基于ARM+DSP的智能结构控制系统的制作方法

本发明属于智能结构控制技术领域，特别是一种基于arm+dsp的智能结构控制系统。

背景技术：

磁流变材料是一类智能材料的总称，它们的流变特性能够用外加的磁场来控制。磁流变弹性体是这类材料中的新成员，它由软磁性颗粒和聚合物基体构成，其典型特征是剪切模量和压缩模量均可由外磁场控制。以其开发的隔振器—磁流变弹性体隔振器具有结构简单、响应速度快、可靠性强、工作频带宽、能耗小等优点，已成为新一代的半主动式隔振器，应用前景非常广阔。作为一种智能结构，磁流变弹性体隔振器能否起到较好的隔振效果，取决于针对其设计的控制系统的优劣。

随着计算机技术和大规模集成电路技术的快速发展，各种高性能的数字化微处理器(arm、dsp、fpga／cpld等)被越来越多地应用到减振控制领域，以满足人们越来越高的减振控制要求。其中，dsp作为一种高性能的数字处理芯片，具备专门的硬件乘法器，可大大提高运算速度。因此，可以利用dsp对数字信号进行快速傅里叶变换（fft），获得激励信号幅频特性，并根据相应隔振控制算法，输出控制信号，控制智能结构中线圈的电流，改变磁流变弹性体刚度和阻尼，起到隔振减振的作用。

目前，大多数磁流变弹性体只能针对固定质量的对象进行隔振，一旦隔振对象改变，则原来的隔振控制算法就很难发挥作用；同时，被隔振的对象的加速度等参数，是衡量智能结构的重要标准。而现有的隔振器控制系统无法实现人机交互，因此使用者无法输入隔振参数，无法实时改变控制算法，通用性差。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于arm+dsp的智能结构控制系统，以解决什么现有的磁流变弹性体隔震器的控制系统参数不可调导致通用性差的问题，以及隔震器的运动参数状态无法实时显示的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于arm+dsp的智能结构控制系统，包括第一压电式加速度传感器、磁流变弹性隔振器，第二压电式加速度传感器，电荷放大器，稳压直流源，dsp控制器和arm处理器7；

所述第一压电式加速度传感器和第二压电式加速度传感器分别用于获得激励信号和激励信号的响应信号；

所述电荷放大器通和两个压电式加速度传感器相连，用于对从压电传感器获得的信号进行滤波和放大；

所述dsp控制器和电荷放大器相连，用于激励信号和响应信号的a/d转换、fft处理和控制算法的实现；并且和磁流变弹性隔振器相连，用于控制磁流变弹性隔振器的的通断电工作；

所述arm处理器和dsp控制器相连，用于和dsp控制器进行双工通信和控制系统人机交互界面的实现；

所述磁流变弹性隔振器用于隔离或减少激励传递到磁流变弹性隔振器的隔振平台，降低隔振平台的动态响应；

所述稳压直流源正负极直接和磁流变弹性隔振器的线圈的两端相连，用于给线圈供电，从而提供磁流变弹性隔振器工作所需磁场强度。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）通过dsp控制器可以对激励信号进行fft变换，并根据隔振控制算法，实时输出控制信号。

（2）使用者可通过触摸显示屏输入隔振参数，将控制阈值传递给dsp控制器，实时根据隔振对象和所用弹簧刚度改变控制算法，实现控制算法的通用性。

（3）通过传感器获得隔振对象加速度值，并显示在所设计的人机交互界面上，实时显示。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的基于arm+dsp的智能结构控制系统整体结构图。

图2为本发明的磁流变弹性体隔振器结构图。

图3为本发明的arm+dsp部分功能原理图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种基于arm+dsp的智能结构控制系统，包括第一压电式加速度传感器1、磁流变弹性隔振器3，第二压电式加速度传感器4，电荷放大器，稳压直流源，dsp控制器6和arm处理器7；

所述第一压电式加速度传感器1和第二压电式加速度传感器4分别固定安装在外部的基台5和隔振对象2上，分别用于获得激励信号和激励信号的响应信号；

所述电荷放大器直接通过信号线和两个压电式加速度传感器相连，用于对从压电传感器获得的信号进行滤波和放大；

所述dsp控制器6通过信号线和电荷放大器相连，用于激励信号和响应信号的a/d转换、fft处理和控制算法的实现；并且和磁流变弹性隔振器3相连，用于控制磁流变弹性隔振器3的通断电工作；

所述arm处理器7通过串口线和dsp控制器6相连，用于和dsp控制器6进行双工通信和控制系统人机交互界面的实现；

所述磁流变弹性隔振器3安装在隔振对象2和基台5之间，用于隔离或减少激励传递到磁流变弹性隔振器3的隔振平台8，降低隔振平台8的动态响应；

所述稳压直流源正负极直接和磁流变弹性隔振器3线圈10的两端相连，用于给线圈10供电，从而提供磁流变弹性隔振器3工作所需磁场强度；

进一步的，结合图2，所述磁流变弹性体隔振器3，包括隔振平台8、磁流变弹性体9、线圈10、弹簧11、支撑块12、上导磁体13、下导磁体14；

所述隔振平台8固定在支撑块12的上端，用于给隔振对象2提供一个平面；所述支撑块12用于支撑隔振平台8，支撑块12下端通过弹簧11和下导磁体14上端相连接；弹簧11的型号可以根据隔振对象2的刚度需求进行选择，作为被动隔振元件，增加隔振的可靠性；两片磁流变弹性体9对称分布在支撑块12中间径向的两侧；所述上导磁体13和下导磁体14选用电工纯铁材料，形成导磁性良好的导磁回路；所述上导磁体13和下导磁14均为u形结构，两个一起构成环形结构；两片磁流变弹性体9穿入上导磁体13的空隙；所述线圈10缠绕分布在上导磁体13和下导磁14内，给线圈10施加电流后，产生隔振所需磁场强度，从而改变磁流变弹性体的刚度和阻尼；

优选的，磁流变弹性体9选用羟基铁粉作为磁性填充颗粒，以704硅橡胶为基体，以二甲基硅油为添加剂；

所述上导磁体13和下导磁体14选用电工纯铁材料，可形成导磁性良好的导磁回路；

结合图3，进一步的，所述dsp控制器6包括dsp芯片、继电器、a/d模块、sci接口；

所述dsp芯片与sci接口、继电器、a/d模块相连，用以对激励信号进行fft变换，从而获得激励信号的频率，通过比较on-off控制阈值和激励信号频率的大小关系，根据隔振on-off控制算法实时输出控制信号；优选的，所述dsp芯片型号为s320f28335。

所述继电器为高压增强型单相固态继电器，和线圈10直接相连，用以控制线圈10的通断；

所述a/d模块与电荷放大器和dsp芯片直接相连，用于对经放大滤波后的传感器信号进行a/d转换。

结合图3，进一步的，所述arm处理器7包括arm芯片、触摸显示屏、sci接口；

所述arm芯片根据on-off控制阈值与隔振参数（弹簧刚度、隔振对象质量）的关系曲面（方法参考dug,huangx,liy,etal.performanceofsemi-active/passiveintegratedisolatorbasedonmagnetorheologicalelastomerandspring[j].smartmaterialsandstructures,2017）计算on-off控制阈值，用于隔振控制算法；同时，arm芯片和触摸显示屏以及sci接口相连，用于驱动触摸显示屏和sci通信；优选的，所述arm芯片的型号为s3c2440al-40；

所述触摸显示屏和arm芯片相连，用于输入弹簧11刚度参数和隔振对象2的质量参数，设有计算按钮可以触发on-off控制阈值计算程序，得到隔振算法所需on-off控制阈值；设有发送按钮，则触发串口程序，实现on-off控制阈值的传递，同时显示隔振对象2的加速度，从而实现了控制系统人机交互图形界面；

所述sci接口和arm芯片以及dsp芯片相连，用于实现dsp控制器6和arm处理器7的双工通信。具体而言，dsp控制器和arm处理器7通过串口线相连，通过sci接口，dsp控制器6给arm处理器7传递隔振对象2的加速度值，arm处理器6给dsp控制器7传递on-off控制阈值，从而根据隔振对象2质量和弹簧11刚度实时改变传入dsp控制器7的控制阈值，即实时改变隔振控制算法。

本发明的控制系统的工作过程为：

当外部激励带动磁流变弹性体隔振器3和隔振对象2振动时，第一压电传感器1和第二压电传感器4分别获得激励信号和激励信号的响应信号，经过电荷放大器滤波放大，传入dsp控制器6的a/d模块进行数模转换，dsp芯片通过fft转换获得激励信号频率，arm处理器上运行有linux操作系统，通过运行界面相关应用程序和触摸显示屏驱动程序，将人机交互界面，显示在触摸显示屏上。并且，界面相关应用程序基于qt的信号与槽机制进行开发，按下触摸显示屏，可以实现弹簧11刚度参数和隔振对象2的质量参数输入的功能，从而计算出on-off控制阈值。点击发送按钮，触发串口程序，促使arm处理器6给dsp控制器7传递on-off控制阈值，从而根据隔振对象2和弹簧11刚度实时改变控制算法。通过比较on-off控制阈值和激励信号频率的大小关系，输出隔振控制信号，控制继电器模块的通断，从而控制线圈10电流的通断，进而改变磁场强度，最终改变磁流变弹性体9的刚度和阻尼使隔振系统的固有频率发生改变，即出现移频的现象，从而避开激励信号频率共振区，起到隔振减振作用。同时，dsp控制器6给arm处理器7传递隔振对象2的加速度值，并将其显示在触摸显示屏上，用于检测隔振对象的运动状态。

由上可知，本发明的基于arm+dsp的智能结构控制系统实现了对磁流变弹性体隔振器的智能控制。并且，本发明具备隔振控制人机交互界面，可供隔振参数输入，传递控制参数，隔振对象运动状态显示，增加了控制系统的实用性和可视性。