[發(fā)明專利]基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310670593.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103699033A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅莉;胡為;王琦;王昱;李密;周彥凱
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務(wù)所(普通合伙) 21228
• 代理人: 李福義

1.一種基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器，其特征在于：該控制器包括信號調(diào)理部分、核心模塊部分、驅(qū)動模塊部分和面向沖擊負(fù)荷的磁流變緩沖器，信號調(diào)理部分包括傳感器、濾波電路和放大電路，核心模塊部分包括DSP及外圍電路和D/A電壓轉(zhuǎn)換器；驅(qū)動模塊由壓控電流源驅(qū)動電路組成；該控制器中傳感器連接濾波電路的輸入端，濾波電路的濾波信號輸出端連接放大電路的輸入端，放大電路的輸出端連接DSP的A/D轉(zhuǎn)換接口，通過DSP運算處理之后，DSP的I/O端口連接D/A電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端，D/A電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端連接壓控電流源驅(qū)動電路的輸入端，壓控電流源驅(qū)動電路的輸出端連接面向沖擊負(fù)荷的磁流變緩沖器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器，其特征在于：所述的傳感器包括位移傳感器和壓力傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器，其特征在于：所述的DSP外圍電路包括晶振電路、SRAM電路、復(fù)位電路和JTAG電路，其中晶振電路、SRAM電路、復(fù)位電路和JTAG電路均連接DSP。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器，其特征在于：所述的壓控電流源驅(qū)動電路由三個運算放大器依次連接組成，分別實現(xiàn)反相、比例放大以及電壓跟隨的功能，同時由場效應(yīng)管實現(xiàn)電流的放大并完成對負(fù)載驅(qū)動電流的開關(guān)控制。

5.采用權(quán)利要求1所述的基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1、構(gòu)造基于信號梯度信息的自適應(yīng)提升小波預(yù)測濾波器；

梯度信息反映在決策規(guī)則集R中，預(yù)測算子則最終由決策規(guī)則集R來確定，規(guī)則集R中每一條規(guī)則r對應(yīng)于一個預(yù)測算子，根據(jù)規(guī)則集的值確定預(yù)測算子，信號的梯度信息間接地表示了信號的陡峭與平滑的程度，根據(jù)信號的陡峭程度選擇預(yù)測算子可以更準(zhǔn)確地預(yù)測信號，從而獲得滿意的近似即尺度系數(shù)和細(xì)節(jié)即小波系數(shù)信號；

步驟2、構(gòu)建沖擊攔阻系統(tǒng)力學(xué)模型及狀態(tài)方程；

沖擊攔阻系統(tǒng)力學(xué)模型如下：

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

取建立上式狀態(tài)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為沖擊載荷在X方向上的加速度，F(xiàn)_D為設(shè)定的除攔阻索拉力外的其他力的合力，m為沖擊載荷的質(zhì)量，S為沖擊載荷滑跑位移，H為作用點離地面的垂直高度，抗阻開始時攔阻索的寬度AB＝2L，L為攔阻開始時攔阻索寬度的一半，沖擊載荷受到阻攔索拉力F_l；

步驟3、建立滑?？刂破?；

步驟3.1滑模控制器；

L·=-sld-η|sl|≤0]]>

η≥D，???(23)

D為干擾項的強度限制，S_l表示滑模切換函數(shù)，d是系統(tǒng)干擾項的簡寫形式，η是指數(shù)趨近律的系數(shù)；

步驟3.2滑?？刂品蓝?；

提出過零率和短時能量檢測的防抖滑?？刂品椒?；

步驟3.3針對構(gòu)建的沖擊攔阻狀態(tài)方程，驗證算法并對結(jié)果進行分析

針對兩種情況進行仿真，情況1，固定Δ值，在保證系統(tǒng)控制誤差的情況下，盡量減小Δ的值；情況2，在選定的Δ₀值的情況下，采用動態(tài)方法設(shè)定Δ值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP嵌入式磁流變沖擊負(fù)荷緩沖控制器的控制方法，其特征在于：所述的步驟3.2滑?？刂品蓝栋ㄈ缦虏襟E：

步驟3.2.1提取控制信號趨勢項

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

z(t)代表輸出的控制信號中的連續(xù)k個數(shù)據(jù)，t是幀數(shù)，k為幀長；

步驟3.2.2過零率和短時能量檢測

短時能量檢測為

Et=Σi=1kxst2(i)---(31)]]>

E_t為第t幀的控制信號x_st(i)的短時能量

x_st(i)為控制信號

i為第t幀信號中的第i個信號的編號，i＝1，及第t幀第一個信號點值，i＝2，第t幀第二個信號值，以此類推；

k為幀長度；

過零率公式為

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

式中，sgn為符號函數(shù)，即

sgn(x)=1x≥0-1x<0---(33)]]>

Rt是過零率；

步驟3.2.3防抖控制

根據(jù)公式：

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

式中，τ_h，τ_l為上下限增益系數(shù)，Δ₀表示Δ的初始值；

采用短時能量和過零率相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)，對Δ值進行調(diào)整，即，

(1)E_t、R_t都大于限定值上限E_h、R_h，說明控制發(fā)生抖振，應(yīng)增大Δ值，同時用z(t)替代x(t)，以避免系統(tǒng)對同一抖振點重復(fù)檢測；

(2)E_t大于限定值上限E_h，而R_t小于限定值上限R_h，說明趨勢項沒有跟蹤實際趨勢，不對Δ值做調(diào)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，說明趨勢項擬合較好，由于采用二項式擬合，分布在趨勢項兩邊的點數(shù)比較均勻，導(dǎo)致過零率較高，并不是Δ值太小的緣故，因此不對Δ值做調(diào)整；

(4)E_t、R_t都小于限定值下限E_l、R_l，說明系統(tǒng)Δ值較大，為減小系統(tǒng)控制誤差，應(yīng)減小Δ值。