一種磁流變減振器控制算法仿真試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于仿真試驗系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁流變減振器控制算法仿真試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變減振器是利用磁流變液的流變效應(yīng)進(jìn)行阻尼力實時調(diào)節(jié)的一種結(jié)構(gòu)簡單、功耗小、可控性強、智能型減振器。其在機械、汽車以及土木工程等領(lǐng)域的振動控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)磁流變減振器阻尼力實時調(diào)節(jié)控制，需要研宄設(shè)計具有控制算法的ECU電控系統(tǒng)來控制磁流變減振器的激磁電流以達(dá)到實時調(diào)節(jié)阻尼力的目的。在進(jìn)行磁流變減振器控制系統(tǒng)控制策略可行性研宄的過程中，需要一種實驗裝置或者系統(tǒng)對控制算法進(jìn)行仿真實驗驗證。目前現(xiàn)有技術(shù)中一般采用以下兩種方案，
[0003]1、利用仿真軟件搭建控制算法、輸入信號及磁流變減振器結(jié)構(gòu)等模型直接進(jìn)行仿真驗證，然后設(shè)計出ECU硬件和軟件系統(tǒng)，再進(jìn)行臺架試驗驗證，出現(xiàn)偏差后要修改ECU軟硬件方能再進(jìn)行臺架驗證；
[0004]2、利用專用的快速控制原型(RCP)開發(fā)工具進(jìn)行模型仿真開發(fā)，定型后再進(jìn)行E⑶軟硬件的開發(fā)設(shè)計工作。
[0005]針對以上兩種方案，其存在以下缺陷:
[0006]1、第一種方案是純粹的數(shù)學(xué)仿真，實際的被控對象也被數(shù)學(xué)模型化，仿真誤差大，結(jié)果可信度低，而且直接設(shè)計ECU軟硬件系統(tǒng)后進(jìn)行臺架實驗來驗證系統(tǒng)，設(shè)計周期長風(fēng)險大，一旦控制方案需要修改，小則重新修改程序代碼，大則需要對ECU進(jìn)行重新設(shè)計，成本也很高。
[0007]2、第二種方案是比較流行的正向設(shè)計方案，借助專用的快速原型開發(fā)工具(如Dspace軟硬件工具)，可以進(jìn)行基于模型的開發(fā)仿真驗證，但是這種專用工具成本高、而且這種固定的開發(fā)工具配合軟件一起銷售，用戶無法修改，增加任何一項功能供應(yīng)商都要向用戶收取費用，技術(shù)人員也無法做對這個工具的自由修改。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種磁流變減振器控制算法仿真試驗系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變減振器控制系統(tǒng)研宄開發(fā)的快速控制原型和半實物仿真驗證，能夠?qū)崿F(xiàn)控制算法模型到執(zhí)行機構(gòu)的快速控制輸出和基于模型的控制算法修改驗證，能夠有效縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期、節(jié)省研發(fā)成本，同時有效降低控制系統(tǒng)軟硬件方案優(yōu)化修改的周期與成本。
[0009]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。這種磁流變減振器控制算法仿真試驗系統(tǒng)，由激振測試臺架和虛擬ECU控制器組成，所述的虛擬ECU控制器由數(shù)據(jù)采集卡、PC電腦控制仿真驗證平臺及程控恒流源設(shè)備組成，PC電腦控制仿真驗證平臺由Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊、Simulink控制算法軟件模型、激振信號控制軟件模塊、波形顯示模塊及USB通信接口組成；所述的激振測試臺架上設(shè)有激振線圈、磁流變減振器及激振器，并在該激振線圈、磁流變減振器及激振器上分別安裝有振動傳感器，該振動傳感器所接收的傳感器信號分別接入于數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)，數(shù)據(jù)采集卡通過對采集的數(shù)據(jù)采樣、預(yù)處理之后輸出到Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊并在Simulink控制算法軟件模型進(jìn)行運算，同時Simulink控制算法軟件模型的運算結(jié)果通過USB通信接口輸出到程控恒流源設(shè)備的USB通信接口，并通過程控恒流源設(shè)備的恒流輸出到激振線圈。
[0010]作為優(yōu)選，所述的波形顯示模塊能同時顯示Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊、Simulink控制算法軟件模型及激振信號控制軟件模塊所測試的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的比對狀況。
[0011]作為優(yōu)選，所述的激振測試臺架中的激振器將PC電腦控制仿真驗證平臺中的激振信號控制軟件模塊的激振信號進(jìn)行放大輸出產(chǎn)生不同頻率的激振動力。
[0012]作為優(yōu)選，所述的Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊底層內(nèi)的API函數(shù)與Simulink控制算法軟件模型的接口 API為無縫傳輸連接。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:1、實現(xiàn)了磁流變減振器設(shè)計論證階段的快速控制原型開發(fā)，通過本系統(tǒng)可以實現(xiàn)在磁流變減振器ECU控制系統(tǒng)軟硬件開發(fā)前進(jìn)行控制算法的開發(fā)、仿真和驗證工作；2、實現(xiàn)了基于Simulink控制算法模型的直接仿真和驗證實驗，等到控制模型確認(rèn)后再進(jìn)行ECU硬件設(shè)計和軟件程序的設(shè)計，這樣一種正向設(shè)計方法，不僅提高了磁流變減振器系統(tǒng)的開發(fā)效率，同時也避免了直接進(jìn)行E⑶開發(fā)再驗證帶來的開發(fā)周期長和不確定的設(shè)計風(fēng)險。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的快速控制原型和半實物仿真控制算法的閉環(huán)流程圖。
[0016]圖3是本發(fā)明的控制算法仿真流程及平臺軟件模塊圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的介紹:如附圖1所示，本發(fā)明由激振測試臺架和虛擬ECU控制器組成，所述的虛擬ECU控制器由數(shù)據(jù)采集卡、PC電腦控制仿真驗證平臺及程控恒流源設(shè)備組成，PC電腦控制仿真驗證平臺由Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊、Simulink控制算法軟件模型、激振信號控制軟件模塊、波形顯示模塊及USB通信接口組成；所述的激振測試臺架上設(shè)有激振線圈、磁流變減振器及激振器，并在該激振線圈、磁流變減振器及激振器上分別安裝有振動傳感器(如附圖1中的31、52、53)，傳感器信號分別接入[9220數(shù)據(jù)采集卡，用于測量激振、磁流變減振器簧上和簧下部位的振動變化情況。激振測試臺架中的激振器能夠?qū)C電腦控制仿真驗證平臺中的激振信號控制軟件模塊的激振信號進(jìn)行放大輸出產(chǎn)生不同頻率的激振動力。
[0018]激振測試臺架的主要作用是安裝固定磁流變減振器，同時能夠通過電腦控制產(chǎn)生激振信號并施加給磁流變減振器，以實現(xiàn)對磁流變減振器的示功和速度特性實驗。
[0019]虛擬ECU控制器是本發(fā)明的核心系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變減振器控制算法的快速控制原型和半實物仿真實驗的整個閉環(huán)過程，而且整個仿真過程能夠在這個虛擬ECU控制器基礎(chǔ)上反復(fù)修改、驗證、優(yōu)化，整個控制算法無需真實ECU的控制，也不需要先開發(fā)控制程序代碼。
[0020]NI9220數(shù)據(jù)采集卡主要完成對臺架上S1、S2、S3傳感器振動信號的采集、濾波和預(yù)處理等工作，然后將采集的振動信號按照不同通道通過USB接口傳輸?shù)絇C電腦控制仿真平臺的數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)。其中Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊對應(yīng)NI9220數(shù)據(jù)采集卡硬件，基于Iabview系統(tǒng)開發(fā)的軟件，主要功能是對NI9220數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、軟件濾波、分通道顯示，而且數(shù)采監(jiān)控軟件能夠控制NI9220數(shù)據(jù)采集卡，如配置采樣率、通道數(shù)等。Simulink控制算法軟件模型是本發(fā)明快速控制原型的核心部分，控制系統(tǒng)算法基于Simul ink模型開發(fā)，模型的輸入信號是來自Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊的真實信號，而不是Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊里模擬的虛擬信號，通過反映執(zhí)行器一磁流變減振器的振動信號直接輸入到Iabview數(shù)采監(jiān)控軟件模塊中進(jìn)行基于模型的算法仿真，能夠更加準(zhǔn)確的得到模型的控制效果。激振信號控制軟件模塊同激振測試臺架構(gòu)成了實驗臺架系統(tǒng)，其中激振信號控制軟件模塊可以選擇激勵振動信號控制激振測試臺架的激振器產(chǎn)生激振力。USB通信接口同Simulink軟件底層互通，能夠?qū)C電腦上的Simulink控制算法軟件模型運算得到的電流數(shù)據(jù)傳輸至程控恒流源設(shè)別，經(jīng)過恒流源產(chǎn)生驅(qū)動磁流變減振器的激磁電流。
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