基于DSP的磁流变阀流量控制系统设计

　　1引言

　　磁流变阀是基于磁流变液的磁流变效应工作的。磁流变阀的工作原理：当线圈没有电流时，磁流变液在高导磁性的铁心空隙间做牛顿流体运动，当线圈中通过电流时，由电磁感应定律在铁心中将产生磁通。磁通穿过铁心间隙中的磁流变液，使液体中的磁性材料沿着垂直于液体流动方向形成链状，成为一种具有一定剪切屈服强度的粘塑性体，从而阻碍液体的流动。一定范围内(磁化饱和以内)，磁感应强度越大，剪切屈服强度越大，磁流变液的流动性越差，反之亦然。通电环形线圈在同一点产生的磁感应强度与电流的关系：

　　由此可知,线圈电流与磁流变阀流量的关系是非线性单调减小的。那么我们可以通过对磁流变阀线圈电流的控制来改变磁流变阀的流量。

　　2磁流变阀流量控制系统总体方案

　　本系统选用TI公司的TMS320LF2407A作为下级流量控制的中央处理机，即现场控制器。利用 TMS320LF2407A 的串行接口，通过RS232异步通信接口与上位机进行通信。下位机具有采样、控制规律运算、输出控制以及向上位机传送下位机采集的主要参数和现场运行状态的功能，上位机主要对下位机及现场进行监控，在运行过程中动态显示流量输出值极其变化。

　　流量传感器测量阀口流量信号，通过信号调理电路滤波与放大后，经过DSP的10位ADC数据采集，经DSP内部流量控制算法计算出对应的磁流变阀线圈电流值，再将计算出的电流值转化成相应的时间值，通过PWM模块输出PWM波形送到磁流变阀驱动电路，从而控制阀的流量。控制系统硬件结构如图1。

　　利用TMS320LF2407A芯片的事件管理器的脉冲调制电路来产生PWM波形，它的两个管理器可以产生多达6对(即12个)PWM波输出，并且这些输出的极性均可在线控制，还带有可编程的死区控制器。它在通用定时器的比较匹配时也能产生非对称和对称的PWM波的输出。设

　　3系统硬件的设计

　　3.1驱动电路的设计

　　驱动电路图如图2所示。图2 中的RESET 信号输出引脚与图3中的RESET相连。电路图中的C1、L1、R1 组成部分为磁流变阀的等效电路。驱动电路采用BUCK变换器，其中开关管用场效应管MOSFET。MOSFET由TLP250芯片驱动。电路工作如下：当DSP输出PWM波形为高电平时，开关管导通，电源给磁流变阀供电，当输出为低电平时，开关管截至，电感L2通过二极管D1给磁流变阀续流。开关管 Q 的占空比和工作频率等于PWM波形的占空比和频率。整个过程 DSP 依据内部的控制算法控制PWM的输出电压的占空比来调节阀的流量。