基于DSP的自调谐动力吸振器控制系统的研究

摘要

自调谐动力吸振器由于其动力学参数（比如刚度、阻尼、质量等）可以通过外加适当的控制实时调节，从而使得这种吸振器能够满足激励频率变化的减振需求，而且能耗较小，因此，该类吸振器的研究和应用越来越多。实际应用中，自调谐动力吸振器本身结构设计固然很关键，但是，其要想实现频率可调，必须依靠外部施加相应的控制，否则吸振器只是处于其初始状态下的被动式吸振器。因此，控制系统的研究也是自调谐动力吸振器应用的关键技术之一。本文根据课题组承担的国家应用技术项目的要求，围绕课题组设计的两种自调谐动力吸振器，展开其软、硬件控制系统的研究。主要内容如下：
　　 为了研究清楚被控对象的各种性能，通过理论分析和实验测试两种途径，详细分析了机械式自调谐动力吸振器和磁流变弹性体自调谐动力吸振器的移频特性，准确定位了两者的被控量。
　　 针对这两种吸振器的减振控制，设计了以DSP(TMS320F2812)为核心的硬件控制系统、变步长寻优算法与LabVIEW人机交互界面相结合的软件控制系统。硬件系统主要包括主处理器DSP、电源管理电路、AD7656芯片实现的A/D转换电路、AD5754R芯片实现的D/A转换电路、正交编码脉冲接收电路、方向脉冲输出电路、通信接口电路(JTAG&SCI)以及相应的驱动电路。变步长寻优控制算法分为插值法或者查表法粗调阶段和变步长寻优精调阶段来实现，以此来综合满足控制系统的快速性和精确性要求；LabVIEW人机交互界面可以实现串口设置、吸振器运行状态控制、数据图形化显示和数据保存四大功能，使得控制系统更具人性化。
　　 为了验证该自调谐动力吸振器控制系统的有效性，同时评价自调谐动力吸振器的减振性能，在多模态实验平台上，进行了两种自调谐动力吸振器的减振控制实验研究。结果表明：该控制系统能够实现目标代码的嵌入式运行，减振控制便捷有效，且两种动力吸振器都能够在13Hz～17Hz之间实现-4dB以上的减振效果，自调谐过程均小于15s。