工业电子中的基于C8051F的磁流变控制器设计

前言 磁流变阻尼器(MRFD)的阻尼力调节主要依靠调节其内部励磁线圈电流的方式实现，一般通过控制器将外界控制端发出的控制信号转变为一定的输出电压(由线圈电阻大小决定)、电流(由线圈线径决定)输入励磁线圈。在工程控制过程中，磁流变阻尼器控制器的实时精确调节对阻尼器性能的影响很大。从设计原理来讲，MRFD控制器主要分成电压源控制器和电流源控制器两种。根据对励磁线圈的等效电路图分析可知电流源响应速度快于电压源。因此MPFD控制器的设计几乎都采用电流源控制方式。 MRFD控制器的性能指标有：磁流变阻尼器的控制电流与阻尼力的线性关系，要求控制电流连续可调并具有较高的线性度和较小的相对误差；振动控制的 磁流变阻尼器（MRFD）是一种先进的智能材料设备，其阻尼力可以通过改变内部励磁线圈的电流来精确调节。控制器在这一过程中起着核心作用，它接收外部控制信号并将其转化为适当的电压和电流输入到励磁线圈，以调整阻尼力。在实际工程应用中，控制器的实时性和精度对磁流变阻尼器的性能至关重要。 MRFD控制器设计主要分为电压源控制器和电流源控制器两类。电流源控制器因其更快的响应速度而在设计中更受欢迎。控制器的性能指标主要包括：控制电流与阻尼力之间的线性关系，要求控制电流连续可调，线性度高，相对误差小；以及控制器的响应速度，这直接影响振动控制的实时性。 本文提出了一种基于C8051F310微控制器的磁流变阻尼器控制器设计方案。C8051F310是一款高性能的单片机，具有内置的A/D转换器、PWM模块和其他多种功能，适合于这种高精度控制需求。控制系统由C8051F310处理器、执行模块、手动输入输出模块和外部控制系统接口模块组成。处理器负责采样参数、接收指令并通过PWM控制执行模块，执行模块则根据PWM信号调节阻尼器。手动输入输出模块用于用户交互，而接口模块确保与外部控制系统的无缝连接。 硬件电路设计中，C8051F310的PCA0模块被配置为8位PWM，输出控制MOS管驱动单元，从而调节磁流变阻尼器的电流。通过阻尼器的电流被采样并经A/D转换，软件滤波后得到电流值，与设定值比较后，通过算法调整PWM脉宽，形成电流的闭环控制系统。此外，4x4数字键盘用于手动设置电流值，AXG12864LED显示器则提供了友好的人机交互界面。 软件设计采用中断服务方式，包括A/D采样中断、PWM中断、串口中断、键盘中断、显示器中断和故障中断。中断优先级管理确保了关键任务的及时处理。通过UART0与上位机（PC机）进行通信，实现了远程控制和状态监控。 实验结果表明，基于C8051F310的磁流变阻尼器控制器在实际应用中表现出良好的控制效果，尤其是在RD-1005系列的实验台上进行了成功测试。 本文介绍的C8051F310控制器设计为磁流变阻尼器的精确控制提供了有效的解决方案，兼顾了实时性、精度和用户友好性，适用于工业电子领域的振动控制和其他精密工程应用。