專利名稱：懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置及浮體浮距控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置及浮體浮距控制裝置。
背景技術(shù)：
圖1示出一種下懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括上部帶有懸浮磁鐵的磁懸浮體(簡稱浮體)4、浮距調(diào)節(jié)電磁線圈3及導(dǎo)磁鐵芯2等部件。所述浮體4受力為自身總重量P、浮體4 上部永磁材料對導(dǎo)磁鐵芯2的磁吸力F。當(dāng)受力平衡即P = F時，浮體4實現(xiàn)磁懸浮，此時浮體4與導(dǎo)磁鐵芯2之間的磁懸浮距離(簡稱浮距)D唯一，該磁懸浮距離D可由霍爾元件 1測得。實際上，在應(yīng)用過程中用戶不可能在懸浮產(chǎn)品之前精確地稱量出被懸浮物的準(zhǔn)確重量P。即使下懸浮系統(tǒng)設(shè)置有P參數(shù)輸入部件，在實際設(shè)置P參數(shù)時也只能憑操作者經(jīng)驗來估計。在下磁懸浮系統(tǒng)對P值設(shè)置的容差范圍內(nèi)，雖然系統(tǒng)也能將物品懸浮，但浮距D不在最佳值，由此導(dǎo)致磁浮的穩(wěn)定性裕量降低，磁懸浮系統(tǒng)的能耗大幅升高。因此，有必要在磁懸浮建立之后指示出浮距D是否偏離最佳值，然后由客戶微調(diào)P 值輸入值，或由閉環(huán)控制系統(tǒng)自動修正浮距的調(diào)整參數(shù)，最終使浮距D在人工干預(yù)或閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下停留在最佳位置。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置及浮體浮距控制裝置，有助于使浮體浮距保持在最佳位置。為解決以上技術(shù)問題，本實用新型提供的技術(shù)方案是，一種懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，依次包括一功率檢測單元及一比較單元，其中所述功率檢測單元的輸入端接入浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈，用于檢測電磁線圈的當(dāng)前功率值；所述比較單元的輸入端接入所述功率檢測單元的輸出端，用于將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果人工或自動調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值參數(shù)。較優(yōu)地，所述功率檢測單元為一電磁線圈電壓和/或電流檢測電路，根據(jù)檢測的電磁線圈電壓和/或電流獲得電磁線圈的當(dāng)前功率值。較優(yōu)地，所述功率檢測單元包括一濾波電路，用于對檢測的電磁線圈電壓和/或電流進(jìn)行濾波。較優(yōu)地，所述濾波電路為RC濾波電路。較優(yōu)地，所述比較單元包括一運算放大器，所述運算放大器的一輸入端接入所述功率檢測單元的輸出端，另一輸入端接入一可調(diào)電路的輸出端，所述可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳值。較優(yōu)地，所述比較單元包括第一運算放大器和第二運算放大器，所述第一運算放大器的一輸入端和所述第二運算放大器的一輸入端共同接入所述功率檢測單元的輸出端， 所述第一運算放大器的另一輸入端接入第一可調(diào)電路的輸出端，所述第二運算放大器的另一輸入端接入第二可調(diào)電路的輸出端，所述第一可調(diào)電路和所述第二可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳范圍。較優(yōu)地，包括一提示單元，所述提示單元接入所述比較單元的輸出端，根據(jù)浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的指示信號。較優(yōu)地，所述提示單元包括多個發(fā)光二極管，顯示時分別表征相應(yīng)的浮體浮距狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，本實用新型提供一種懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置，包括一浮距檢測模塊，用于檢測并輸出浮體的懸浮磁鐵相對于導(dǎo)磁鐵芯的當(dāng)前浮距信號；一控制器，根據(jù)當(dāng)前浮距信號計算并輸出浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈的驅(qū)動信號，以通過導(dǎo)磁鐵芯產(chǎn)生作用于浮體的電磁力；一功率檢測單元，接入所述電磁線圈，用于檢測所述電磁線圈的當(dāng)前功率值，通過所述控制器將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，并根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果指示調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值。較優(yōu)地，所述控制器包括A/D端口、PWM運算單元及PWM驅(qū)動單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在磁懸浮建立之后可指示出浮距D是否偏離最佳值，然后由客戶微調(diào)P值輸入值，或由閉環(huán)控制系統(tǒng)自動修正浮距的調(diào)整參數(shù)，最終使浮距 D在人工干預(yù)或閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下停留在最佳位置。這樣可提高磁浮系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，降低磁懸浮系統(tǒng)的能耗。

圖1是一種下懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置一較優(yōu)實施例的組成框圖；圖3為圖2所示懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置的一實現(xiàn)電路；圖4是本實用新型懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置的組成框圖。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，先對磁懸系系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析。對下懸浮系統(tǒng)而言，如果電磁線圈能夠提供推力或拉力來控制浮距D，那么最佳浮距必然在電磁線圈出力最小或接近零功耗的位置，在該位置電磁線圈能輸出最大的推力F 或拉力F來維持浮距不因擾動力的干擾而變化。對電磁線圈只能提供單向拉力的下懸浮系統(tǒng)而言，其最佳浮距一般可以設(shè)置在電磁線圈輸入功率約50%的位置。若浮體發(fā)生下移，則電磁線圈可輸入全功率，使浮體獲得相當(dāng)于電磁線圈最大拉力F的二分之一的向上拉力，從而阻止浮體下移；反之，則電磁線圈最大可全關(guān)閉，使浮體獲得相當(dāng)于電磁線圈最大拉力的二分之一的向下推力，從而阻止浮體上移。[0027]根據(jù)上述分析可得出如下結(jié)論當(dāng)下懸浮系統(tǒng)的浮體懸浮建立之后，最佳浮距的檢測及指示可以歸結(jié)為電磁線圈控制功率的檢測或指示。由于磁懸浮系統(tǒng)通常采用直流低壓穩(wěn)壓電源供電，因此對線圈控制功率的檢測指示可以簡化為對線圈電流的檢測指示。同理，對于依靠兩同極性磁鐵排斥力而建立磁懸浮的上懸浮系統(tǒng)，下懸浮系統(tǒng)最佳浮距的概念就轉(zhuǎn)換為X軸、Y軸上懸浮磁鐵的最佳圓心概念。在最佳圓心位置上，懸浮磁鐵在X、Y兩軸座標(biāo)上的徑向逃逸力最小，維持懸浮磁鐵懸浮而不逃逸的電磁線圈在X、Y兩軸電磁線圈的驅(qū)動功率也是最少的。參見圖2，為本實用新型懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置一較優(yōu)實施例的組成框圖。該浮體最佳浮距檢測裝置依次包括一功率檢測單5及一比較單元6，其中功率檢測單元5，的輸入端接入浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈3，用于檢測電磁線圈的當(dāng)前功率值；比較單元6的輸入端接入功率檢測單元5的輸出端，用于將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果人工或自動調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值參數(shù)。此外，優(yōu)選地設(shè)置提示單元7，它接入比較單元6的輸出端，根據(jù)浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的指示信號，收到相應(yīng)的指示信號時，就可以相應(yīng)地通過人工調(diào)整P值(或經(jīng)轉(zhuǎn)換后的D值)，及通過閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整其它控制參數(shù)。所述功率檢測單元5為一電磁線圈電壓和/或電流檢測電路，根據(jù)檢測的電磁線圈電壓和/或電流獲得電磁線圈的當(dāng)前功率值。而由于懸浮系統(tǒng)通常采用直流低壓穩(wěn)壓電源供電，因而僅需電磁線圈的電流即可。參見圖3，為懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置的一實現(xiàn)電路實施例。其中功率檢測單元5包括由一濾波電路，具體為由電阻Rl、電容Cl構(gòu)成的RC濾波電路，用于對檢測的電磁線圈電壓和/或電流進(jìn)行濾波。比較單元6包括雙限運算放大器，可以檢測出電磁線圈的電流(功率)是否處于設(shè)定(最佳)區(qū)間。具體包括第一運算放大器Al和第二運算放大器A2，其中第一運算放大器Al的一輸入端和第二運算放大器A2的一輸入端共同接入功率檢測單元5的輸出端； 第一運算放大器Al的另一輸入端接入由電阻R2、R3及可調(diào)電阻RW-H構(gòu)成的第一可調(diào)電路的輸出端，第二運算放大器A2的另一輸入端接入R4、R5及可調(diào)電阻RW-L構(gòu)成的第二可調(diào)電路的輸出端；第一可調(diào)電路和第二可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳范圍， 移動RW-H、Rff-L的滑頭位置即可調(diào)整浮距驅(qū)動功率的最佳值范圍。提示單元7包括多個發(fā)光二極管，顯示時分別表征相應(yīng)的浮體浮距狀態(tài)，其中發(fā)光二極管LED-H通過電阻R6接入第一運算放大器Al的輸出端，當(dāng)電磁線圈的功率超出預(yù)設(shè)最佳值上限時發(fā)光；發(fā)光二極管LED-L通過電阻R7接入第二運算放大器A2的輸出端，當(dāng)電磁線圈的功率超出預(yù)設(shè)最佳值下限時發(fā)光；發(fā)光二極管LED-M通過電阻R8接入第一運算放大器Al的輸出端和第二運算放大器A2的輸出端之間，當(dāng)電磁線圈的功率處于預(yù)設(shè)最佳值區(qū)間時發(fā)光。這樣，根據(jù)這些二極管的顯示指示，用戶便可通過微調(diào)P值設(shè)置的旋鈕，使電磁線圈的電流(表征浮距)處于最佳值。以下對圖3所示電路的工作原理及工作過程簡要進(jìn)行描述。電路輸入端與磁懸浮驅(qū)動電磁線圈的一端連接，以得到驅(qū)動方波的幅值及占空比信息。當(dāng)整體電路采用穩(wěn)壓電源供電時，驅(qū)動方波脈沖(PWM信號)的占空比就代表了電壓/電流的大小，從而也代表了功率。該驅(qū)動方波脈沖經(jīng)RC濾波后的電壓值VC與驅(qū)動電磁線圈的功率成正比。電阻RW-H、Rff-L分別用于給定最佳懸浮驅(qū)動功率(即最佳浮距)的上限PW-H及下限PW-L。Al、A2兩只運算放大器組成典型的窗口運算放大器當(dāng)實際驅(qū)動功率低于設(shè)定的最佳功率下限時，LED-L亮燈指示；高于最佳功率設(shè)定上限時，LED-H亮燈指示；當(dāng)實際驅(qū)動功率合適(最佳)，即D值最佳時LED-M亮燈指示。由此，根據(jù)LED燈的指示用戶可以微調(diào)給定的P值，最終使實際驅(qū)動功率(浮距D)處于最佳狀態(tài)。此外，比較單元6也可僅為單限運算放大器，其一輸入端接入功率檢測單元5的輸出端，另一輸入端接入一可調(diào)電路的輸出端該可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳值，由此可以檢測出電磁線圈的電流(功率)是否處于較小(最佳)，實現(xiàn)最佳浮距指示。圖3是只能提供單向拉力的懸浮系統(tǒng)中，用于指示浮體浮距是否最佳的電路案例。當(dāng)然，這一電路也可推廣到可提供雙向拉力/推力的懸浮系統(tǒng)之中，且既可適應(yīng)于下懸浮系統(tǒng)，也可適應(yīng)于上懸浮系統(tǒng)。在此不再贅述。在最佳功率(浮距)的檢測及指示的問題解決之后，可以將最佳功率(浮距)作為閉環(huán)系統(tǒng)的給定值，在浮體懸浮狀態(tài)建立之后，由閉環(huán)的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)最佳功率 (浮距)的自動控制，簡述如下參見圖4，為本實用新型懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置的組成框圖。該控制裝置包括一浮距檢測模塊8，用于檢測并輸出浮體的懸浮磁鐵9相對于導(dǎo)磁鐵芯的當(dāng)前浮距信號；一控制器10，用于根據(jù)當(dāng)前浮距信號計算并輸出浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈的驅(qū)動信號，以通過導(dǎo)磁鐵芯產(chǎn)生作用于浮體的電磁力；一功率檢測單元5，接入電磁線圈3，用于檢測所述電磁線圈的當(dāng)前功率值，通過控制器10將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果；根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，可指示調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值D，具體是通過設(shè)定P值并經(jīng)轉(zhuǎn)換之后得到。該控制裝置包括兩路通信信號，一路是建立磁懸浮時的通信信號，另一路是磁懸浮穩(wěn)定后的通信信號。而控制器10可由運算放大器等電子元器件來實現(xiàn)，也可由包括A/D端口(圖未示出)、PWM運算單元101及PWM驅(qū)動單元102的單片機(jī)系統(tǒng)及軟件模塊實現(xiàn)。其中，為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，需更給控制器10給定P值(或經(jīng)轉(zhuǎn)換后的D值)以及最佳功率值。以上實施例，在磁懸浮建立之后可指示出浮距D是否偏離最佳值，然后由客戶微調(diào)P值輸入值，或由閉環(huán)控制系統(tǒng)自動修正浮距的調(diào)整參數(shù)，最終使浮距D在人工干預(yù)或閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用下停留在最佳位置。這樣，可提高磁浮系統(tǒng)的的穩(wěn)定裕量，降低磁懸浮系統(tǒng)的能耗。以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干
6改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，包括一功率檢測單元及一比較單元，其中所述功率檢測單元的輸入端接入浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈，用于檢測電磁線圈的當(dāng)前功率值；所述比較單元的輸入端接入所述功率檢測單元的輸出端，用于將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果人工或自動調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述功率檢測單元為一電磁線圈電壓和/或電流檢測電路，根據(jù)檢測的電磁線圈電壓和/或電流獲得電磁線圈的當(dāng)前功率值。
3.如權(quán)利要求2所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述功率檢測單元包括一濾波電路，用于對檢測的電磁線圈電壓和/或電流進(jìn)行濾波。
4.如權(quán)利要求3所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述濾波電路為RC濾波電路。
5.如權(quán)利要求1所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述比較單元包括一運算放大器，所述運算放大器的一輸入端接入所述功率檢測單元的輸出端，另一輸入端接入一可調(diào)電路的輸出端，所述可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳值。
6.如權(quán)利要求1所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述比較單元包括第一運算放大器和第二運算放大器，所述第一運算放大器的一輸入端和所述第二運算放大器的一輸入端共同接入所述功率檢測單元的輸出端，所述第一運算放大器的另一輸入端接入第一可調(diào)電路的輸出端，所述第二運算放大器的另一輸入端接入第二可調(diào)電路的輸出端，所述第一可調(diào)電路和所述第二可調(diào)電路的輸出參數(shù)表征浮距驅(qū)動功率的最佳范圍。
7.如權(quán)利要求1 6任一項所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，包括一提示單元，所述提示單元接入所述比較單元的輸出端，根據(jù)浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的指示信號。
8.如權(quán)利要求7所述的懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，其特征在于，所述提示單元包括多個發(fā)光二極管，顯示時分別表征相應(yīng)的浮體浮距狀態(tài)。
9.一種懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置，其特征在于，包括一浮距檢測模塊，用于檢測并輸出浮體的懸浮磁鐵相對于導(dǎo)磁鐵芯的當(dāng)前浮距信號；一控制器，根據(jù)當(dāng)前浮距信號計算并輸出浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈的驅(qū)動信號，以通過導(dǎo)磁鐵芯產(chǎn)生作用于浮體的電磁力；一功率檢測單元，接入所述電磁線圈，用于檢測所述電磁線圈的當(dāng)前功率值，通過所述控制器將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，并根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果指示調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值。
10.如權(quán)利要求9所述的懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置，其特征在于，所述控制器包括 A/D端口、PWM運算單元及PWM驅(qū)動單元。
專利摘要本實用新型公開一種懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置及浮體浮距控制裝置。該懸浮系統(tǒng)的浮體最佳浮距檢測裝置，包括一功率檢測單元及一比較單元，其中所述功率檢測單元的輸入端接入浮體浮距調(diào)節(jié)電磁線圈，用于檢測電磁線圈的當(dāng)前功率值；所述比較單元的輸入端接入所述功率檢測單元的輸出端，用于將電磁線圈的當(dāng)前功率值與預(yù)設(shè)的最佳浮距驅(qū)動功率比較，獲得浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果，根據(jù)該浮體浮距狀態(tài)判斷結(jié)果人工或自動調(diào)整預(yù)設(shè)的浮距目標(biāo)值參數(shù)。該懸浮系統(tǒng)的浮體浮距控制裝置包括浮距檢測模塊、控制器及功率檢測單元，可以使浮體浮距保持在最佳位置，從而提高磁浮系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，降低磁懸浮系統(tǒng)的能耗。
文檔編號G01R21/08GK202145127SQ20112012798
公開日2012年2月15日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者朱石雄 申請人:朱石雄