磁悬浮实验装置的控制方法和控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种磁悬浮实验装置的控制方法和控制装置。磁悬浮实验装置的控制方法包括以下步骤：根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；获取由传感器部件分别测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度以及第二磁性悬浮部件的悬浮高度；对第一电磁铁的电磁力和第二电磁铁的电磁力分别进行反馈控制；对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制；在进行反馈控制的过程中，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。应用本发明的技术方案，不仅可以完成针对被测悬浮部件的升降控制，还可以进行俯仰角度控制，充分满足了磁悬浮实验的要求。
【专利说明】磁悬浮实验装置的控制方法和控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及科研实验装置领域，具体而言，涉及一种磁悬浮实验装置的控制方法和控制装置。
【背景技术】
[0002]磁悬浮技术起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼?肯佩尔就提出了电磁悬浮原理。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展。近年来，磁悬浮技术在很多领域得到广泛的应用，如磁悬浮列车、主动控制磁悬浮轴承、磁悬挂天平、磁悬浮小型传输设备、磁悬浮测量仪器、磁悬浮机器人手腕、磁悬浮教学系统等。
[0003]基于以上磁悬浮技术的广阔应用前景，在我国现有的研究方法主要从理论上进行研究，在此基础上进行仿真实验，为磁悬浮技术提供理论依据。但是在现有科研机构和大中院校中，对磁悬浮技术实验装置的研究和开发处于空白阶段，更缺乏对于磁悬浮实验装置的控制方法和控制装置的研究，从而无法满足磁悬浮实验的要求。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的磁悬浮实验装置的控制装置和相应的控制方法。
[0005]基于本发明的一个目的，提供了一种磁悬浮实验装置的控制方法。其所应用的磁悬浮实验装置包括:固定板、传感器部件、柱状的第一电磁铁和第二电磁铁、被测悬浮部件，其中，传感器部件与固定板相`对平行设置，第一电磁铁和第二电磁铁的第一端均固定在固定板上，被测悬浮部件上设置有第一磁性悬浮部和第二磁性悬浮部，第一磁性悬浮部的位置与第一电磁铁第二端的位置相对应，第二磁性悬浮部的位置与第二电磁铁第二端的位置相对应。该磁悬浮实验装置的控制方法包括以下步骤:
[0006]根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；获取由传感器部件分别测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度以及第二磁性悬浮部件的悬浮高度；将第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制；将第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制；在对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制和对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制的过程中，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以调整被测悬浮部件相对于水平面的角度和高度。
[0007]可选地，对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制包括:通过调节第一电磁铁的励磁电流对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制，以保证第一磁性悬浮部的悬浮高度与第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号对应的高度一致；对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制包括:通过调节第二电磁铁的励磁电流对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制，以保证第二磁性悬浮部的悬浮高度与第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号对应的高度一致。
[0008]可选地，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:同步增大或同步减小第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调整被测悬浮部件的悬浮高度。
[0009]可选地，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号增大，并调节第二磁性悬浮部的悬浮目标信号减小，以调整被测悬浮部件相对于水平面的俯仰角度。
[0010]可选地，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调节被测悬浮部件在竖直平面内摆动，其中，第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位和第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位相反。
[0011]可选地，以上磁悬浮实验装置设置有第一调节旋钮和第二调节旋钮，其中，根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:分别获取第一调节旋钮的旋转档位和第二调节旋钮的旋转档位；根据第一调节旋钮的旋转档位得到第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；根据第二调节旋钮的旋转档位得到第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
[0012]可选地，以上磁悬浮实验装置设置有第一信号接口和第二信号接口，其中，根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:按照第一信号接口接收到的电信号得出第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；按照第二信号接口接收到的电信号得出第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
[0013]可选地，根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括:获取磁悬浮实验装置的默认目标信号，并将默认目标信号作为第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
[0014]根据本发明的另一个方面，还提供了 一种磁悬浮实验装置的控制装置。该控制装置应用的磁悬浮实验装置包括:固定板、传感器部件、柱状的第一电磁铁和第二电磁铁、被测悬浮部件，其中，传感器部件与固定板相对平行设置，第一电磁铁和第二电磁铁的第一端均固定在固定板上，被测悬浮部件上设置有第一磁性悬浮部和第二磁性悬浮部，第一磁性悬浮部的位置与第一电磁铁第二端的位置相对应，第二磁性悬浮部的位置与第二电磁铁第二端的位置相对应。该磁悬浮实验装置的控制装置包括:目标信号接口，用于根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；传感器接口，与传感器部件连接，用于获取由传感器部件分别测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度以及第二磁性悬浮部件的悬浮高度；反馈控制部件，与传感器接口、目标信号接口、第一电磁铁、以及第二电磁铁分别连接，用于将第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制；将第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制；在对第一电磁铁进行反馈控制和对第二电磁铁进行反馈控制的过程中，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以调整被测悬浮部件相对于水平面的角度和高度。
[0015]可选地，反馈控制部件调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的方式包括以下任一种方式:同步增大或同步减小第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调整被测悬浮部件的悬浮高度；调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号增大，并调节第二磁性悬浮部的悬浮目标信号减小，以调整被测悬浮部件相对于水平面的俯仰角度；按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调节被测悬浮部件在竖直平面内摆动，其中，第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位和第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位相反。
[0016]应用本发明的技术方案，使用两个电磁铁分别产生磁力，吸引被测悬浮部件的对应部件，使测悬浮部件克服重力，在空间内维持悬浮状态，利用传感器部件测量的被测悬浮部件两点的悬浮高度作为反馈，对两个电磁铁的电磁力分别进行反馈控制，使被测悬浮部件以一定的俯仰角度的姿态悬浮，完成磁悬浮实验。并且通过对反馈控制给定信号的调节，不仅可以完成针对被测悬浮部件的升降控制，还可以进行俯仰角度控制，可完成多种悬浮姿态的实验，悬浮间隙调节范围大，充分满足了磁悬浮实验的要求。
[0017]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0019]图1是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的结构图；
[0020]图2是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的控制装置的示意图；以及
[0021]图3是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的控制方法的示意图。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0023]首先对应用本发明实施例的控制方法和控制装置的磁悬浮实验装置进行说明，该磁悬浮实验装置，通过两个电磁铁产生磁力，以保证具有一定长度的悬浮部件在空间中悬浮利用检测被测悬浮部件的位置作为反馈信号，通过调节电磁铁的磁力调整被测悬浮部件的悬浮姿态，完成磁悬浮实验过程。
[0024]图1是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的结构图，该磁悬浮实验装置包括:固定板11、传感器部件21、柱状的第一电磁铁31和第二电磁铁32、控制部件41、被测悬浮部件51,其中,第一电磁铁31和第二电磁铁32的长度一致。传感器部件21与固定板11相对平行设置，第一电磁铁31和第二电磁铁32的第一端均固定在固定板11上，并且第一电磁铁31和第二电磁铁32布置在传感器部件21与固定板11之间，第一电磁铁31的第二端和第二电磁铁32的第二端竖直向下设置,被测悬浮部件51上设置有第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部512,第一磁性悬浮部511的位置与第一电磁铁31第二端的位置相对应，第二磁性悬浮部512的位置与第二电磁铁32第二端的位置相对应；传感器部件21通过测量可以得到第一磁性悬浮部511至传感器部件21的间隙和第二磁性悬浮部512至传感器部件21的间隙，得到被测悬浮部件51的悬浮姿态。
[0025]电磁铁的磁力的大小与励磁电流的大小直接相关，在本发明的磁悬浮实验装置中无需对励磁电流进行测量，而直接利用传感器部件测量的位置信号作为磁力的反馈信号，避免了电流测量的误差影响控制结果。
[0026]被测悬浮部件51优选使用圆筒状结构，第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部512分别为铁磁性材料圆环，组装方式可以为多种，例如直接套设在圆筒外周，直接嵌入圆筒对应位置的凹槽中，或者直接作为圆筒的一段。磁性部件一般选用与筒体不同的颜色，这样还可以作为位置标记。被测悬浮部件51除第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部512之外的部分不受电磁力吸引。
[0027]传感器部件21中的测量部件可以选用各种间隙传感器，例如光传感器、涡流传感器、激光测距传感器等。间隙传感器通过非接触的方式测量第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部件512的悬浮高度。
[0028]在本实施例的应用环境下，传感器部件21中的测量部件优选使用涡流传感器，具体包括第一涡流传感器和第二涡流传感器，其中，第一涡流传感器用于测量第一磁性悬浮部511至第一涡流传感器的距离，第二涡流传感器用于测量第二磁性悬浮部512至第二涡流传感器的距离，以上第一涡流传感器和第二涡流传感器可以集中布置于传感器部件21的外壳内，其中，在进行实验的情况下，第一涡流传感器的探头的位置和第二涡流传感器探头的位置与第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部512相对应。以上涡流传感器利用被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的磁通值也发生变化，磁通值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电信号，最终完成机械间隙转换成电信号。根据两个涡流传感器测量的数据可以直接计算出被测悬浮部件51的俯仰角度和距离电磁铁的距离等动作姿态。而且涡流传感器的抗干扰能力强，与光传感器等一般位移传感器相比，不会受到热源、光源、射频辐射的干扰，增加了实验装置的可靠性。
[0029]第一电磁铁31的第一端和第二电磁铁32的第一端可以米用螺钉的方式直接固定在固定板11上，在进行实验时，可以通过改变工作电流的方向保证第一电磁铁31的磁极性与第二电磁铁32的磁极性相反，可以有效提高电磁铁磁通的利用率，提高可承载的被测悬浮部件51的最大重量，为了进一步降低漏磁，第一电磁铁31的第一端和第二电磁铁32的第一端在固定板11上通过方钢连接，方钢为磁场提供了磁通路，大大降低了漏磁。
[0030]另外，第一磁性悬浮部511和第二磁性悬浮部512也可以利用铁磁材料在被测悬浮部件51的内部连接起来，同样可以为磁场提供通路，提高了磁场的利用率，进一步提高效率。
[0031]固定板11可以采用悬挂、支撑架的方式布置在一定高度的位置，第一电磁铁31和第二电磁铁32垂直向下,传感器部件21设置在第一电磁铁31和第二电磁铁32的下方,传感器部件21与电磁铁之间的空间属于被测悬浮部件51的悬浮空间。在进行实验时，分别向第一电磁铁31和第二电磁铁31提供励磁电流，传感器部件21将测量到的位置实测值反馈给控制部件41。
[0032]本实施例的应用优选使用底座箱体61和支撑架的方式设在固定板,这种情况下，磁悬浮实验装置的底部还设置有底座箱体61，底座箱体61上表面设置有支架71，固定板11通过支架71固定在底座箱体61上方，传感器部件21设置在底座箱体61的上表面上，支架71的高度大于电磁铁的长度、传感器部件21的高度、被测悬浮部件51直径三者之和，从而在保留了被测悬浮部件51的悬浮空间。底座箱体61的侧面上可以根据需要分别设置不同的人机接口和电气接口。
[0033]以上支架71可以由多根长度一致的支撑管构建。图1中示出了固定板11为四方形，四根支撑管分别支撑固定板11四个边角的情况，实际上固定板11的形状可以采用任意形状，如圆形、三角形、多边形等，支撑管的数量可以根据需要设置。
[0034]整个磁悬浮实验装置的底部，也就是底座箱体61的底部固定多个轮子，提高设备的移动性能。
[0035]本发明实施例提供了一种应用于以上介绍的磁悬浮实验装置的控制装置，该控制装置与传感器部件21、第一电磁铁31、第二电磁铁32分别电连接，用于将传感器部件21测量到的间隙作为反馈信号，通过分别调节第一电磁铁31和第二电磁铁32的励磁电流，对第一电磁铁31和第二电磁铁32的电磁力进行反馈控制，从而根据实验情况，调节被测悬浮部件51的悬浮高度和俯仰角度，实现多自由度的控制。
[0036]图2是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的控制装置的示意图，该控制装置包括:目标信号接口 403，用于根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；传感器接口 401，与传感器部件21连接，用于获取由传感器部件21分别测量的第一磁性悬浮部511的悬浮高度以及第二磁性悬浮部件512的悬浮高度；反馈控制部件402，与传感器接口 401、目标信号接口 403、第一电磁铁31、以及第二电磁铁32分别连接，用于将第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部511的悬浮高度作为反馈信号，对第一电磁铁31的电磁力进行反馈控制；将第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部512的悬浮高度作为反馈信号，对第二电磁铁32的电磁力进行反馈控制；在对第一电磁铁31进行反馈控制和对第二电磁铁32进行反馈控制的过程中，调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，以调整被测悬浮部件51相对于水平面的角度和高度。
[0037]具体地，反馈控制部件402调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的方式包括以下任一种方式:同步增大或同步减小第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，以相应调整被测悬浮部件51的悬浮高度；调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号增大，并调节第二磁性悬浮部512的悬浮目标信号减小，以调整被测悬浮部件51相对于水平面的俯仰角度；按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，以相应调节被测悬浮部件51在竖直平面内摆动，其中，第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号的相位和第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的相位相反。
[0038]以上反馈控制部件402调节电磁力的原理为:通过调节第一电磁铁31的励磁电流对第一电磁铁31的电磁力进行反馈控制，并通过调节第二电磁铁32的励磁电流对第二电磁铁32的电磁力进行反馈控制。
[0039]进行反馈控制时，第一磁性悬浮部511的悬浮高度也就是第一磁性悬浮部511至传感器部件21中第一涡流传感器探头的距离作为第一电磁铁控制的反馈信号，第二磁性悬浮部512的悬浮高度也就是传感器部件21中第一涡流传感器探头的距离作为第二电磁铁控制的反馈信号，当悬浮高度增大时，相应减小励磁电流，当悬浮高度减小时，相应增大励磁电流。这种控制方式下，当实验装置中未放置被测悬浮部件51时，传感器部件21测量的悬浮高度无限大，励磁电流相应为零，还实现了在没有被测悬浮部件51时，不提供励磁电流，从而减小了不必要的功率损耗，对于具有一定长度的棒状被测悬浮部件51，通过两点的控制，就可以使该被测悬浮部件既可以进行升降，又可以在一定俯仰角度内进行转动，增加了控制的自由度。
[0040]以上反馈控制的设定目标值可以通过多种方式获取，一般可以有三种模式进行控制:手动控制模式、远程控制模式以及自动控制模式。
[0041]底座箱体61的箱体上可以根据控制模式设置各种接口，以接收控制信号，例如在手动模式下，可以设置类似于调节旋钮的人机接口接收用户的手动控制信号，在远程控制模式下，通过设置信号接口接收远程传输的电信号，在自动控制模式下，从预设实验方案得出目标值。用户可以根据需要选择合适的控制模式进行控制，例如通过设置模式选择开关进行模式之间的切换。
[0042]本发明实施例提供了一种磁悬浮实验装置的控制方法，该控制方法可以利用上述实施例的控制装置执行，且可以应用于以上介绍的磁悬浮实验装置中，图3是根据本发明实施例的磁悬浮实验装置的控制方法的示意图，如图，该控制方法包括以下步骤:
[0043]步骤S301，根据预定的实验方案分别生成第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号；
[0044]步骤S303，获取由传感器部件分别测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度以及第二磁性悬浮部件的悬浮高度；
[0045]步骤S305，将第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第一电磁铁的电磁力进行反馈控制；
[0046]步骤S307，将第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对第二电磁铁的电磁力进行反馈控制；
[0047]在执行以上步骤S305和步骤S307的过程中，调节第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，可以相应调整被测悬浮部件相对于水平面的角度和高度。
[0048]以上步骤S305和步骤S307反馈控制可以使用比例微分控制，而且不需要进行电流反馈，减少了电流测量元件，避免了增加故障点和测量误差。经过发明人的多次测试，可以去掉积分反馈环节，仅使用比例微分控制同样可以达到控制效果。
[0049]步骤S305和步骤S30对电磁力反馈控制的反馈控制是通过改变电磁铁励磁电流实现的，具体地，通过调节第一电磁铁31的励磁电流对第一电磁铁31的电磁力进行反馈控制，以保证第一磁性悬浮部511的悬浮高度与第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号对应的高度一致；通过调节第二电磁铁32的励磁电流对第二电磁铁32的电磁力进行反馈控制，以保证第二磁性悬浮部512的悬浮高度与第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号对应的高度一致。
[0050]在实验过程中，通过改变第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号和改变第一磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，可调整被测悬浮部件51的悬浮姿态，例如控制被测悬浮部件51水平上升或水平下降；控制被测悬浮部件51的俯仰角度改变，相对于被测悬浮部件51的中点转动；控制被测悬浮部件51振荡摆动等。
[0051]控制被测悬浮部件51水平上升或水平下降时，调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的方式为:同步增大或同步减小第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号。
[0052]控制被测悬浮部件51改变俯仰角度时，调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的方式为:调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号增大，并调节第二磁性悬浮部512的悬浮目标信号减小，相应地，第一磁性悬浮部511上升而第二磁性悬浮部512下降，或者调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号减小，并调节第二磁性悬浮部512的悬浮目标信号增大，相应地，第一磁性悬浮部511下降而第二磁性悬浮部512上升。
[0053]控制被测悬浮部件51振荡摆动时，调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的方式为:按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节第一磁性悬浮部31的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，以相应调节被测悬浮部件511在竖直平面内摆动，其中，第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号的相位和第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的相位相反。这种摆动的情况是平稳有规律的，如果以不同的频率调节第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号，例如设定第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标信号的运动频率为0.5Hz，第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号的运动频率为
0.3Hz，可以得到不同的摆动效果。
[0054]生成已经调节悬浮高度目标信号存在多种模式，本实施例中提供了三种常见的控制模式获取以上控制目标信号，分别为手动控制模式、远程控制模式以及自动控制模式。
[0055]手动控制模式下，利用磁悬浮实验装置设置的第一调节旋钮和第二调节旋钮进行，上述步骤S30的流程具体包括:分别获取第一调节旋钮的旋转档位和第二调节旋钮的旋转档位；根据第一调节旋钮的旋转档位得到第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标值；根据第二调节旋钮的旋转档位得到第二磁性悬浮部512的悬浮高度目标信号。
[0056]远程控制模式下，利用磁悬浮实验装置设置的第一信号接口和第二信号接口，上述步骤S30的流程具体包括:按照第一信号接口接收到的电信号得出第一磁性悬浮部511的悬浮高度目标值；按照第二信号接口接收到的电信号得出第二磁性悬浮部412的悬浮高度目标值。以上电信号可以为电压信号、电流信号、频率信号等，以上电信号可以由信号发生装置生成。
[0057]自动控制模式下，磁悬浮实验装置中设置有默认的信号生成电路，控制时可以获取磁悬浮实验装置的默认目标信号，并将默认目标信号作为第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
[0058]利用本实施例提供的控制方法和控制装置，可以根据本磁悬浮实验装置使用两个电磁铁分别产生磁力，对被测悬浮部件的两点进行吸引，使测悬浮部件克服重力，在空间内维持悬浮，利用传感器部件测量的被测悬浮部件对应于两个电磁铁的距离测量值作为反馈信号，对两个电磁铁的电磁力分别进行反馈控制，即可保证俯仰角度不变实现平动升降实验，又可以通过改变俯仰角度实现一定角度的转动，完成各种磁悬浮实验。
[0059]在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。而且上述第一、第二的使用不表示任何顺序。可将这些词语解释为类似部件的区分。
[0060]类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循【具体实施方式】的权利要求书由此明确地并入该【具体实施方式】，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0061]此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0062]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种磁悬浮实验装置的控制方法，该磁悬浮实验装置包括:固定板、传感器部件、柱状的第一电磁铁和第二电磁铁、被测悬浮部件，其中，所述传感器部件与所述固定板相对平行设置，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的第一端均固定在固定板上，所述被测悬浮部件上设置有第一磁性悬浮部和第二磁性悬浮部，所述第一磁性悬浮部的位置与所述第一电磁铁第二端的位置相对应，所述第二磁性悬浮部的位置与所述第二电磁铁第二端的位置相对应，所述磁悬浮实验装置的控制方法包括以下步骤: 根据预定的实验方案分别生成所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号； 获取由所述传感器部件分别测量的所述第一磁性悬浮部的悬浮高度以及所述第二磁性悬浮部件的悬浮高度； 将所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对所述第一电磁铁的电磁力进行反馈控制； 将所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对所述第二电磁铁的电磁力进行反馈控制； 在对所述第一电磁铁的电磁力进行反馈控制和对所述第二电磁铁的电磁力进行反馈控制的过程中，调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以调整所述被测悬浮部件相对于水平面的角度和高度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中， 对所述第一电磁铁的电磁力进行反馈控制包括:通过调节所述第一电磁铁的励磁电流对所述第一电磁铁的电磁力进行反馈控制，以保证所述第一磁性悬浮部的悬浮高度与所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号对应的高度一致； 对所述第二电磁铁的电磁力进`行反馈控制包括:通过调节所述第二电磁铁的励磁电流对所述第二电磁铁的电磁力进行反馈控制，以保证所述第二磁性悬浮部的悬浮高度与所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号对应的高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中，调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 同步增大或同步减小所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调整所述被测悬浮部件的悬浮高度。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中，调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号增大，并调节所述第二磁性悬浮部的悬浮目标信号减小，以调整所述被测悬浮部件相对于水平面的俯仰角度。
5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其中，调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调节所述被测悬浮部件在竖直平面内摆动，其中，所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位和所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位相反。
6.根据权利要求1所述的控制方法，该磁悬浮实验装置设置有第一调节旋钮和第二调节旋钮，其中，根据预定的实验方案分别生成所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 分别获取所述第一调节旋钮的旋转档位和所述第二调节旋钮的旋转档位； 根据所述第一调节旋钮的旋转档位得到所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号； 根据所述第二调节旋钮的旋转档位得到所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
7.根据权利要求1所述的控制方法，该磁悬浮实验装置设置有第一信号接口和第二信号接口，其中，根据预定的实验方案分别生成所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 按照所述第一信号接口接收到的电信号得出所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号; 按照所述第二信号接口接收到的电信号得出所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
8.根据权利要求3所述的控制方法，其中，根据预定的实验方案分别生成所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号包括: 获取所述磁悬浮实验装置的默认目标信号，并将所述默认目标信号作为所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号。
9.一种磁悬浮实验装置的控制装置，该磁悬浮实验装置包括:固定板、传感器部件、柱状的第一电磁铁和第二电磁铁、被测悬浮部件，其中，所述传感器部件与所述固定板相对平行设置，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的第一端均固定在固定板上，所述被测悬浮部件上设置有第一磁性悬浮部和第二磁性悬浮部，所述第一磁性悬浮部的位置与所述第一电磁铁第二端的位置相对应，所述第二磁性悬浮部的位置与所述第二电磁铁第二端的位置相对应，所述磁悬浮实验装置的控制装置包括: 目标信号接口，用于根据预定的实验方案分别生成所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号； 传感器接口， 与所述传感器部件连接，用于获取由所述传感器部件分别测量的所述第一磁性悬浮部的悬浮高度以及所述第二磁性悬浮部件的悬浮高度； 反馈控制部件，与所述传感器接口、所述目标信号接口、所述第一电磁铁、以及所述第二电磁铁分别连接，用于将所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第一磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对所述第一电磁铁的电磁力进行反馈控制；将所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号作为给定信号，将测量的第二磁性悬浮部的悬浮高度作为反馈信号，对所述第二电磁铁的电磁力进行反馈控制；在对所述第一电磁铁进行反馈控制和对所述第二电磁铁进行反馈控制的过程中，调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以调整所述被测悬浮部件相对于水平面的角度和高度。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，所述反馈控制部件调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的方式包括以下任一种方式: 同步增大或同步减小所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调整所述被测悬浮部件的悬浮高度；调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号增大，并调节所述第二磁性悬浮部的悬浮目标信号减小，以调整所述被测悬浮部件相对于水平面的俯仰角度； 按照相同频率和幅值的振荡信号的方式调节所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号以及所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号，以相应调节所述被测悬浮部件在竖直平面内摆动，其中，所述第一磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位和所述第二磁性悬浮部的悬浮高度目标信号的相位相反。
【文档编号】G09B23/18GK103489356SQ201310425867
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】李建路, 冯玉东, 骆力, 闫文凤, 曹承侃 申请人:北京天路时代电气设备有限责任公司