磁懸浮實驗裝置的控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁懸浮實驗裝置的控制電路。該磁懸浮實驗裝置的控制電路包括：電路構(gòu)造相同的第一控制板和第二控制板，第一控制板和第二控制板分別包括：傳感器接口，與傳感器部件連接，用于接收測量信號；比例微分調(diào)節(jié)電路，與傳感器接口連接，用于將測量信號進行比例微分調(diào)節(jié)；信號調(diào)制電路，與比例微分調(diào)節(jié)電路連接，用于將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加和調(diào)制，得到調(diào)制控制信號；驅(qū)動電路，與信號調(diào)制電路連接，用于按照調(diào)制控制信號向?qū)?yīng)的電磁鐵輸出勵磁電流。該控制電路分別利用模擬電路搭建獨立的兩塊控制板，電路結(jié)構(gòu)簡單，無需采集電流信號，省去了積分環(huán)節(jié)，減少了可能出現(xiàn)的故障點，可靠性高。
【專利說明】磁懸浮實驗裝置的控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及科研實驗裝置領(lǐng)域，具體而言，涉及一種磁懸浮實驗裝置的控制電路。【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮技術(shù)起源于德國，早在1922年德國工程師赫爾曼?肯佩爾就提出了電磁懸浮原理。隨著電子技術(shù)、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發(fā)展和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的進展，磁懸浮技術(shù)得到了長足的發(fā)展。近年來，磁懸浮技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如磁懸浮列車、主動控制磁懸浮軸承、磁懸掛天平、磁懸浮小型傳輸設(shè)備、磁懸浮測量儀器、磁懸浮機器人手腕、磁懸浮教學(xué)系統(tǒng)等。
[0003]基于以上磁懸浮技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景，在我國現(xiàn)有的研究方法主要從理論上進行研究，在此基礎(chǔ)上進行仿真實驗，為磁懸浮技術(shù)提供理論依據(jù)。但是在現(xiàn)有科研機構(gòu)和大中院校中，對磁懸浮技術(shù)實驗裝置的研究和開發(fā)處于空白階段，更缺乏對于磁懸浮實驗裝置的控制電路的研究，從而無法滿足磁懸浮實驗的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的磁懸浮實驗裝置的控制電路。
[0005]本發(fā)明中的磁懸浮實驗裝置包括:固定板、傳感器部件、柱狀的第一電磁鐵和第二電磁鐵、被測懸浮部件，其中，第一電磁鐵和第二電磁鐵的第一端均固定在固定板上，被測懸浮部件上設(shè)置有第一磁性懸浮部和第二磁性懸浮部，第一磁性懸浮部的位置與第一電磁鐵第二端的位置相對應(yīng)，第二磁性懸浮部的位置與第二電磁鐵第二端的位置相對應(yīng)，傳感器部件與固定板相對平行設(shè)置，用于分別測量第一磁性懸浮部的懸浮高度以及第二磁性懸浮部件的懸浮高度，并將第一磁性懸浮部的懸浮高度和第二磁性懸浮部件的懸浮高度分別轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的測量信號。本發(fā)明提供的磁懸浮實驗裝置的控制電路包括:電路構(gòu)造相同的第一控制板和第二控制板，第一控制板和第二控制板分別包括:傳感器接口，與傳感器部件連接，用于接收測量信號；比例微分調(diào)節(jié)電路，與傳感器接口連接，用于將測量信號進行比例微分調(diào)節(jié)；信號調(diào)制電路，與比例微分調(diào)節(jié)電路連接，用于將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加和調(diào)制，得到調(diào)制控制信號；驅(qū)動電路，與信號調(diào)制電路連接，用于按照調(diào)制控制信號向?qū)?yīng)的電磁鐵輸出勵磁電流。
[0006]進一步地， 傳感器接口與比例微分調(diào)節(jié)電路之間還設(shè)置有電壓跟隨器。
[0007]進一步地，比例微分調(diào)節(jié)電路中由第一運算放大器構(gòu)建的比例放大電路和由第二運算放大器構(gòu)建的微分放大電路組成。
[0008]進一步地，第一控制板和第二控制板分別還包括:靜態(tài)工作點設(shè)置電路，該靜態(tài)工作點設(shè)置電路用于輸出穩(wěn)定的靜態(tài)工作點電壓信號，該靜態(tài)工作點設(shè)置電路的輸出端與比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端連接，將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加。[0009]進一步地，信號調(diào)制電路包括:三角波生成電路和PWM調(diào)制電路，PWM調(diào)制電路包括第三放大器，第三放大器的正向輸入端連接比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端，第三放大器的反向輸入端連接三角波生成電路的輸出端，第三放大器的輸出端連接驅(qū)動電路。
[0010]進一步地，第三放大器的正向輸入端與比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端之間連接有第四運算放大器，其中，第四運算放大器的反向輸入端連接比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端，第四運算放大器的正向輸入端接地，第四運算放大器的輸出端連接第三放大器的正向輸入端，第四運算放大器的輸出端與正向輸入端之間設(shè)置有電阻。
[0011]進一步地，三角波生成電路包括:第五運算放大器和第六運算放大器，其中，第五運算放大器的反向輸入端和第六運算放大器的正向輸入端均與地連接，第五運算放大器的正向輸入端通過第一電阻連接第五運算放大器的輸出端，第五運算放大器的正向輸入端通過第二電阻連接第六運算放大器的輸出端，第五運算放大器的輸出端通過第三電阻連接第六運算放大器的反向輸入端，第六運算放大器的反向輸入端和第六運算放大器的輸出端之間連接有第一電容，第六運算放大器的輸出端作為三角波生成電路的輸出電路。
[0012]進一步地，驅(qū)動電路包括:第一光耦器件、第二光耦器件、以及電流放大電路，其中，第一光稱器件的第一輸入端連接正電源，第一光稱器件的第二輸入端與第二光稱器件的第一輸入端連接，第二光耦器件的第二輸入端連接第三放大器的輸出端，第一光耦器件的輸出端輸出第一驅(qū)動信號，第二光I禹器件的輸出端第二驅(qū)動信號；電流放大電路，與第一光耦器件的輸出端和第二光耦器件的輸出端分別連接，用于根據(jù)第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號輸出勵磁電流。
[0013]進一步地，第一控制板和第二控制板均布置于磁懸浮實驗裝置的箱體底座中。
[0014]進一步地，第一控制板與第一電磁鐵連接的電線，以及第二控制板與第二電磁鐵連接的電線均從支撐管中穿過，支撐管構(gòu)成的支撐架用于支撐固定板。
[0015]應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案提供的控制電路，接收傳感器部件測量的被測懸浮部件兩點的懸浮高度作為反饋信號，進行比例微分反饋控制，向電磁鐵提供勵磁電流，從而分別控制兩個電磁鐵的電磁力，吸引被測懸浮部件的磁性部分，使被測懸浮部件克服重力，在空間內(nèi)維持懸浮狀態(tài)。從而不僅可以完成針對被測懸浮部件的升降控制，還可以進行俯仰角度控制，完成多種懸浮姿態(tài)的實驗，懸浮間隙調(diào)節(jié)范圍大，充分滿足了磁懸浮實驗的要求。
[0016]另外，本發(fā)明技術(shù)方案提供的控制電路，利用模擬電路搭建獨立的兩塊控制板實現(xiàn)對實驗裝置的控制，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制過程中不需要采集電流信號，并且省去了傳統(tǒng)PID控制中的積分環(huán)節(jié)，減少了可能出現(xiàn)的故障點，可靠性高。
[0017]根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制框圖；[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中第一控制板的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中比例微分調(diào)節(jié)電路的電路原理圖；
[0023]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中信號調(diào)制電路的電路原理圖；以及
[0024]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中驅(qū)動電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0025]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0026]首先對應(yīng)用本發(fā)明實施例的控制方法和控制裝置的磁懸浮實驗裝置進行說明，該磁懸浮實驗裝置，通過兩個電磁鐵產(chǎn)生磁力，以保證具有一定長度的懸浮部件在空間中懸浮，并檢測被測懸浮部件的位置作為反饋信號，通過調(diào)節(jié)電磁鐵的磁力改變被測懸浮部件的懸浮姿態(tài)，完成磁懸浮實驗過程。
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的結(jié)構(gòu)圖，該磁懸浮實驗裝置包括:固定板11、傳感器部件21、柱狀的第一電磁鐵31和第二電磁鐵32、控制部件41、被測懸浮部件51,其中,第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的長度一致。傳感器部件21與固定板11相對平行設(shè)置，第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的第一端均固定在固定板11上，并且第一電磁鐵31和第二電磁鐵32布置在傳感器部件21與固定板11之間，第一電磁鐵31的第二端和第二電磁鐵32的第二端向下設(shè)置，被測懸浮部件51上設(shè)置有第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512,第一磁性懸浮部511的位置與第一電磁鐵31第二端的位置相對應(yīng),第二磁性懸浮部512的位置與第二電磁鐵32第二端的位置相對應(yīng)；傳感器部件21通過測量可以得到第一磁性懸浮部511至傳感器部件21的間隙和第二磁性懸浮部512至傳感器部件21的間隙，得到被測懸浮部件51的懸浮姿態(tài)。
[0028]電磁鐵磁力的大小與勵磁電流的大小直接相關(guān)，在本發(fā)明的磁懸浮實驗裝置中無需對勵磁電流進行測量，而直接利用傳感器部件測量的位置信號作為磁力的反饋信號，避免了電流測量的誤差影響控制結(jié)果。
[0029]被測懸浮部件51優(yōu)選使用圓筒狀結(jié)構(gòu)，第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512分別為鐵磁性材料圓環(huán)，組裝方式可以為多種，例如直接套設(shè)在圓筒外周，直接嵌入圓筒對應(yīng)位置的凹槽中，或者直接作為圓筒的一段。磁性部件一般選用與筒體不同的顏色，這樣還可以作為位置標(biāo)記。
[0030]傳感器部件21中的測量部件可以選用各種間隙傳感器，例如光傳感器、渦流傳感器、激光測距傳感器等。間隙傳感器通過非接觸的方式測量第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512的懸浮高度。
[0031]在本實施例的應(yīng)用環(huán)境下，傳感器部件21中的測量部件優(yōu)選使用渦流傳感器，具體包括第一渦流傳感器和第二渦流傳感器，其中，第一渦流傳感器用于測量第一磁性懸浮部511至第一渦流傳感器的距離并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的第一測量信號，第二渦流傳感器用于測量第二磁性懸浮部512至第二渦流傳感器的距離并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的第二測量信號，以上第一渦流傳感器和第二渦流傳感器可以集中布置于傳感器部件21的外殼內(nèi)，其中，在進行實驗的狀態(tài)下，第一渦流傳感器的探頭的位置和第二渦流傳感器探頭的位置與第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512相對應(yīng)。以上渦流傳感器利用被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的磁通值也發(fā)生變化，磁通值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電信號，最終將機械間隙轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號。根據(jù)兩個渦流傳感器測量的數(shù)據(jù)可以直接計算出被測懸浮部件51的俯仰角度和距離電磁鐵的距離等動作姿態(tài)。而且渦流傳感器的抗干擾能力強，與光傳感器等一般位移傳感器相比，不會受到熱源、光源、射頻輻射的干擾，增加了實驗裝置的可靠性。
[0032]第一電磁鐵31的第一端和第二電磁鐵32的第一端可以米用螺釘?shù)姆绞街苯庸潭ㄔ诠潭ò?1上，在進行實驗時，可以通過改變工作電流的方向保證第一電磁鐵31的磁極性與第二電磁鐵32的磁極性相反，可以有效提高電磁鐵磁通的利用率，提高可承載的被測懸浮部件51的最大重量，為了進一步降低漏磁，第一電磁鐵31的第一端和第二電磁鐵32的第一端在固定板11上通過方鋼連接，方鋼為磁場提供了磁通路，大大降低了漏磁。
[0033]另外，第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512也可以利用鐵磁材料在被測懸浮部件51的內(nèi)部連接起來，同樣可以為磁場提供通路，提高了磁場的利用率，進一步提高效率。
[0034]固定板11可以采用懸掛、支撐架的方式布置在一定高度的位置，第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的第二端垂直向下,傳感器部件21設(shè)置在第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的正下方，傳感器部件21與電磁鐵之間的空間屬于被測懸浮部件51的懸浮實驗空間。在進行實驗時，分別向第一電磁鐵31和第二電磁鐵32提供勵磁電流，傳感器部件21將測量到的位置實測值反饋給控制部件41。
[0035]本實施例還可以設(shè)置有底座箱體61和支架71，這種結(jié)構(gòu)中，磁懸浮實驗裝置的底部還設(shè)置有底座箱體61，底座箱體61上表面設(shè)置有支架71，固定板11通過支架71固定在底座箱體61上方，傳感器部件21設(shè)置在底座箱體61的上表面上，支架71的高度大于電磁鐵的長度、傳感器部件21的高度、被測懸浮部件51直徑三者之和，從而保留了被測懸浮部件51的懸浮空間。底座箱體61的側(cè)面上可以根據(jù)需要設(shè)置各種人機接口和電氣接口。
[0036]以上支架71可以由多根長度一致的支撐管構(gòu)建。圖1中示出的固定板11為四方形，四根支撐管分別支撐固定板11四個邊角的情況，實際上固定板11的形狀可以采用任意形狀，如圓形、三角形、多邊形等，支撐管的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置。
[0037]整個磁懸浮實驗裝置的底部，也就是底座箱體61的底部固定多個輪子，提高設(shè)備的移動性能。
[0038]本發(fā)明實施例提供了一種應(yīng)用于以上介紹的磁懸浮實驗裝置的控制電路，該控制裝置可以設(shè)置在底座箱體61內(nèi)部,與傳感器部件21、第一電磁鐵31、第二電磁鐵32分別電連接，用于接收傳感器部件21轉(zhuǎn)換的測量信號，并將該測量信號作為反饋信號，通過分別調(diào)節(jié)第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的勵磁電流，對第一電磁鐵31和第二電磁鐵32的電磁力進行反饋控制，從而根據(jù)實驗方案，調(diào)節(jié)被測懸浮部件51的懸浮高度和俯仰角度。以上控制電路包括:電路構(gòu)造相同的第一控制板41和第二控制板42，其中第一控制板41用于接收第一渦流傳感器轉(zhuǎn)換的第一測量信號，對第一電磁鐵31的電磁力進行反饋控制，第二控制板42用于接收第二渦流傳感器轉(zhuǎn)換的第二測量信號，對第二電磁鐵32的電磁力進行反饋控制。
[0039]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制框圖，如圖所示，電源模塊43通過直流電源母線44向第一控制板41和第二控制板42分別供電，電源模塊43提供直流電源的方式可以將交流電源進行整流，也可以直接使用直流電源。第一控制板41接收第一磁性懸浮部511的懸浮高度目標(biāo)值和第一渦流傳感器211的第一測量信號，將第一測量信號作為第一磁性懸浮部511懸浮高度的反饋信號進行比例微分控制，改變第一電磁鐵31的勵磁電流，從而使被測懸浮部件51的第一磁性懸浮部511保持目標(biāo)高度，第二控制板42接收第二磁性懸浮部512的懸浮高度目標(biāo)值和第二渦流傳感器212的第二測量信號，將第二測量信號作為第二磁性懸浮部512的懸浮高度的反饋信號進行比例微分控制，改變第二電磁鐵32的勵磁電流，從而使被測懸浮部件51的第二磁性懸浮部512保持目標(biāo)高度。通過對第一磁性懸浮部511和第二磁性懸浮部512兩點的控制，實現(xiàn)對被測懸浮部件51的俯仰角度和懸浮高度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了二維空間內(nèi)的平動和轉(zhuǎn)動控制。
[0040]第一控制板41與第一電磁鐵31連接的電線，以及第二控制板42與第二電磁鐵32連接的電線均從構(gòu)成支架71的支撐管中穿過，使整個實驗裝置更加美觀。
[0041]第一控制板41連接第一渦流傳感器211，向第一電磁鐵31提供勵磁電流，第二控制板42連接第二渦流傳感器211，向第二電磁鐵32提供勵磁電流。由于以上第一控制板41和第二控制板42的電路結(jié)構(gòu)相同，以下以第一控制板41為例介紹以上第一控制板41和第二控制板42的電路結(jié)構(gòu)。
[0042]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中第一控制板的電路結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，第一控制板包括:傳感器接口 411，與傳感器部件21連接，用于接收測量信號；比例微分調(diào)節(jié)電路412，與傳感器接口 411連接，用于將測量信號進行比例微分調(diào)節(jié)；信號調(diào)制電路413，與比例微分調(diào)節(jié)電路412連接，用于將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加和調(diào)制，得到調(diào)制控制信號；驅(qū)動電路414，與信號調(diào)制電路413連接，用于按照調(diào)制控制信號向?qū)?yīng)的電磁鐵輸出勵磁電流。
[0043]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中比例微分調(diào)節(jié)電路的電路原理圖，傳感器接口 21與比例微分調(diào)節(jié)電路412之間還設(shè)置有電壓跟隨器，該電壓跟隨器由運算放大器U7構(gòu)建，進行隔離。比例微分調(diào)節(jié)電路412中比例放大電路由第一運算放大器Ul和反饋電阻R6搭建，比例微分調(diào)節(jié)電路412中微分放大電路由第二運算放大器U2和反饋電容C12搭建，測量信號經(jīng)過比例微分處理后通過電阻R36輸出。與傳統(tǒng)的PID控制相比，去掉了積分控制環(huán)節(jié)，簡化了電路，減低了故障點，經(jīng)過測試，在去掉積分環(huán)節(jié)的情況下，該電路仍可以滿足懸浮控制要求。
[0044]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中信號調(diào)制電路的電路原理圖，第一控制板41設(shè)置有靜態(tài)工作點設(shè)置電路，該靜態(tài)工作點設(shè)置電路由電位器10、電容C7、電阻R47搭建,該靜態(tài)工作點設(shè)置電路用于輸出穩(wěn)定的靜態(tài)工作點電壓信號，靜態(tài)工作點設(shè)置電路的輸出端與比例微分調(diào)節(jié)電路412的輸出端連接，以將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加。
[0045]信號調(diào)制電路413包括:三角波生成電路和PWM調(diào)制電路，PWM調(diào)制電路包括第三放大器U3，第三放大器U3的正向輸入端連接比例微分調(diào)節(jié)電路213的輸出端，第三放大器U3的反向輸入端連接三角波生成電路的輸出端，第三放大器U3的輸出端通過三極管Ql連接驅(qū)動電路。
[0046]第三放大器U3的正向輸入端與比例微分調(diào)節(jié)電路213的輸出端之間連接有第四運算放大器U4，其中，第四運算放大器U4的反向輸入端連接比例微分調(diào)節(jié)電路213的輸出端，第四運算放大器U4的正向輸入端接地，第四運算放大器U4的輸出端連接第三放大器U3的正向輸入端，第四運算放大器U4的輸出端與正向輸入端之間設(shè)置有電阻。
[0047]三角波生成電路由第五運算放大器U5和第六運算放大器U6搭建，其中，第五運算放大器U5的反向輸入端和第六運算放大器U6的正向輸入端均與地連接，第五運算放大器U5的正向輸入端通過第一電阻Rl連接第五運算放大器U5的輸出端,第五運算放大器U5的正向輸入端通過第二電阻R2連接第六運算放大器U6的輸出端，第五運算放大器U5的輸出端通過第三電阻R3連接第六運算放大器U6的反向輸入端，第六運算放大器U6的反向輸入端和第六運算放大器U6的輸出端之間連接有第一電容Cl,第六運算放大器U6的輸出端作為三角波生成電路的輸出電路。
[0048]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的磁懸浮實驗裝置的控制電路中驅(qū)動電路的電路原理圖，驅(qū)動電路414包括:第一光耦器件0P1、第二光耦器件0P2、以及電流放大電路，其中，第一光稱器件OPl的第一輸入端連接正電源,第一光稱器件OPl的第二輸入端與第二光I禹器件0P2的第一輸入端連接，第二光耦器件0P2的第二輸入端通過三極管Ql連接第三放大器U3的輸出端,第一光I禹器件OPl的輸出端輸出第一驅(qū)動信號UG,第二光f禹器件OPl的輸出端第二驅(qū)動信號UE ;電流放大電路,與第一光稱器件OPl的輸出端和第二光稱器件0P2的輸出端分別連接，用于根據(jù)第一驅(qū)動信號UG和第二驅(qū)動信號DG輸出勵磁電流。其中電流放大電路可以使用三極管電流放大電路，在圖中未示出。
[0049]第一控制板41和第二控制板42均由提供正負(fù)極性的直流電源模塊供電。直流電源模塊可以選用交流或直流輸入，輸出正負(fù)15V的直流電源。
[0050]第一控制板41和第二控制板42均布置于磁懸浮實驗裝置的箱體底座61內(nèi)部，分別與磁懸浮實驗裝置的箱體底座61上設(shè)置的各種接口連接，第一控制板41至第一電磁鐵31的電線、第二控制板42至第二電磁鐵32的電線均可以從支撐管中穿過。
[0051]第一磁性懸浮部511的懸浮高度目標(biāo)值和第二磁性懸浮部512的懸浮高度目標(biāo)值可以通過多種模式傳輸給第一控制板41和第二控制板42,例如,手動模式、自動模式、遠(yuǎn)程模式，其中手動模式為利用兩個調(diào)節(jié)旋鈕接收用戶的操作，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)檔位確定兩個懸浮高度的目標(biāo)信號；遠(yuǎn)程模式是通過兩個信號接口分別接收遠(yuǎn)程傳輸?shù)碾娦盘栕鳛槟繕?biāo)信號；自動模式是利用控制板內(nèi)部的默認(rèn)信號作為目標(biāo)信號。
[0052]應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案提供的控制電路，由以上三種模式中的任一種得到懸浮高度的目標(biāo)信號，接收傳感器部件測量的被測懸浮部件兩點的懸浮高度作為反饋信號，進行比例微分反饋控制，向電磁鐵提供勵磁電流，從而分別控制兩個電磁鐵的電磁力，吸引被測懸浮部件，從而使被測懸浮部件克服重力，在空間內(nèi)維持懸浮狀態(tài)。從而不僅可以完成針對被測懸浮部件的升降控制，還可以進行俯仰角度控制，完成多種懸浮姿態(tài)的實驗，懸浮間隙調(diào)節(jié)范圍大，充分滿足了磁懸浮實驗的要求。
[0053]另外，本實施例提供的控制電路分別利用模擬電路搭建獨立的兩塊控制板，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制過程中不需要采集電流信號，并且省去了傳統(tǒng)PID控制中的積分環(huán)節(jié)，減少了可能出現(xiàn)的故障點，可靠性高。
[0054]在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對本說明書的理解。而且上述第一、第二的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些詞語解釋為類似部件的區(qū)分。
[0055]類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本公開并幫助理解各個發(fā)明方面中的一個或多個，在上面對本發(fā)明的示例性實施例的描述中，本發(fā)明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖:即所要求保護的本發(fā)明要求比在每個權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循【具體實施方式】的權(quán)利要求書由此明確地并入該【具體實施方式】，其中每個權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨實施例。
[0056]此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且形成不同的實施例。例如，在下面的權(quán)利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。
[0057]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種磁懸浮實驗裝置的控制電路，該磁懸浮實驗裝置包括:固定板、傳感器部件、柱狀的第一電磁鐵和第二電磁鐵、被測懸浮部件，其中，所述第一電磁鐵和所述第二電磁鐵的第一端均固定在固定板上，所述被測懸浮部件上設(shè)置有第一磁性懸浮部和第二磁性懸浮部，所述第一磁性懸浮部的位置與所述第一電磁鐵第二端的位置相對應(yīng)，所述第二磁性懸浮部的位置與所述第二電磁鐵第二端的位置相對應(yīng)，所述傳感器部件與所述固定板相對平行設(shè)置，用于測量所述第一磁性懸浮部的懸浮高度以及所述第二磁性懸浮部件的懸浮高度，并將所述第一磁性懸浮部的懸浮高度和所述第二磁性懸浮部件的懸浮高度分別轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的測量信號，所述磁懸浮實驗裝置的控制電路包括:電路構(gòu)造相同的第一控制板和第二控制板，所述第一控制板和所述第二控制板分別包括: 傳感器接口，與所述傳感器部件連接，用于接收所述測量信號； 比例微分調(diào)節(jié)電路，與所述傳感器接口連接，用于將所述測量信號進行比例微分調(diào)節(jié); 信號調(diào)制電路，與所述比例微分調(diào)節(jié)電路連接，用于將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加和調(diào)制，得到調(diào)制控制信號； 驅(qū)動電路，與所述信號調(diào)制電路連接，用于按照所述調(diào)制控制信號向?qū)?yīng)的電磁鐵輸出勵磁電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其中，所述傳感器接口與所述比例微分調(diào)節(jié)電路之間還設(shè)置有電壓跟隨器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其中，所述比例微分調(diào)節(jié)電路由第一運算放大器構(gòu)建的比例放大電路和由第二運算放大器構(gòu)建的微分放大電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制電路，其中，所述第一控制板和所述第二控制板分別還包括:靜態(tài)工作點設(shè)置電路，所`述靜態(tài)工作點設(shè)置電路用于輸出穩(wěn)定的靜態(tài)工作點電壓信號，該靜態(tài)工作點設(shè)置電路的輸出端與所述比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端連接，將經(jīng)過比例微分調(diào)節(jié)的測量信號與預(yù)設(shè)的靜態(tài)工作點電壓信號進行疊加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其中，所述信號調(diào)制電路包括:三角波生成電路和PWM調(diào)制電路，所述PWM調(diào)制電路包括第三放大器，所述第三放大器的正向輸入端連接所述比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端，所述第三放大器的反向輸入端連接所述三角波生成電路的輸出端，所述第三放大器的輸出端連接所述驅(qū)動電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制電路，其中，所述第三放大器的正向輸入端與所述比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端之間連接有第四運算放大器，其中，所述第四運算放大器的反向輸入端連接所述比例微分調(diào)節(jié)電路的輸出端，所述第四運算放大器的正向輸入端接地，所述第四運算放大器的輸出端連接所述第三放大器的正向輸入端，所述第四運算放大器的輸出端與所述正向輸入端之間設(shè)置有電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制電路，其中，所述三角波生成電路包括:第五運算放大器和第六運算放大器，所述第五運算放大器的反向輸入端和所述第六運算放大器的正向輸入端均與地連接，所述第五運算放大器的正向輸入端通過第一電阻連接所述第五運算放大器的輸出端，所述第五運算放大器的正向輸入端通過第二電阻連接所述第六運算放大器的輸出端，所述第五運算放大器的輸出端通過第三電阻連接所述第六運算放大器的反向輸入端，所述第六運算放大器的反向輸入端和所述第六運算放大器的輸出端之間連接有第一電容，所述第六運算放大器的輸出端作為所述三角波生成電路的輸出電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的控制電路，其中，所述驅(qū)動電路包括:第一光耦器件、第二光耦器件、以及電流放大電路， 所述第一光耦器件的第一輸入端連接正電源，所述第一光耦器件的第二輸入端與所述第二光耦器件的第一輸入端連接，所述第二光耦器件的第二輸入端連接所述第三放大器的輸出端，所述第一光I禹器件的輸出端輸出第一驅(qū)動信號，所述第二光I禹器件的輸出端第二驅(qū)動信號； 所述電流放大電路，與所述第一光耦器件的輸出端和所述第二光耦器件的輸出端分別連接，用于根據(jù)所述第一驅(qū)動信號和所述第二驅(qū)動信號輸出勵磁電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的控制電路，其中，所述第一控制板和所述第二控制板均布置于所述磁懸浮實驗裝置的箱體底座中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制電路，其中，所述第一控制板與所述第一電磁鐵連接的電線，以及所述第二控制板與所述第二電磁鐵連接的電線均從支撐管中穿過，所述支撐管構(gòu)成的支撐架用于支撐所 述固定板。
【文檔編號】G09B23/18GK103489357SQ201310425899
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】馮玉東, 趙榮華, 駱力, 閆文鳳, 曹承侃 申請人:北京天路時代電氣設(shè)備有限責(zé)任公司