基于C8051F的磁流變控制器設計

摘要： 本文提出了一種基于C8051F310 MCU的磁流變阻尼器控制器設計方法。并給出了控制器的總體結構、接口電路與軟件設計，設計出樣機在實際使用過程中效果較好。

關鍵詞： PWM控制；磁流變阻尼器

前言

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圈電流的方式實現，一般通過控制器將外界控制端發出的控制信號轉變為一定的輸出電壓(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(1)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MRFD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；用于現場測控時需要友好的人機界面、和外部測控系統的無縫連接；用于獨立控制時能夠提供各種內置的控制算法等。

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

圖1  磁流變阻尼器控制系統硬件框圖

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，接受內外部發出的控制命令，并通過PWM轉換輸出到執行系統。
執行模塊：利用8051F310處理器發出的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。
外部控制系統接口模塊： 通過專用接口與外部PC機控制系統串接。

硬件電路

C8051F310的可編程計數器(PCA0)由一個專用的16位計數器/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PWM的脈寬，這樣就形成了磁流變阻尼器電流的閉環控制系統。

鍵盤控制電路采用了4