基于TMS32OF2812的振动主动控制系统设计-工业控制
摘要：本文主要介绍了以TMS320F2812为控制核心的小型多通道振动主动控制系统，对前置调理电路和运用MAX547实现的多通道D／A转换电路进行了讨论，并给出了软件设计流程。本系统在实际的振动主动控制中得到了成功应用。
关键字：数字信号处理器；振动主动控制；MAX547
0 引言
在现代舰船和空间飞行器上，低频振动是困扰人们的一大难题，如何快速消除振动，降低危害，成为人们比较关注的问题。振动抑制的方法主要有振动被动控制和振动主动控制，振动被动控制虽然不需要外界提供能量，容易实现，但对低频振动控制能力有限，对突发环境应变能力差；而振动主动控制则有较大的灵活性，对低频振动抑制的效果尤其好，成为人们重点研究的方法。
本文针对某类结构的低频振动控制，设计了以TMS320f2812(以下简称F2812)为核心，包含传感器、调理电路、D／A转换电路、功率放大器和作动器的多通道嵌入式振动主动控制系统，结构如图1所示。首先传感器拾取振动信号，经过电荷放大器转换调理为0～3V的电压信号，再经滤波和限幅保护送至DSP内部A／D转换模块进行模一数转换。DSP根据采集的各路振动信号，运行控制算法输出控制量，经过D／A转换电路和功率放大器转换成直接作用在被控对象上的力或力矩，抑制或消除对象振动。为了减小D／A转换阶梯信号产生的高频噪声，又加入了平滑滤波处理。DSP通过JTAG口、仿真器与主机相连，进行控制算法的编译和载入，通过内置SCI模块与主机串行通信，向主机传送振动信号和控制量，以便对控制过程分析评价，对算法改进完善。
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1 硬件设计
F2812是一款适用于自动控制的高性能芯片，具有32位定点处理器，150MHz时钟频率，18K×16位的SARAM和128K×16位的Flash存储器，硬件实现乘法运算，处理速度较快；另外具有一些适用于控制系统的内设和接口，如16通道的12位A／D转换器，外部存储器并行接口，SCI串行通信接口和JTAG仿真器接口等，因此在本系统中也选用对电缆分布电容要求不高的电荷放大器作为前置放大器；作动器可以是压电器件，也可以是电磁作动器件，根据对象的需求，需要配置相应的功放。F2812本身不具有D／A转换模块，本文利用MAX547设计实现了F2812的D／A转换电路，可以同时输出8路模拟信号。
1．1 电荷放大器
常用的电荷放大器是一个具有直流反馈的反相积分电路，若要改善电路的低频特性，需要增大直流反馈电阻的阻值，为此我们采用了T型网络来实现较大阻值。如图2所示，Ral7、Ral8和Ral9组成T型网络，等效电阻为：
通过调整Ral7、Ral8和Ral9的大小，可以获得较大的阻值。但在调试的过程中，我们发现随着测量时间的延长，输出仍然会漂移至饱和，为此我们又利用一个一阶同相积分环节取出输出的直流分量，反馈至Ral9的一端，形成自跟随网络，如图2左半部分所示。使用中积分电容要选择漏电流比较小、温漂小、性能比较稳定的电容，放大器要选取高增益、高输入阻抗、低偏置电流、低温漂的运算放大器，才能保证电荷放大器的性能。
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1．2 滤波保护电路
在振动主动控制实际应用中所关心的信号频率一般在0．5～200Hz之间，为了滤除低频漂移和不必要的高频信号，本文设计了一个五阶贝塞尔(Bessel)低通和一个一阶高通组成的带通滤波器，五阶贝塞尔低通又分别由两个二阶低通和一个一阶低通组成，它们的参数分别为：通带增益1，截止频率475Hz，Q值0．577；通带增益1，截止频率565Hz，Q值O．737；通带增益1，截止频率530Hz，一、二级二阶低通由单位增益KRC电路实现。
信号在进入DSP的ADC之前应采用加法比例电路调整到0～3V之间，低于0V或超出3V均有损坏DSP的危险，为此我们又加了一个限幅保护电路，如图3所示。
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