专利名称：磁悬浮实验车教学演示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到磁悬浮实验教学设备领域，特指一种磁悬浮实验车教学演示装置。
背景技术：
磁悬浮技术是利用磁铁的同极相斥、异极相吸的性质，通过自动控制技术使物体无接触 地稳定悬浮于空中的技术，磁浮列车是这种技术的典型代表，为了实验悬浮控制技术，现有 的悬浮实验平台一般包括电磁铁、传感器、控制电路、悬浮球、导磁体、支架、底座，在底 座上设有支架，支架上部设有电磁铁，支架的两边设有间隙传感器，悬浮球内上部设有导磁 体。其工作原理是接通电源，电磁铁的线圈就可以产生磁场从而吸引悬浮球。控制电路根 据悬浮球的起伏状态不断的调节电磁铁线圈电流的大小，控制电磁铁对悬浮球的吸引力。当 电磁吸引力与悬浮球的重量相等时，悬浮球就可以悬浮于空中。但是，该装置是一个单点悬 浮实验系统，无法完成包含多点的模块化悬浮控制实验；另外系统是模拟式控制的，不具备
设计性能更好的控制算法的条件，也不能够设计更先进的控制系统结构。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种 结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、既能够完成单点悬浮控制、也能够完成包含多点的 模块化悬浮控制的磁悬浮实验车教学演示装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为 一种磁悬浮实验车教学演示装置， 它包括车体、支架、电磁铁组以及控制系统，所述电磁铁组装设于车体上并位于支架的下方， 电磁铁组与控制系统相连，其特征在于所述电磁铁组包括三个成"品"字形布置的电磁铁。
所述控制系统包括三个分别与每个电磁铁组对应的控制单元，所述控制单元包括悬浮控 制器、间隙传感器以及电流传感器，所述间隙传感器装设于电磁铁与支架之间，悬浮控制器 的输出端通过斩波器与电磁铁的控制绕组相连，所述斩波器与电磁铁之间设有电流传感器， 所述间隙传感器和电流传感器的输出端通过信号调理单元与悬浮控制器的输入端相连。
所述三个控制单元通过现场总线网络相连，所述间隙传感器和电流传感器的输出端通过 信号调理单元、信号采集发送单元与现场总线网络相连。
所述现场总线网络为CAN总线控制网络。
与现有技术相比，本实用新型的优点就在于本实用新型磁悬浮实验车教学演示装置具 有结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广等优点，其既能够完成单点悬浮控制、也能够完成包含多点的模块化悬浮控制。本实用新型的控制系统是数字式的，能够设计验证更先进的控 制算法。控制系统的结构是开放式的，能够设计基于现场总线的网络化控制实验。利用该实 验装置既可以为经典单变量控制理论提供实验条件，又可以作为多变量控制理论实验提供实 验条件。
图1是本实用新型的俯视结构示意图； 图2是本实用新型的侧视结构示意图3是本实用新型中采用单悬浮节点时电磁铁组与控制系统相连的结构示意图4是本实用新型中采用网络化悬浮节点时电磁铁组与控制系统相连的结构示意图5是本实用新型中控制单元的框架结构示意图。
图例说明
1、车体 2、支架
3、电磁铁 4、间隙传感器
5、电流传感器 6、信号采集发送单元
7、信号调理单元 8、悬浮控制器
9、斩波器 10、现场总线网络
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图l、图2、图3和图4所示，本实用新型中磁悬浮实验车教学演示装置，它包括车体 1、支架2、电磁铁组以及控制系统，车体l的主体部分位于支架2的上方，车体l的两侧向 下的延伸部位于支架2的下方，电磁铁组装设于车体1的延伸部上并位于支架2的下方，电 磁铁组与控制系统相连，电磁铁组包括三个成"品"字形布置的电磁铁3，三个电磁铁3处于同 一水平面上。每个电磁铁3形成独立的节点，每个节点都可以完成一个单独的悬浮实验，实 现单节点悬浮。在同侧的两个节点还可以组成一个悬浮模块，可以设计基于模块化悬浮控制 实验。三个节点共同悬浮时，可以实现车体1的整体悬浮，并且采用这种结构三个节点对彼 此之间悬浮影响很小，无需机械解耦，简化实验平台设计难度，可以模拟磁悬浮列车的悬浮 控制。该控制系统为数字化控制平台，采用高速DSP作为处理器，具备设计复杂控制算法的 能力。系统具备网络接口，可以设计基于现场总线的网络化悬浮控制系统。
参见图3，控制系统包括三个分别与每个电磁铁3对应的控制单元，每个控制单元均包 括悬浮控制器8、间隙传感器4以及电流传感器5，间隙传感器4和电流传感器5用来采集节点的状态信息，其中间隙传感器4装设于电磁铁3与支架2之间，悬浮控制器8的输出端通 过斩波器9与电磁铁3的控制绕组相连，悬浮控制器8输出PWM波到斩波器9中，斩波器9 与电磁铁3相连。斩波器9与电磁铁3之间设有电流传感器5，电流传感器5用来采集斩波 器9输出电流的大小，间隙传感器4和电流传感器5的输出端通过信号调理单元7与悬浮控 制器8的输入端相连。三个控制单元通过现场总线网络10相连，间隙传感器4和电流传感器 5的输出端还进一步通过信号调理单元7、信号采集发送单元6与现场总线网络10相连。在 本实施例中，现场总线网络10为CAN总线控制网络。参见图5，悬浮控制器8主要的功能 部件为A/D转换器、DSP处理单元、PWM波形产生单元、CAN总线控制器。为了简化系统 设计，信号采集发送单元6的结构可以与此完全相同，只是依据其在网络化悬浮控制中功能 的不同而采用不同的名称。DSP处理单元本身具备CAN总线控制器，为了提高网络传输的 可靠性，CAN网络经过光电隔离后与CAN总线收发器相连。
本实用新型的工作原理如下接通电源后，悬浮控制器8根据实验车体1的悬浮间隙和 电流状态，依据设计的控制算法计算出一定的控制量后输入到斩波器9中，经斩波器9放大 后控制电磁铁3中电流的大小。电磁铁3中流经电流后产生磁场，此磁场吸引位于上方的支 架2，当吸力的大小与电磁铁3和车体1的重力相等时，车体l就可以悬浮在空中。
参见图4，设计某一节点的基于现场总线的网络化悬浮控制实验时，系统需要两个悬浮 控制器8。其中一个悬浮控制器8完成悬浮实验车的状态采集和发送，具体是当传感器的输 出信号经过信号调理后，输入到另一个悬浮控制器8中，完成数据的A/D转换和数字滤波工 作，之后按照CAN总线协议，把传感器信息发送到现场总线网络10中。相应的悬浮控制器 8在接收到传感器信息后启动计算，将计算量以PWM波的形式发送到斩波器9中，进而控制 电磁铁3的磁力大小。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实 施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种磁悬浮实验车教学演示装置，它包括车体(1)、支架(2)、电磁铁组以及控制系统，所述电磁铁组装设于车体(1)上并位于支架(2)的下方，电磁铁组与控制系统相连，其特征在于所述电磁铁组包括三个成“品”字形布置的电磁铁(3)。
2、 根据权利要求l所述的磁悬浮实验车教学演示装置，其特征在于所述控制系统包括 三个分别与每个电磁铁(3)对应的控制单元，所述控制单元包括悬浮控制器(8)、间隙传感 器(4)以及电流传感器(5)，所述间隙传感器(4)装设于电磁铁(3)与支架(2)之间， 悬浮控制器(8)的输出端通过斩波器(9)与电磁铁(3)的控制绕组相连，所述斩波器(9) 与电磁铁(3)之间设有电流传感器(5)，所述间隙传感器(4)和电流传感器(5)的输出端 通过信号调理单元(7)与悬浮控制器(8)的输入端相连。
3、 根据权利要求2所述的磁悬浮实验车教学演示装置，其特征在于所述三个控制单元 通过现场总线网络(10)互连，所述间隙传感器(4)和电流传感器(5)的输出端通过信号 调理单元(7)、信号釆集发送单元(6)与现场总线网络(10)相连。
4、 根据权利要求3所述的磁悬浮实验车教学演示装置，其特征在于所述现场总线网络 (10)为CAN总线控制网络。
专利摘要一种磁悬浮实验车教学演示装置，它包括车体、支架、电磁铁组以及控制系统，所述电磁铁组装设于车体上并位于支架的下方，电磁铁组与控制系统相连，所述电磁铁组包括三个成“品”字形布置的电磁铁。本实用新型是一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广，既能够完成单点悬浮控制，也能够完成包含多点的模块化悬浮控制的磁悬浮实验车教学演示装置。
文档编号G09B23/00GK201352408SQ200920063278
公开日2009年11月25日 申请日期2009年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者云 李, 窦峰山, 谢云德, 龙志强 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学