一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的電磁彈射器試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用，更具體地說(shuō)，涉及一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的電磁彈射器試驗(yàn)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁彈射器是未來(lái)航空母艦上的一種艦載機(jī)起飛輔助裝置，其發(fā)展趨勢(shì)是必將取代現(xiàn)役航母上的蒸汽彈射器。為此，美國(guó)人在海軍航母電磁彈射器上不惜花費(fèi)了 28年的時(shí)間和32億美金的經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行研發(fā)。電磁彈射器按其原理來(lái)分，一種是感應(yīng)式直線電動(dòng)機(jī)，一種是永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)式直線電機(jī)控制簡(jiǎn)單，效率低，發(fā)熱量大；永磁式直線電機(jī)效率高，發(fā)熱量比感應(yīng)式的小，但控制復(fù)雜。永磁式同步電動(dòng)機(jī)是研宄的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。其中電磁彈射器的核心是大功率的循環(huán)變頻調(diào)速器，其技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，是我們所無(wú)法企及的。而直線電機(jī)不同于圓柱形電機(jī)，圓柱形電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子始終處在電磁有效作用區(qū)域內(nèi)，而對(duì)于短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)的直線電機(jī)，定子和動(dòng)子始終處在電磁有效作用區(qū)域內(nèi)，對(duì)于長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)和初級(jí)次級(jí)等長(zhǎng)的直線電機(jī)，只有定子和動(dòng)子的電磁作用區(qū)有交集時(shí)，才處在有效電磁作用區(qū)內(nèi)，否則，定子線圈將白白消耗電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有上述的不足，提供了一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的電磁彈射器試驗(yàn)臺(tái)，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將集中驅(qū)動(dòng)變分散驅(qū)動(dòng)，為每個(gè)線圈都配置一套獨(dú)立的線圈驅(qū)動(dòng)器，降低了能耗，提高了效率，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)直線加速度運(yùn)動(dòng)。
[0005]2.技術(shù)方案
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0007]本發(fā)明的一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)，包括初級(jí)、次級(jí)、主控制器、測(cè)量模塊和主控制電源，所述的初級(jí)與次級(jí)之間留有氣隙，所述的初級(jí)包括沿著次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向排布的線圈，每個(gè)線圈都配置有一套線圈驅(qū)動(dòng)模塊；所述的線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括H橋驅(qū)動(dòng)模塊、電磁作用區(qū)域傳感器、磁極極性傳感器、可編輯邏輯器件，所述的電磁作用區(qū)域傳感器和磁極極性傳感器分別與可編輯邏輯器件的輸入端相連，可編輯邏輯器件的輸出端通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)模塊與線圈相連，H橋驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)超級(jí)電容模組與快速充電器相連，電磁作用區(qū)域傳感器和磁極極性傳感器的控制開(kāi)關(guān)設(shè)置在次級(jí)上，次級(jí)上的控制開(kāi)關(guān)與每個(gè)線圈對(duì)應(yīng)的電磁作用區(qū)域傳感器和磁極極性傳感器共同作用產(chǎn)生電磁作用區(qū)域信息和磁極極性信息；所述的用于測(cè)量次級(jí)速度及加速度的測(cè)量模塊通過(guò)主控制器與上述的可編輯邏輯器件相連，主控制器在獲得測(cè)量模塊傳來(lái)的速度和加速度信息后，與預(yù)置的速度和加速度信息一起進(jìn)行運(yùn)算后，向可編程邏輯器件發(fā)出PWM信息和次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向信息，可編程邏輯器件通過(guò)處理PWM信息、次級(jí)運(yùn)動(dòng)方向信息、電磁作用區(qū)域信息和磁極極性信息的結(jié)果驅(qū)動(dòng)H橋驅(qū)動(dòng)模塊控制線圈工作；所述的主控制電源分別與可編輯邏輯器件、主控制器、測(cè)量模塊、電磁作用區(qū)域傳感器和磁極極性傳感器相連。
[0008]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量模塊為激光測(cè)距儀。
[0009]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量模塊為速度及加速度測(cè)量傳感器，該速度及加速度測(cè)量傳感器的控制開(kāi)關(guān)設(shè)置在次級(jí)上。
[0010]本發(fā)明的一種電磁彈射器試驗(yàn)臺(tái)，包括工作臺(tái)、主控制器、測(cè)量模塊和主控制電源，所述的工作臺(tái)上設(shè)置有導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌通過(guò)滑塊與動(dòng)子小車(chē)相連，動(dòng)子小車(chē)的前后兩端面上均鑲嵌有磁鐵，該磁鐵的長(zhǎng)度為2a ;所述的動(dòng)子小車(chē)的前后兩側(cè)均設(shè)置有一排沿著動(dòng)子小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向間隔排布的定子線圈，相鄰兩定子線圈之間的中心距為a;上述的定子線圈與磁鐵之間留有氣隙；每個(gè)所述的定子線圈均配置有一套線圈驅(qū)動(dòng)模塊；所述的線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括H橋驅(qū)動(dòng)模塊、可編輯邏輯器件和并排設(shè)置的用于獲取電磁作用區(qū)域信息的光電位置傳感器一、用于獲取磁極極性信息的光電位置傳感器二，光電位置傳感器一和光電位置傳感器二均設(shè)置在相鄰兩定子線圈的中間位置處；所述的光電位置傳感器一、光電位置傳感器二分別與可編輯邏輯器件的輸入端相連，可編輯邏輯器件的輸出端通過(guò)H橋驅(qū)動(dòng)模塊與定子線圈相連，H橋驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)超級(jí)電容模組與快速充電器相連；所述的光電位置傳感器一的控制開(kāi)關(guān)為遮光板一，遮光板一設(shè)置在動(dòng)子小車(chē)的底端面上，遮光板一的長(zhǎng)度與動(dòng)子小車(chē)的長(zhǎng)度一致；所述的光電位置傳感器二的控制開(kāi)關(guān)為遮光板二，遮光板二設(shè)置在動(dòng)子小車(chē)的底端面上，遮光板二的長(zhǎng)度與動(dòng)子小車(chē)的一致，其中遮光板二的中部設(shè)置有缺口，該缺口的長(zhǎng)度為2a ;所述的用于測(cè)量次級(jí)速度及加速度的測(cè)量模塊通過(guò)主控制器與上述的可編輯邏輯器件相連；所述的主控制電源分別與可編輯邏輯器件、主控制器、測(cè)量模塊、電磁作用區(qū)域傳感器和磁極極性傳感器相連。
[0011]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量模塊為激光測(cè)距儀。
[0012]更進(jìn)一步地，所述的測(cè)量模塊為一排沿著動(dòng)子小車(chē)運(yùn)動(dòng)方向排布的光電位置傳感器三，該設(shè)置在相鄰兩定子線圈的中間位置處，且與光電位置傳感器一和光電位置傳感器二并排排布；所述的光電位置傳感器三的控制開(kāi)關(guān)為遮光板三，遮光板三設(shè)置在動(dòng)子小車(chē)的底端面。
[0013]更進(jìn)一步地，每個(gè)所述的定子線圈上均連接有可直觀了解定子線圈是否工作的顯示裝置，該顯示裝置主要由雙色發(fā)光二極管、快恢復(fù)二極管和限流電阻構(gòu)成。
[0014]更進(jìn)一步地，所述的光電位置傳感器二設(shè)置有兩排，并設(shè)置在導(dǎo)軌的兩側(cè)。
[0015]更進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)軌的一端設(shè)置有可以對(duì)動(dòng)子小車(chē)預(yù)加動(dòng)力的預(yù)加動(dòng)力裝置，該導(dǎo)軌的另一端設(shè)置有緩沖剎車(chē)裝置；所述的預(yù)加動(dòng)力裝置包括橫截面形狀為倒置的“U”字形的支架和緩沖剎車(chē)裝置，所述的支架安裝在工作臺(tái)；所述的支架的頂板上安裝有電機(jī)，該電機(jī)的活塞桿穿過(guò)支架的頂板與鎖緊桿的中部固連；所述的鎖緊桿的一端與支架的側(cè)板鉸連接，鎖緊桿的另一端為倒鉤一，該倒鉤一與設(shè)置在動(dòng)子小車(chē)上的倒鉤二相卡合；所述的緩沖剎車(chē)裝置包括氣體彈簧；所述的氣體彈簧的一端與設(shè)置在工作臺(tái)上的安裝座相連，該氣體彈簧的另一端與緩沖滑塊相連。
[0016]更進(jìn)一步地，還包括針對(duì)H橋驅(qū)動(dòng)模塊散熱的冷卻裝置，該冷卻裝置主要由高速禍輪風(fēng)扇和梳狀銷(xiāo)制散熱片構(gòu)成。
[0017]3.有益效果
[0018]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0019](I)本發(fā)明的一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)，其每個(gè)線圈都配置有一套線圈驅(qū)動(dòng)模塊，將集中驅(qū)動(dòng)變分散驅(qū)動(dòng)，降低了直線電機(jī)的控制難度，省去了技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的變頻調(diào)速器，降低了直線電機(jī)的制造成本，便于推廣應(yīng)用；
[0020](2)本發(fā)明的一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)，其電磁作用區(qū)域傳感器和設(shè)于次級(jí)上的控制開(kāi)關(guān)構(gòu)成直線電機(jī)的編碼器，用于控制電磁的作用區(qū)域，定子線圈只有在有效電磁作用區(qū)域內(nèi)通電工作，降低能耗；
[0021 ] (3)本發(fā)明的一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)，其磁極極性傳感器和設(shè)于次級(jí)上的控制開(kāi)關(guān)構(gòu)成直線電機(jī)的編碼器，用于控制定子線圈電流的方向；
[0022](4)本發(fā)明的一種直線電機(jī)控制系統(tǒng)，其用于測(cè)量次級(jí)速度及加速度的測(cè)量模塊通過(guò)主控制器與上述的可編輯邏輯器件相連，主控制