專(zhuān)利名稱(chēng)：磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)設(shè)備，尤其是一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于磁浮球的自動(dòng)控制理論，許多學(xué)者都進(jìn)行了各種研究與嘗試，但是，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于 磁浮球?qū)嶒?yàn)平臺(tái)的研究較少，并且主要集中在工業(yè)應(yīng)用方面。專(zhuān)利號(hào)為200610078634. 4的實(shí) 用新型專(zhuān)利提出了一種磁浮球控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，但是對(duì)于其機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接無(wú)法獲知，并 且其線圈驅(qū)動(dòng)電路較為復(fù)雜，不利于該裝置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了提供一種適用于"控制理論"、"計(jì)算機(jī)控制"、"物理"等課程 需要的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供了一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其包括 一種磁懸 浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其包括電磁鐵、位置檢測(cè)器、光源、磁浮球、底座和支架；所述的電磁鐵固 定在方形支架的頂端，用于對(duì)磁浮球產(chǎn)生吸力，實(shí)現(xiàn)磁浮球的吸??；所述的磁浮球位于電磁 鐵鐵芯的正下方，作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對(duì)象，在進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，磁浮球穩(wěn)定懸浮在電磁鐵與 底座之間的某一位置；所述的位置檢測(cè)器和光源分別固定在磁浮球的左右兩側(cè)，當(dāng)磁浮球的 頂端與電磁鐵鐵芯底端接觸時(shí)，位置檢測(cè)器、光源和磁浮球的中心線在同一水平位置；所述 的底座固定在方形支架的底端，通過(guò)調(diào)節(jié)底座上的平衡螺釘可以使磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象保持水平; 還包括一磁懸浮信號(hào)處理單元，其包括PSD信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)采集接口和線圈驅(qū)動(dòng)電路； 另外還包括一安裝有PCI數(shù)據(jù)采集卡和控制軟件的計(jì)算機(jī)控制單元。
所述的磁浮球是不銹鋼鐵球，作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對(duì)象。
所述的位置檢測(cè)器包括I/V轉(zhuǎn)換電路和PSD位置傳感器，或者光電二極管組件。 所述的光源為紅外光發(fā)生器或者激光發(fā)生器。
所述的線圈驅(qū)動(dòng)電路為電流驅(qū)動(dòng)器，即由兩個(gè)三極管接成復(fù)合達(dá)林頓管的形式，射極作
為輸出級(jí)。
這種磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置采用軟硬件協(xié)同的工作方式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常直觀，用戶(hù)操作更靈活
3更簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)緊密結(jié)合教材，可用于控制理論、計(jì)算機(jī)控制、物理等相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生在用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)后可掌握以下內(nèi)容控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方程；磁懸浮系 統(tǒng)的電磁力模型；電磁鐵中控制電壓與電流的模型；電磁鐵繞組上的瞬時(shí)電感與氣隙間的關(guān) 系；球體平衡時(shí)的邊界條件；系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；MATLAB下數(shù)學(xué)模型的建立；Simulink仿 真；磁懸浮的時(shí)、頻域分析；PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)；PSD位置傳感器的特性；磁懸浮系統(tǒng)的
丌環(huán)與閉環(huán)控制；磁懸浮實(shí)驗(yàn)原理；磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。


圖1是磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2是磁懸浮信號(hào)處理單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3是磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置閉環(huán)控制框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例這種磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，包括磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象、磁懸浮信號(hào)處理單元和計(jì)算機(jī)控
制單元。
請(qǐng)參閱圖l所示，其為磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其包括電磁鐵(l)、位置檢測(cè)器 (2)、光源(3)、磁浮球(4)、底座(5)和支架(6);其所述的電磁鐵(1)固定在方形支架(6)的頂 端，用于對(duì)磁浮球(4)產(chǎn)生吸力，實(shí)現(xiàn)磁浮球(4)的吸??；所述的磁浮球(4)位于電磁鐵(1)鐵 芯的正下方，作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對(duì)象，在進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，磁浮球(4)穩(wěn)定懸浮在電磁鐵(1) 與底座(5)之間的某一位置；所述的位置檢測(cè)器(2)和光源(3)分別固定在磁浮球(4)的左右兩 側(cè)，當(dāng)磁浮球(4)的頂端與電磁鐵(1)鐵芯底端接觸時(shí)，位置檢測(cè)器(2)、光源(3)和磁浮球(4) 的中心線在同一水平位置；所述的底座(5)固定在方形支架(6)的底端，通過(guò)調(diào)節(jié)底座(5)上的 平衡螺釘可以使磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象保持水平。
請(qǐng)參閱圖2所示，其為磁懸浮信號(hào)處理單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其包括PSD信號(hào)處理單元 (7)、數(shù)據(jù)采集接口(8)和線圈驅(qū)動(dòng)電路(9)。
請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3所示，圖3為磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置閉環(huán)控制框圖，其工作過(guò)程為 光源(3)產(chǎn)生的光信號(hào)覆蓋整個(gè)PSD器件的有效區(qū)域，當(dāng)磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象中的磁浮球(4)在位 置檢測(cè)器(2)的感應(yīng)區(qū)時(shí)，通過(guò)磁浮球(4)的位移(遮光量)改變PSD位置傳感器的入射光， 落到PSD位置傳感器上的入射光轉(zhuǎn)換成光電子在PSD內(nèi)部形成光電流，該光電流依次經(jīng)過(guò)I/V 轉(zhuǎn)換電路和加法器電路后，在位置檢測(cè)器(2)的輸出端輸出一個(gè)反應(yīng)磁浮球(4)位移的電壓信 號(hào)；該電壓信號(hào)通過(guò)磁懸浮信號(hào)處理單元的PSD信號(hào)處理單元(7)進(jìn)行增益和零位調(diào)節(jié)后，由數(shù)據(jù)采集卡接口 (8)的AD通道送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集卡采集到的磁浮球(4)位移信號(hào)
與給定位移信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)控制程序運(yùn)算后，再由數(shù)據(jù)采集卡接口
(8)的DA通道輸出并送入磁懸浮信號(hào)處理單元的線圈驅(qū)動(dòng)電路(9)。線圈驅(qū)動(dòng)電路(9)的輸出 端輸出一個(gè)控制電磁鐵(1)線圈電流大小的電壓信號(hào)，從而改變電磁鐵(1)鐵芯與磁浮球(4) 之間吸力的大小，直至偏差趨于零為止。
磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象能完成的功能為通過(guò)光源(3)和位置檢測(cè)器(2)將磁浮球(4)的位移信號(hào) 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓信號(hào)；將線圈驅(qū)動(dòng)電路(9)輸出的電壓信號(hào)通過(guò)電磁鐵(1)線圈轉(zhuǎn)換成 電流信號(hào)；在電磁鐵(l)線圈中通入電流，從而使電磁鐵(1)鐵芯周?chē)a(chǎn)生使磁浮球(4)懸浮的 磁力。
磁懸浮信號(hào)處理單元能完成的功能為位置檢測(cè)器(2)輸出電壓信號(hào)的增益和零位調(diào)節(jié)； 上位機(jī)輸出信號(hào)的功率放大及數(shù)據(jù)采集接口轉(zhuǎn)換。
計(jì)算機(jī)控制單元能完成反饋信號(hào)的輸入和控制信號(hào)的輸出，以及Simulink編程環(huán)境下的 仿真與實(shí)時(shí)控制等功能。
通過(guò)實(shí)施例將有助于理解本實(shí)用新型，但不限制本實(shí)用新型的內(nèi)容。本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員能從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其包括一磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象、一磁懸浮信號(hào)處理單元和一計(jì)算機(jī)控制單元，所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括電磁鐵、位置檢測(cè)器、光源、磁浮球、底座和支架，其特征在于電磁鐵固定在方形支架的頂端，磁浮球位于電磁鐵鐵芯的正下方，作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對(duì)象，位置檢測(cè)器和光源分別固定在磁浮球的左右兩側(cè)，當(dāng)控制磁浮球的頂端與電磁鐵鐵芯底端接觸時(shí)，位置檢測(cè)器、光源和磁浮球的中心線在同一水平位置；底座固定在方形支架的底端，通過(guò)調(diào)節(jié)底座上的平衡螺釘可以使磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象保持水平；所述的磁懸浮信號(hào)處理單元包括PSD信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集接口和線圈驅(qū)動(dòng)電路；所述的計(jì)算機(jī)控制單元安裝有PCI數(shù)據(jù)采集卡和控制軟件。
2、 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的磁浮球是不銹鋼鐵 球，作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對(duì)象。
3、 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的位置檢測(cè)器包括I/V 轉(zhuǎn)換電路和PSD位置傳感器，或者光電二極管組件。
4、 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的光源為紅外光發(fā)生 器或者激光發(fā)生器。
5、 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的線圈驅(qū)動(dòng)電路為電 流驅(qū)動(dòng)器，即由兩個(gè)三極管接成復(fù)合達(dá)林頓管的形式，射極作為輸出級(jí)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置，其包括一磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象、一磁懸浮信號(hào)處理單元和一計(jì)算機(jī)控制單元，所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括電磁鐵、位置檢測(cè)器、光源、磁浮球、底座和支架，其特征在于電磁鐵固定在方形支架的頂端，磁浮球位于電磁鐵鐵芯的正下方，位置檢測(cè)器和光源分別固定在磁浮球的左右兩側(cè)，底座固定在方形支架的底端，通過(guò)調(diào)節(jié)底座上的平衡螺釘可以使磁懸浮實(shí)驗(yàn)對(duì)象保持水平；所述的磁懸浮信號(hào)處理單元包括PSD信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集接口和線圈驅(qū)動(dòng)電路；所述的計(jì)算機(jī)控制單元安裝有PCI數(shù)據(jù)采集卡和控制軟件。本實(shí)用新型為控制理論、計(jì)算機(jī)控制和物理類(lèi)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)提供了物理模型與控制方法研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
文檔編號(hào)G09B23/18GK201417536SQ20082017104
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者何光發(fā), 劉文富, 文葉紅, 黃華圣 申請(qǐng)人:浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司