一种新型磁悬浮球系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能控制技术领域，特别涉及一种新型磁悬浮球系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的日新月异和生活节奏的日益加快，人们对出行所乘的交通工具在速度上有了更高的要求。铁路作为一个关系到国计民生的部门，为了适应快节奏的要求也采取了相应的措施。近几年来，我国的铁路经过几次提速，速度有了很大的提高，大大地方便了人们的出行。但是，轮轨提速的高昂代价和先天的技术瓶颈限制了轮轨列车速度的进一步提升。在认识到这一点后，人们开始寻求更快速，更经济的交通工具。磁悬浮技术作为一种新的技术开始进入人们的视野，磁悬浮列车也成为了人们关注的焦点。磁悬浮列车作为一种新型的交通工具，具有乘坐舒适、污染小、噪音低、转弯半径小、爬坡能力强以及能适应冰雪恶劣气候等特点，在未来交通中有着广阔的应用前景，因此得到了越来越广泛的重视。
【发明内容】
[0003]本发明采用如下技术方案:
[0004]一种磁悬浮球系统，其特征在于，其包括:电磁铁、功率放大器、控制器、位置传感器、光电源；所述电磁铁与所述功率放大器相连；所述功率放大器与所述控制器相连；所述控制器与所述传感器相连。
[0005]优选的，所述控制器为数字信号处理器，型号选择DSP TMS320LF2407A ；
[0006]优选的，所述传感器，型号选择FMA1000。
[0007]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可以依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施例结构示意图。
[0009]图2为本发明实施例原理图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
[0011]如图1所示，一种磁悬浮球系统，其特征在于，其包括:1电磁铁、2功率放大器、3控制器、4传感器、5光电源；所述电磁铁与所述功率放大器相连；所述功率放大器与所述控制器相连；所述控制器与所述传感器相连。所述控制器为数字信号处理器，型号选择DSPTMS320LF2407A ;所述传感器，型号选择FMA1000。
[0012]本系统所采用的磁悬浮球装置是由铁芯、线圈、LED光源、光电位置传感器、电源、放大及补偿装置、数据采集卡、控制器以及受控对象(钢球)等元件组成。钢球是系统中的被控对象，电磁铁是产生控制力的执行元件，位移信号转换电路、调节电路和功率放大电路为系统的控制部分。磁悬浮控制系统是研宄磁悬浮技术的平台，它是一个典型的吸浮式悬浮系统。
[0013]磁悬浮系统可以根据磁铁的结构形式、使用场合、电源种类及磁场性质等方面进行分类。人们习惯根据磁场性质的不同，将磁悬浮系统分为两大类，即主动磁悬浮系统(Active Magnetic Levitat1n Suspens1n System)和被动磁悬浮系统(PassiveMagnetic Levitat1n Suspens1n System)。对于被动磁悬浮系统，其磁场是不可控的，其电磁力由永久磁铁或恒定直流电流作用下的软磁材料提供，因而目前应用很少。而对主动磁悬浮系统，磁场是可控的，其磁力由交流线圈产生的磁场提供，或由永久磁铁和交流线圈的混合磁场提供，从而使其支承力可控，因而在目前得到了最广泛的研宄和应用。
[0014]在图1中，电磁铁线圈绕组中通以一定的电流会产生电磁力，控制电磁铁绕组中的电流，使之产生的电磁力与钢球的重力相平衡，从而使钢球悬浮在空中，处于平衡状态。但是这种平衡状态是不稳定的，这是由于电磁铁与钢球之间的电磁力的大小与他们之间的距离成反比，只要平衡状态稍微受到外界的干扰(如:加在电磁铁线圈上的电压产生脉动、装置周围的振动、风等)，就会导致钢球掉下来或被电磁铁吸住。由此可见系统是开环不稳定的，必须设计一个闭环系统。如图2所示，Ug为位置给定信号，Uf为反馈信号，两者经过比较后，经信号调节电路送到功率放大电路，功率放大电路输出控制电流，经电磁铁转换为电磁力，以控制小球的位置。当小球受到干扰发生位移时，位移量由位置传感器检测后与给定信号比较，其差值再送到信号调节电路，重新调节电磁铁的磁力，使小球回到原平衡位置。
[0015]总之，传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚度、阻尼及稳定性主要是由控制规律决定。
[0016]电磁铁的作用是为实现小球在预定位置的稳定悬浮提供电磁力。当小球发生偏移时，位移偏移量由位移转换电路-位移传感器转换为电压信号送到调节电路和功率放大电路，输出一个控制电压或电流信号，调节电磁铁的电磁力，使小球回到原平衡位置。
[0017]电磁铁是一内置铁芯的螺线管，其铁芯采用导磁性能优良的软磁材料-硅钢片做成。材料的特性会影响电磁铁的性能，以及铁芯中涡流的大小，采用叠片式铁芯可减少涡流损耗。
[0018]磁悬浮系统组成的核心部分是控制器，本文中将模糊控制与鲁棒控制结合实现对磁悬浮系统的控制。
[0019]功率放大电路在控制电路中主要是向电磁铁提供控制电流。电磁铁产生的电磁力与电流的平方成正比，与位移的平方成反比，这使控制成为非线性问题。使用精度较高的平方转换器或者利用偏磁原理以及差动结构的电磁铁组(即一个自由度上设置一对电磁铁使之差动工作)，可以使其转换为线性控制问题。功率放大电路将涉及到类型的问题，功放的类型既决定了所采取的控制策略，也对整个系统的性能有一定的影响。
[0020]位移信号转换电路由两部分组成:位移传感器(信号检测)和前置器(信号变换器)。目前，采用较多的是电涡流位移传感器。传感器分类标准不同，类型也不同，有电感式的、电容式的、接触式、非接触式的、差动型的、非差动型的等。电磁悬浮系统的精度主要取决于位移传感器和位移信号变换器的精度，因而要求该部分的精度要高，温度稳定性要好。鉴于整个系统的结构特点，只要非接触型的传感器均可采用。
[0021]以上对本发明实施例所提供的一种新型磁悬浮球系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型磁悬浮球系统，其特征在于，其包括:电磁铁、功率放大器、控制器、位置传感器、光电源；所述电磁铁与所述功率放大器相连；所述功率放大器与所述控制器相连；所述控制器与所述传感器相连。
【专利摘要】一种新型磁悬浮球系统，其特征在于，其包括：1电磁铁、2功率放大器、3控制器、4传感器、5光电源；所述电磁铁与所述功率放大器相连；所述功率放大器与所述控制器相连；所述控制器与所述传感器相连。
【IPC分类】H02N15-00
【公开号】CN104579019
【申请号】CN201410802285
【发明人】武真真
【申请人】武真真
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月18日