基于DSP的磁流变阻尼器信号预处理

　　引言

　　磁流变阻尼器的工作原理是改变励磁线圈中的电流从而获得不同强度的磁场，使工作腔中的磁流变液的流动特性发生变化，从而改变阻尼力的大小。因此，控制器只要能实时精确调节磁流变阻尼器的驱动电流，就能达到控制磁流变阻尼器的目的。本文采用 Ti 公司出产的 TMS320F2812 作为整个系统的控制核心，它不仅控制输出，而且需要从传感器获取采样加速度、位移等微弱信号，由于这些信号含有各种噪声和干扰，干扰来自于被测信号源，传感器及调理电路，外界干扰，所以在控制策略实现前的信号预处理就显得至关重要，直接关系到系统的控制性能。本文结合软硬数字滤波，优势互补：外围的信号调理，DSP中的数字滤波。

　　1传感器信号调理电路设计

　　首先，在调理信号的过程中，对外界的信号噪声干扰的抑制一直是最重要的功能之一，噪声有周期和非周期之分，对于周期性噪声，例如50Hz的功频干扰，用硬件滤波能有效消除其影响，这里以滤波作为调理电路的核心，如图1所示。

　　从图中可以看出，调理电路中最重要的是图中的第二级滤波电路。滤波的好坏直接影响调理输出的信号的效果。这里用开关电容滤波器(SCF)来作为滤波核心模块。

　　1.1开关电容滤波器的原理及应用

　　1972年，弗雷特提出了用开关和电容模拟电阻的SC电路的理论即当时钟频率远大于信号频率时，有其中(为时钟频率)。

　　2开关电容模拟电阻

　　这表明图2中a所示的开关电容可近似为电阻

　　如图2中c所示是使用MOS方法来实现这种等效的电路。

　　1.2滤波电路设计

　　状态，最重要的是截止频率只由外部时钟精确稳定的确定，那么就可以通过CPLD电路设定输入时钟频率精确控制滤波器的滤波截止频率。利用 CPLD 在线可编程的功能，可以方便的调整改变低通滤波截止频率，对电路调试非常方便。

　　由于传感器输出电压一般不会超过-10V--+10V，而MF10输入可在10V范围内，输出为-3.8---+3.8V，但要求在滤波器截止频率以下放大系数为1，所以需加一级分压调理电路，使从滤波器输出为-3.0--+3.0V。

　　由于从滤波器出来信号的幅值在-3.0--+3.0V之间，而DSP F2812的A/D模块的信号幅度在0~+3.0V之间，所以需要进行线性调理。图3a 是以MF10 为核心设计的两通道信号调理电路。

　　2 DSP数字滤波

　　对于不规则随机噪声，可以用数字滤波的方法予以削弱。所谓数字滤波，也就是软件滤波，通过程序设计来实现有用信号的加强和噪声信号的削弱。常用的数字滤波有阀值滤波，限幅滤波，中值滤波，均值滤波，加权均值滤波等等。本文采用去极值递推均值滤波，把信号放入一个内存数组空间，长度为n，每次采样值加入数组尾，同时扔掉数组头值，再累加，并找出极值(最大和最小)，在总和中减去这两个值，最后求n-2个数的均值作为滤波结果。这种方法对脉冲干扰有很好的抑制作用，且平滑度高，但对CPU计算要求比较高，不过F2812属于高性能DSP，能胜任高速计算和控制要求。主程序在 RAM 中开辟n=6个的缓冲区，每次采样后都要调用滤波函数。