基于ARM+DSP的智能结构控制系统技术方案

本发明专利技术公开了基于ARM+DSP的智能结构控制系统，包括第一压电式加速度传感器、磁流变弹性体隔振器，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；两个传感器分别获得激励信号和响应信号；电荷放大器用于滤波和放大信号；DSP控制器对模拟电压信号进行A/D处理，FFT变换，使用ON‑OFF控制算法控制继电器模块的通断，从而控制磁流变弹性体隔振器线圈电流，改变磁流变弹性体的刚度和阻尼，实现主动‑被动一体化智能隔振；ARM处理器上运行智能结构控制界面，可供输入隔振参数，并计算ON‑OFF控制阈值；ARM处理器和DSP控制器之间使用SCI双工通信，互相传递参数；本发明专利技术实现了对磁流变弹性体隔振器的智能控制，运行状态显示，参数输入等多项功能。

Intelligent structure control system based on ARM+DSP

The invention discloses an intelligent structure control system based on ARM+DSP, including the first piezoelectric acceleration sensor, MRE isolator, second piezoelectric acceleration sensor, charge amplifier, DC voltage source, DSP controller and ARM processor; two sensors respectively to obtain the excitation signal and response signal; charge amplifier is used for filtering the signal is amplified and processed by A/D; DSP controller, analog voltage signal FFT transform, using ON OFF control algorithm to control the on-off relay module, so as to control the MRE isolator coil current, change of magnetorheological elastomer stiffness and damping, active passive integrated intelligent isolation; ARM the processor running on the intelligent structure control interface for input isolation parameters, and calculate the ON OFF control threshold; use between ARM processor and DSP controller The invention realizes the functions of the intelligent control of the magneto rheological elastomer vibration isolator, the operation state display and the parameter input, and so on. The SCI duplex communication is communicated with each other and the parameters are communicated with each other.

【技术实现步骤摘要】
基于ARM+DSP的智能结构控制系统
本专利技术属于智能结构控制
，特别是一种基于ARM+DSP的智能结构控制系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。实现本专利技术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。本专利技术与现有技术相比，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。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的基于ARM+DSP的智能结构控制系统整体结构图。图2为本专利技术的磁流变弹性体隔振器结构图。图3为本专利技术的ARM+DSP部分功能原理图。具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1，本专利技术的一种基于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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM+DSP的智能结构控制系统，其特征在于，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[6]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]的的通断电工作；所述ARM处理器[7]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]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]的线圈[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。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM+DSP的智能结构控制系统，其特征在于，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[6]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]的的通断电工作；所述ARM处理器[7]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]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]的线圈[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。2.如权利要求1所述基于ARM+DSP的智能结构控制系统，其特征在于，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；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；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜光磊，黄学功，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32