專利名稱：磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到磁懸浮實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備領(lǐng)域，特指一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)是利用磁鐵的同極相斥、異極相吸的性質(zhì)，通過自動(dòng)控制技術(shù)使物體無接觸 地穩(wěn)定懸浮于空中的技術(shù)，磁浮列車是這種技術(shù)的典型代表，為了實(shí)驗(yàn)懸浮控制技術(shù)，現(xiàn)有 的懸浮實(shí)驗(yàn)平臺一般包括電磁鐵、傳感器、控制電路、懸浮球、導(dǎo)磁體、支架、底座，在底 座上設(shè)有支架，支架上部設(shè)有電磁鐵，支架的兩邊設(shè)有間隙傳感器，懸浮球內(nèi)上部設(shè)有導(dǎo)磁 體。其工作原理是接通電源，電磁鐵的線圈就可以產(chǎn)生磁場從而吸引懸浮球?？刂齐娐犯?據(jù)懸浮球的起伏狀態(tài)不斷的調(diào)節(jié)電磁鐵線圈電流的大小，控制電磁鐵對懸浮球的吸引力。當(dāng) 電磁吸引力與懸浮球的重量相等時(shí)，懸浮球就可以懸浮于空中。但是，該裝置是一個(gè)單點(diǎn)懸 浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，無法完成包含多點(diǎn)的模塊化懸浮控制實(shí)驗(yàn)；另外系統(tǒng)是模擬式控制的，不具備
設(shè)計(jì)性能更好的控制算法的條件，也不能夠設(shè)計(jì)更先進(jìn)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、既能夠完成單點(diǎn)懸浮控制、也能夠完成包含多點(diǎn)的 模塊化懸浮控制的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的解決方案為 一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置， 它包括車體、支架、電磁鐵組以及控制系統(tǒng)，所述電磁鐵組裝設(shè)于車體上并位于支架的下方， 電磁鐵組與控制系統(tǒng)相連，其特征在于所述電磁鐵組包括三個(gè)成"品"字形布置的電磁鐵。
所述控制系統(tǒng)包括三個(gè)分別與每個(gè)電磁鐵組對應(yīng)的控制單元，所述控制單元包括懸浮控 制器、間隙傳感器以及電流傳感器，所述間隙傳感器裝設(shè)于電磁鐵與支架之間，懸浮控制器 的輸出端通過斬波器與電磁鐵的控制繞組相連，所述斬波器與電磁鐵之間設(shè)有電流傳感器， 所述間隙傳感器和電流傳感器的輸出端通過信號調(diào)理單元與懸浮控制器的輸入端相連。
所述三個(gè)控制單元通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)相連，所述間隙傳感器和電流傳感器的輸出端通過 信號調(diào)理單元、信號采集發(fā)送單元與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)相連。
所述現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)為CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)就在于本實(shí)用新型磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置具 有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其既能夠完成單點(diǎn)懸浮控制、也能夠完成包含多點(diǎn)的模塊化懸浮控制。本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)是數(shù)字式的，能夠設(shè)計(jì)驗(yàn)證更先進(jìn)的控 制算法。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是開放式的，能夠設(shè)計(jì)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)驗(yàn)。利用該實(shí) 驗(yàn)裝置既可以為經(jīng)典單變量控制理論提供實(shí)驗(yàn)條件，又可以作為多變量控制理論實(shí)驗(yàn)提供實(shí) 驗(yàn)條件。

圖1是本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型中采用單懸浮節(jié)點(diǎn)時(shí)電磁鐵組與控制系統(tǒng)相連的結(jié)構(gòu)示意圖4是本實(shí)用新型中采用網(wǎng)絡(luò)化懸浮節(jié)點(diǎn)時(shí)電磁鐵組與控制系統(tǒng)相連的結(jié)構(gòu)示意圖5是本實(shí)用新型中控制單元的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖例說明
1、車體 2、支架
3、電磁鐵 4、間隙傳感器
5、電流傳感器 6、信號采集發(fā)送單元
7、信號調(diào)理單元 8、懸浮控制器
9、斬波器 10、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖l、圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型中磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置，它包括車體 1、支架2、電磁鐵組以及控制系統(tǒng)，車體l的主體部分位于支架2的上方，車體l的兩側(cè)向 下的延伸部位于支架2的下方，電磁鐵組裝設(shè)于車體1的延伸部上并位于支架2的下方，電 磁鐵組與控制系統(tǒng)相連，電磁鐵組包括三個(gè)成"品"字形布置的電磁鐵3，三個(gè)電磁鐵3處于同 一水平面上。每個(gè)電磁鐵3形成獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以完成一個(gè)單獨(dú)的懸浮實(shí)驗(yàn)，實(shí) 現(xiàn)單節(jié)點(diǎn)懸浮。在同側(cè)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以組成一個(gè)懸浮模塊，可以設(shè)計(jì)基于模塊化懸浮控制 實(shí)驗(yàn)。三個(gè)節(jié)點(diǎn)共同懸浮時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)車體1的整體懸浮，并且采用這種結(jié)構(gòu)三個(gè)節(jié)點(diǎn)對彼 此之間懸浮影響很小，無需機(jī)械解耦，簡化實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)難度，可以模擬磁懸浮列車的懸浮 控制。該控制系統(tǒng)為數(shù)字化控制平臺，采用高速DSP作為處理器，具備設(shè)計(jì)復(fù)雜控制算法的 能力。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)接口，可以設(shè)計(jì)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化懸浮控制系統(tǒng)。
參見圖3，控制系統(tǒng)包括三個(gè)分別與每個(gè)電磁鐵3對應(yīng)的控制單元，每個(gè)控制單元均包 括懸浮控制器8、間隙傳感器4以及電流傳感器5，間隙傳感器4和電流傳感器5用來采集節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，其中間隙傳感器4裝設(shè)于電磁鐵3與支架2之間，懸浮控制器8的輸出端通 過斬波器9與電磁鐵3的控制繞組相連，懸浮控制器8輸出PWM波到斬波器9中，斬波器9 與電磁鐵3相連。斬波器9與電磁鐵3之間設(shè)有電流傳感器5，電流傳感器5用來采集斬波 器9輸出電流的大小，間隙傳感器4和電流傳感器5的輸出端通過信號調(diào)理單元7與懸浮控 制器8的輸入端相連。三個(gè)控制單元通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10相連，間隙傳感器4和電流傳感器 5的輸出端還進(jìn)一步通過信號調(diào)理單元7、信號采集發(fā)送單元6與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10相連。在 本實(shí)施例中，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10為CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)。參見圖5，懸浮控制器8主要的功能 部件為A/D轉(zhuǎn)換器、DSP處理單元、PWM波形產(chǎn)生單元、CAN總線控制器。為了簡化系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，信號采集發(fā)送單元6的結(jié)構(gòu)可以與此完全相同，只是依據(jù)其在網(wǎng)絡(luò)化懸浮控制中功能 的不同而采用不同的名稱。DSP處理單元本身具備CAN總線控制器，為了提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?可靠性，CAN網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過光電隔離后與CAN總線收發(fā)器相連。
本實(shí)用新型的工作原理如下接通電源后，懸浮控制器8根據(jù)實(shí)驗(yàn)車體1的懸浮間隙和 電流狀態(tài)，依據(jù)設(shè)計(jì)的控制算法計(jì)算出一定的控制量后輸入到斬波器9中，經(jīng)斬波器9放大 后控制電磁鐵3中電流的大小。電磁鐵3中流經(jīng)電流后產(chǎn)生磁場，此磁場吸引位于上方的支 架2，當(dāng)吸力的大小與電磁鐵3和車體1的重力相等時(shí)，車體l就可以懸浮在空中。
參見圖4，設(shè)計(jì)某一節(jié)點(diǎn)的基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化懸浮控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)需要兩個(gè)懸浮 控制器8。其中一個(gè)懸浮控制器8完成懸浮實(shí)驗(yàn)車的狀態(tài)采集和發(fā)送，具體是當(dāng)傳感器的輸 出信號經(jīng)過信號調(diào)理后，輸入到另一個(gè)懸浮控制器8中，完成數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波工 作，之后按照CAN總線協(xié)議，把傳感器信息發(fā)送到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10中。相應(yīng)的懸浮控制器 8在接收到傳感器信息后啟動(dòng)計(jì)算，將計(jì)算量以PWM波的形式發(fā)送到斬波器9中，進(jìn)而控制 電磁鐵3的磁力大小。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí) 施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些 改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(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)車教學(xué)演示裝置，它包括車體(1)、支架(2)、電磁鐵組以及控制系統(tǒng)，所述電磁鐵組裝設(shè)于車體(1)上并位于支架(2)的下方，電磁鐵組與控制系統(tǒng)相連，其特征在于所述電磁鐵組包括三個(gè)成“品”字形布置的電磁鐵(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括 三個(gè)分別與每個(gè)電磁鐵(3)對應(yīng)的控制單元，所述控制單元包括懸浮控制器(8)、間隙傳感 器(4)以及電流傳感器(5)，所述間隙傳感器(4)裝設(shè)于電磁鐵(3)與支架(2)之間， 懸浮控制器(8)的輸出端通過斬波器(9)與電磁鐵(3)的控制繞組相連，所述斬波器(9) 與電磁鐵(3)之間設(shè)有電流傳感器(5)，所述間隙傳感器(4)和電流傳感器(5)的輸出端 通過信號調(diào)理單元(7)與懸浮控制器(8)的輸入端相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置，其特征在于所述三個(gè)控制單元 通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(10)互連，所述間隙傳感器(4)和電流傳感器(5)的輸出端通過信號 調(diào)理單元(7)、信號釆集發(fā)送單元(6)與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(10)相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置，其特征在于所述現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò) (10)為CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置，它包括車體、支架、電磁鐵組以及控制系統(tǒng)，所述電磁鐵組裝設(shè)于車體上并位于支架的下方，電磁鐵組與控制系統(tǒng)相連，所述電磁鐵組包括三個(gè)成“品”字形布置的電磁鐵。本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、適用范圍廣，既能夠完成單點(diǎn)懸浮控制，也能夠完成包含多點(diǎn)的模塊化懸浮控制的磁懸浮實(shí)驗(yàn)車教學(xué)演示裝置。
文檔編號G09B23/00GK201352408SQ200920063278
公開日2009年11月25日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者云 李, 竇峰山, 謝云德, 龍志強(qiáng) 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)