本發(fā)明屬于智能結(jié)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

磁流變材料是一類智能材料的總稱，它們的流變特性能夠用外加的磁場來控制。磁流變彈性體是這類材料中的新成員，它由軟磁性顆粒和聚合物基體構(gòu)成，其典型特征是剪切模量和壓縮模量均可由外磁場控制。以其開發(fā)的隔振器—磁流變彈性體隔振器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、可靠性強(qiáng)、工作頻帶寬、能耗小等優(yōu)點，已成為新一代的半主動式隔振器，應(yīng)用前景非常廣闊。作為一種智能結(jié)構(gòu)，磁流變彈性體隔振器能否起到較好的隔振效果，取決于針對其設(shè)計的控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。

隨著計算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，各種高性能的數(shù)字化微處理器(arm、dsp、fpga／cpld等)被越來越多地應(yīng)用到減振控制領(lǐng)域，以滿足人們越來越高的減振控制要求。其中，dsp作為一種高性能的數(shù)字處理芯片，具備專門的硬件乘法器，可大大提高運(yùn)算速度。因此，可以利用dsp對數(shù)字信號進(jìn)行快速傅里葉變換（fft），獲得激勵信號幅頻特性，并根據(jù)相應(yīng)隔振控制算法，輸出控制信號，控制智能結(jié)構(gòu)中線圈的電流，改變磁流變彈性體剛度和阻尼，起到隔振減振的作用。

目前，大多數(shù)磁流變彈性體只能針對固定質(zhì)量的對象進(jìn)行隔振，一旦隔振對象改變，則原來的隔振控制算法就很難發(fā)揮作用；同時，被隔振的對象的加速度等參數(shù)，是衡量智能結(jié)構(gòu)的重要標(biāo)準(zhǔn)。而現(xiàn)有的隔振器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)人機(jī)交互，因此使用者無法輸入隔振參數(shù)，無法實時改變控制算法，通用性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，以解決什么現(xiàn)有的磁流變彈性體隔震器的控制系統(tǒng)參數(shù)不可調(diào)導(dǎo)致通用性差的問題，以及隔震器的運(yùn)動參數(shù)狀態(tài)無法實時顯示的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，包括第一壓電式加速度傳感器、磁流變彈性隔振器，第二壓電式加速度傳感器，電荷放大器，穩(wěn)壓直流源，dsp控制器和arm處理器7；

所述第一壓電式加速度傳感器和第二壓電式加速度傳感器分別用于獲得激勵信號和激勵信號的響應(yīng)信號；

所述電荷放大器通和兩個壓電式加速度傳感器相連，用于對從壓電傳感器獲得的信號進(jìn)行濾波和放大；

所述dsp控制器和電荷放大器相連，用于激勵信號和響應(yīng)信號的a/d轉(zhuǎn)換、fft處理和控制算法的實現(xiàn)；并且和磁流變彈性隔振器相連，用于控制磁流變彈性隔振器的的通斷電工作；

所述arm處理器和dsp控制器相連，用于和dsp控制器進(jìn)行雙工通信和控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面的實現(xiàn)；

所述磁流變彈性隔振器用于隔離或減少激勵傳遞到磁流變彈性隔振器的隔振平臺，降低隔振平臺的動態(tài)響應(yīng)；

所述穩(wěn)壓直流源正負(fù)極直接和磁流變彈性隔振器的線圈的兩端相連，用于給線圈供電，從而提供磁流變彈性隔振器工作所需磁場強(qiáng)度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

（1）通過dsp控制器可以對激勵信號進(jìn)行fft變換，并根據(jù)隔振控制算法，實時輸出控制信號。

（2）使用者可通過觸摸顯示屏輸入隔振參數(shù)，將控制閾值傳遞給dsp控制器，實時根據(jù)隔振對象和所用彈簧剛度改變控制算法，實現(xiàn)控制算法的通用性。

（3）通過傳感器獲得隔振對象加速度值，并顯示在所設(shè)計的人機(jī)交互界面上，實時顯示。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的磁流變彈性體隔振器結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的arm+dsp部分功能原理圖。

具體實施方式

為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，包括第一壓電式加速度傳感器1、磁流變彈性隔振器3，第二壓電式加速度傳感器4，電荷放大器，穩(wěn)壓直流源，dsp控制器6和arm處理器7；

所述第一壓電式加速度傳感器1和第二壓電式加速度傳感器4分別固定安裝在外部的基臺5和隔振對象2上，分別用于獲得激勵信號和激勵信號的響應(yīng)信號；

所述電荷放大器直接通過信號線和兩個壓電式加速度傳感器相連，用于對從壓電傳感器獲得的信號進(jìn)行濾波和放大；

所述dsp控制器6通過信號線和電荷放大器相連，用于激勵信號和響應(yīng)信號的a/d轉(zhuǎn)換、fft處理和控制算法的實現(xiàn)；并且和磁流變彈性隔振器3相連，用于控制磁流變彈性隔振器3的通斷電工作；

所述arm處理器7通過串口線和dsp控制器6相連，用于和dsp控制器6進(jìn)行雙工通信和控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面的實現(xiàn)；

所述磁流變彈性隔振器3安裝在隔振對象2和基臺5之間，用于隔離或減少激勵傳遞到磁流變彈性隔振器3的隔振平臺8，降低隔振平臺8的動態(tài)響應(yīng)；

所述穩(wěn)壓直流源正負(fù)極直接和磁流變彈性隔振器3線圈10的兩端相連，用于給線圈10供電，從而提供磁流變彈性隔振器3工作所需磁場強(qiáng)度；

進(jìn)一步的，結(jié)合圖2，所述磁流變彈性體隔振器3，包括隔振平臺8、磁流變彈性體9、線圈10、彈簧11、支撐塊12、上導(dǎo)磁體13、下導(dǎo)磁體14；

所述隔振平臺8固定在支撐塊12的上端，用于給隔振對象2提供一個平面；所述支撐塊12用于支撐隔振平臺8，支撐塊12下端通過彈簧11和下導(dǎo)磁體14上端相連接；彈簧11的型號可以根據(jù)隔振對象2的剛度需求進(jìn)行選擇，作為被動隔振元件，增加隔振的可靠性；兩片磁流變彈性體9對稱分布在支撐塊12中間徑向的兩側(cè)；所述上導(dǎo)磁體13和下導(dǎo)磁體14選用電工純鐵材料，形成導(dǎo)磁性良好的導(dǎo)磁回路；所述上導(dǎo)磁體13和下導(dǎo)磁14均為u形結(jié)構(gòu)，兩個一起構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)；兩片磁流變彈性體9穿入上導(dǎo)磁體13的空隙；所述線圈10纏繞分布在上導(dǎo)磁體13和下導(dǎo)磁14內(nèi)，給線圈10施加電流后，產(chǎn)生隔振所需磁場強(qiáng)度，從而改變磁流變彈性體的剛度和阻尼；

優(yōu)選的，磁流變彈性體9選用羥基鐵粉作為磁性填充顆粒，以704硅橡膠為基體，以二甲基硅油為添加劑；

所述上導(dǎo)磁體13和下導(dǎo)磁體14選用電工純鐵材料，可形成導(dǎo)磁性良好的導(dǎo)磁回路；

結(jié)合圖3，進(jìn)一步的，所述dsp控制器6包括dsp芯片、繼電器、a/d模塊、sci接口；

所述dsp芯片與sci接口、繼電器、a/d模塊相連，用以對激勵信號進(jìn)行fft變換，從而獲得激勵信號的頻率，通過比較on-off控制閾值和激勵信號頻率的大小關(guān)系，根據(jù)隔振on-off控制算法實時輸出控制信號；優(yōu)選的，所述dsp芯片型號為s320f28335。

所述繼電器為高壓增強(qiáng)型單相固態(tài)繼電器，和線圈10直接相連，用以控制線圈10的通斷；

所述a/d模塊與電荷放大器和dsp芯片直接相連，用于對經(jīng)放大濾波后的傳感器信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。

結(jié)合圖3，進(jìn)一步的，所述arm處理器7包括arm芯片、觸摸顯示屏、sci接口；

所述arm芯片根據(jù)on-off控制閾值與隔振參數(shù)（彈簧剛度、隔振對象質(zhì)量）的關(guān)系曲面（方法參考dug,huangx,liy,etal.performanceofsemi-active/passiveintegratedisolatorbasedonmagnetorheologicalelastomerandspring[j].smartmaterialsandstructures,2017）計算on-off控制閾值，用于隔振控制算法；同時，arm芯片和觸摸顯示屏以及sci接口相連，用于驅(qū)動觸摸顯示屏和sci通信；優(yōu)選的，所述arm芯片的型號為s3c2440al-40；

所述觸摸顯示屏和arm芯片相連，用于輸入彈簧11剛度參數(shù)和隔振對象2的質(zhì)量參數(shù)，設(shè)有計算按鈕可以觸發(fā)on-off控制閾值計算程序，得到隔振算法所需on-off控制閾值；設(shè)有發(fā)送按鈕，則觸發(fā)串口程序，實現(xiàn)on-off控制閾值的傳遞，同時顯示隔振對象2的加速度，從而實現(xiàn)了控制系統(tǒng)人機(jī)交互圖形界面；

所述sci接口和arm芯片以及dsp芯片相連，用于實現(xiàn)dsp控制器6和arm處理器7的雙工通信。具體而言，dsp控制器和arm處理器7通過串口線相連，通過sci接口，dsp控制器6給arm處理器7傳遞隔振對象2的加速度值，arm處理器6給dsp控制器7傳遞on-off控制閾值，從而根據(jù)隔振對象2質(zhì)量和彈簧11剛度實時改變傳入dsp控制器7的控制閾值，即實時改變隔振控制算法。

本發(fā)明的控制系統(tǒng)的工作過程為：

當(dāng)外部激勵帶動磁流變彈性體隔振器3和隔振對象2振動時，第一壓電傳感器1和第二壓電傳感器4分別獲得激勵信號和激勵信號的響應(yīng)信號，經(jīng)過電荷放大器濾波放大，傳入dsp控制器6的a/d模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，dsp芯片通過fft轉(zhuǎn)換獲得激勵信號頻率，arm處理器上運(yùn)行有l(wèi)inux操作系統(tǒng)，通過運(yùn)行界面相關(guān)應(yīng)用程序和觸摸顯示屏驅(qū)動程序，將人機(jī)交互界面，顯示在觸摸顯示屏上。并且，界面相關(guān)應(yīng)用程序基于qt的信號與槽機(jī)制進(jìn)行開發(fā)，按下觸摸顯示屏，可以實現(xiàn)彈簧11剛度參數(shù)和隔振對象2的質(zhì)量參數(shù)輸入的功能，從而計算出on-off控制閾值。點擊發(fā)送按鈕，觸發(fā)串口程序，促使arm處理器6給dsp控制器7傳遞on-off控制閾值，從而根據(jù)隔振對象2和彈簧11剛度實時改變控制算法。通過比較on-off控制閾值和激勵信號頻率的大小關(guān)系，輸出隔振控制信號，控制繼電器模塊的通斷，從而控制線圈10電流的通斷，進(jìn)而改變磁場強(qiáng)度，最終改變磁流變彈性體9的剛度和阻尼使隔振系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生改變，即出現(xiàn)移頻的現(xiàn)象，從而避開激勵信號頻率共振區(qū)，起到隔振減振作用。同時，dsp控制器6給arm處理器7傳遞隔振對象2的加速度值，并將其顯示在觸摸顯示屏上，用于檢測隔振對象的運(yùn)動狀態(tài)。

由上可知，本發(fā)明的基于arm+dsp的智能結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對磁流變彈性體隔振器的智能控制。并且，本發(fā)明具備隔振控制人機(jī)交互界面，可供隔振參數(shù)輸入，傳遞控制參數(shù)，隔振對象運(yùn)動狀態(tài)顯示，增加了控制系統(tǒng)的實用性和可視性。