作为一类特殊的非线性控制方法，即控制的不连续性，这种控制策略的特点在于系统的“结构”并不是固定的，能够根据系统当前的状态动态调整，使系统按照设定的滑动模态，达到理想控制目标。由于其对系统的干扰和参数摄动的不敏感性，使系统具有响应速度快、物理实现简单等优势，已经在机器人控制、飞机自适应控制、卫星姿态控制、电机控制系统等方面取得了一定的研究成果。由于滑模变结构控制采用非线性控制率，控制量存在抖振现象，能否有效地控制抖振，成为评价所建立的滑模控制率优劣的关键因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器及控制方法。

本发明提供一种基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器，系统以DSP2812为核心，实现对冲击负荷的半主动控制。

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。信号调理电路主要实现信号的前期处理，如放大、滤波。DSP外围电路保证了DSP基本的运行条件及必要的功能扩展。D/A转换实现DSP数字控制信号到模拟控制信号的转换。

传感器包括位移传感器和压力传感器；

DSP及外围电路包括DSP、晶振电路、SRAM电路、复位电路和JTAG电路；

驱动模块由压控电流源驱动电路组成；驱动模块主要实现对磁流变缓冲器的电流驱动，将电压控制信号转换成磁流变缓冲器标准驱动电流信号。

其中面向冲击负荷的磁流变缓冲器采用专利号为2013201900658的实用新型专利。

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，晶振电路、SRAM电路、复位电路和JTAG电路均连接DSP。

其中压控电流源驱动电路，由三个运放组成，分别实现反相、比例放大以及电压跟随的功能。该驱动电路采用模块化设计方式，集成了电压/电流的转换，同时由通过场效应管完成了电流的放大，将弱电流转换为强电流。考虑到强弱电流的干扰，通过新颖合理的电气布局实现了强电流信号与弱电信号同时布线在一块紧凑电路板而互不干扰电路中。

滤波电路采用二阶巴特沃斯滤波器实现对高频干扰信号的滤除，消除来自与外部的高频干扰信号。

放大电路由三路采集通道组成，分别采集位移信号及阻尼压力信号。

基于DSP嵌入式磁流变冲击负荷缓冲控制器的控制方法，包括如下步骤：

步骤1、构造基于信号梯度信息的提升小波自适应预测滤波器；

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；

冲击拦阻系统力学模型如下：