一種新型磁懸浮球系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型磁懸浮球系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和生活節(jié)奏的日益加快，人們對(duì)出行所乘的交通工具在速度上有了更高的要求。鐵路作為一個(gè)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的部門(mén)，為了適應(yīng)快節(jié)奏的要求也采取了相應(yīng)的措施。近幾年來(lái)，我國(guó)的鐵路經(jīng)過(guò)幾次提速，速度有了很大的提高，大大地方便了人們的出行。但是，輪軌提速的高昂代價(jià)和先天的技術(shù)瓶頸限制了輪軌列車速度的進(jìn)一步提升。在認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后，人們開(kāi)始尋求更快速，更經(jīng)濟(jì)的交通工具。磁懸浮技術(shù)作為一種新的技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入人們的視野，磁懸浮列車也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。磁懸浮列車作為一種新型的交通工具，具有乘坐舒適、污染小、噪音低、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)以及能適應(yīng)冰雪惡劣氣候等特點(diǎn)，在未來(lái)交通中有著廣闊的應(yīng)用前景，因此得到了越來(lái)越廣泛的重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0004]一種磁懸浮球系統(tǒng)，其特征在于，其包括:電磁鐵、功率放大器、控制器、位置傳感器、光電源；所述電磁鐵與所述功率放大器相連；所述功率放大器與所述控制器相連；所述控制器與所述傳感器相連。
[0005]優(yōu)選的，所述控制器為數(shù)字信號(hào)處理器，型號(hào)選擇DSP TMS320LF2407A ；
[0006]優(yōu)選的，所述傳感器，型號(hào)選擇FMA1000。
[0007]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可以依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0011]如圖1所示，一種磁懸浮球系統(tǒng)，其特征在于，其包括:1電磁鐵、2功率放大器、3控制器、4傳感器、5光電源；所述電磁鐵與所述功率放大器相連；所述功率放大器與所述控制器相連；所述控制器與所述傳感器相連。所述控制器為數(shù)字信號(hào)處理器，型號(hào)選擇DSPTMS320LF2407A ;所述傳感器，型號(hào)選擇FMA1000。
[0012]本系統(tǒng)所采用的磁懸浮球裝置是由鐵芯、線圈、LED光源、光電位置傳感器、電源、放大及補(bǔ)償裝置、數(shù)據(jù)采集卡、控制器以及受控對(duì)象(鋼球)等元件組成。鋼球是系統(tǒng)中的被控對(duì)象，電磁鐵是產(chǎn)生控制力的執(zhí)行元件，位移信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、調(diào)節(jié)電路和功率放大電路為系統(tǒng)的控制部分。磁懸浮控制系統(tǒng)是研宄磁懸浮技術(shù)的平臺(tái)，它是一個(gè)典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。
[0013]磁懸浮系統(tǒng)可以根據(jù)磁鐵的結(jié)構(gòu)形式、使用場(chǎng)合、電源種類及磁場(chǎng)性質(zhì)等方面進(jìn)行分類。人們習(xí)慣根據(jù)磁場(chǎng)性質(zhì)的不同，將磁懸浮系統(tǒng)分為兩大類，即主動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)(Active Magnetic Levitat1n Suspens1n System)和被動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)(PassiveMagnetic Levitat1n Suspens1n System)。對(duì)于被動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)，其磁場(chǎng)是不可控的，其電磁力由永久磁鐵或恒定直流電流作用下的軟磁材料提供，因而目前應(yīng)用很少。而對(duì)主動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)，磁場(chǎng)是可控的，其磁力由交流線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供，或由永久磁鐵和交流線圈的混合磁場(chǎng)提供，從而使其支承力可控，因而在目前得到了最廣泛的研宄和應(yīng)用。
[0014]在圖1中，電磁鐵線圈繞組中通以一定的電流會(huì)產(chǎn)生電磁力，控制電磁鐵繞組中的電流，使之產(chǎn)生的電磁力與鋼球的重力相平衡，從而使鋼球懸浮在空中，處于平衡狀態(tài)。但是這種平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的，這是由于電磁鐵與鋼球之間的電磁力的大小與他們之間的距離成反比，只要平衡狀態(tài)稍微受到外界的干擾(如:加在電磁鐵線圈上的電壓產(chǎn)生脈動(dòng)、裝置周圍的振動(dòng)、風(fēng)等)，就會(huì)導(dǎo)致鋼球掉下來(lái)或被電磁鐵吸住。由此可見(jiàn)系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的，必須設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。如圖2所示，Ug為位置給定信號(hào)，Uf為反饋信號(hào)，兩者經(jīng)過(guò)比較后，經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)電路送到功率放大電路，功率放大電路輸出控制電流，經(jīng)電磁鐵轉(zhuǎn)換為電磁力，以控制小球的位置。當(dāng)小球受到干擾發(fā)生位移時(shí)，位移量由位置傳感器檢測(cè)后與給定信號(hào)比較，其差值再送到信號(hào)調(diào)節(jié)電路，重新調(diào)節(jié)電磁鐵的磁力，使小球回到原平衡位置。
[0015]總之，傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏移參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測(cè)到的位移信號(hào)變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力從而使轉(zhuǎn)子維持其懸浮位置不變。懸浮系統(tǒng)的剛度、阻尼及穩(wěn)定性主要是由控制規(guī)律決定。
[0016]電磁鐵的作用是為實(shí)現(xiàn)小球在預(yù)定位置的穩(wěn)定懸浮提供電磁力。當(dāng)小球發(fā)生偏移時(shí)，位移偏移量由位移轉(zhuǎn)換電路-位移傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送到調(diào)節(jié)電路和功率放大電路，輸出一個(gè)控制電壓或電流信號(hào)，調(diào)節(jié)電磁鐵的電磁力，使小球回到原平衡位置。
[0017]電磁鐵是一內(nèi)置鐵芯的螺線管，其鐵芯采用導(dǎo)磁性能優(yōu)良的軟磁材料-硅鋼片做成。材料的特性會(huì)影響電磁鐵的性能，以及鐵芯中渦流的大小，采用疊片式鐵芯可減少渦流損耗。
[0018]磁懸浮系統(tǒng)組成的核心部分是控制器，本文中將模糊控制與魯棒控制結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮系統(tǒng)的控制。
[0019]功率放大電路在控制電路中主要是向電磁鐵提供控制電流。電磁鐵產(chǎn)生的電磁力與電流的平方成正比，與位移的平方成反比，這使控制成為非線性問(wèn)題。使用精度較高的平方轉(zhuǎn)換器或者利用偏磁原理以及差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電磁鐵組(即一個(gè)自由度上設(shè)置一對(duì)電磁鐵使之差動(dòng)工作)，可以使其轉(zhuǎn)換為線性控制問(wèn)題。功率放大電路將涉及到類型的問(wèn)題，功放的類型既決定了所采取的控制策略，也對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有一定的影響。
[0020]位移信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由兩部分組成:位移傳感器(信號(hào)檢測(cè))和前置器(信號(hào)變換器)。目前，采用較多的是電渦流位移傳感器。傳感器分類標(biāo)準(zhǔn)不同，類型也不同，有電感式的、電容式的、接觸式、非接觸式的、差動(dòng)型的、非差動(dòng)型的等。電磁懸浮系統(tǒng)的精度主要取決于位移傳感器和位移信號(hào)變換器的精度，因而要求該部分的精度要高，溫度穩(wěn)定性要好。鑒于整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只要非接觸型的傳感器均可采用。
[0021]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種新型磁懸浮球系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設(shè)計(jì)思想所做的任何改變都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型磁懸浮球系統(tǒng)，其特征在于，其包括:電磁鐵、功率放大器、控制器、位置傳感器、光電源；所述電磁鐵與所述功率放大器相連；所述功率放大器與所述控制器相連；所述控制器與所述傳感器相連。
【專利摘要】一種新型磁懸浮球系統(tǒng)，其特征在于，其包括：1電磁鐵、2功率放大器、3控制器、4傳感器、5光電源；所述電磁鐵與所述功率放大器相連；所述功率放大器與所述控制器相連；所述控制器與所述傳感器相連。
【IPC分類】H02N15-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104579019
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410802285
【發(fā)明人】武真真
【申請(qǐng)人】武真真
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日