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

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(PCAO)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4×4的數字鍵盤，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。

AXGl2864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與顯示存儲器各位數據一一對應，顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動信號，為“1”顯示，為“O”不顯示。圖2為AXGl2864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COMl3操作，從而實現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值。

磁流變阻尼器控制系統各個接口的電路圖3所示。

軟件設計

軟件系統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。

參考文獻：

1．潘琢金譯，C8051F310/1混合信號ISP FLASH微控制器數據手冊，REV1.3 2003.5

2．陳軍等，基于M68HC08的磁流變阻尼器控制 系統設計，《微計算機信息》(測控自動化)2004年第20 卷第1期

3．郝春強，新概念Visual Basic 6教程北京科海集 團公司2001.1

4．內藏HD61202及其兼容控制驅動器圖形液晶顯 示模塊使用手冊北京精電蓬遠顯示技術有限公司2001.7