單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，該系統包括實驗臺主支撐板、伺服電機、X-Y平臺、盤狀永磁鐵、導磁體、大鐵球、電渦流傳感器、伺服單元和小鐵球；本實用新型在結構設計方面采用導磁體提供懸浮力，導磁體通過X-Y平臺固定在實驗臺主支撐板上，實現盤狀永磁鐵的不受力和對懸浮力的變化不敏感，當鐵球處于平衡位置時，可以實現零功率輸入，達到節約能源的目的；控制過程方面，在Matlab/Simulink軟件中生成仿真模型和代碼，傳送至dSPACE半實物仿真系統，dSPACE半實物仿真系統在這里擔任主控制器的作用，并將采集的數據傳送至工程PC，用戶通過顯示軟件修改控制器參數。實現快速修改算法，極大地提高多種控制算法的驗證速度。
【專利說明】單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，屬于機電一體化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，在傳統的永磁懸浮系統中，懸浮力大多數都由永磁鐵直接提供，這為永磁鐵的固定和控制機構的設計帶來了很大的困難，并且這些裝置對能源的消耗也很大。此外，在自動化控制方面，控制算法的驗證一般經歷編程、下載到控制器的過程。當對多種控制算法進行驗證時，軟件人員的工作量非常大，容易因為軟件編程的差異而影響控制器硬件性能的發揮，從而導致對不同控制算法的實際性能做出錯誤的判斷。而目前還沒有一種對不同控制算法的實際性能做出準確的判斷的裝置。
【發明內容】
[0003]發明目的:本實用新型提供了一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其目的是解決以往的裝置設計困難、能源消耗大及不同控制算法的實際性能做出錯誤的判斷的問題。
[0004]技術方案:本實用新型是通過以下技術方案來實現的:
[0005]一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其特征在于:該系統包括實驗臺主支撐板、伺服電機、X-Y平臺、盤狀永磁鐵、導磁體、大鐵球、電潤流傳感器、伺服單元和小鐵球；盤狀永磁鐵設置在實驗臺主支撐板的上部，盤狀永磁鐵通過聯軸器與伺服電機連接，盤狀永磁鐵的兩側各設置一個導磁體，導磁體通過各自的連接部件設置在各自的X-Y平臺上，X-Y平臺為能橫向和縱向調整的結構；大鐵球和小鐵球分設于兩個盤狀永磁鐵的下方，大鐵球和小鐵球均通過各自的滑塊設置在各自的滑動導軌上使得大鐵球和小鐵球均能在滑動導軌上做上下移動；大鐵球和小鐵球的下方個設置一個電渦流傳感器，電渦流傳感器通過支撐部件設置在傳感器滑動導軌上，傳感器滑動導軌設置在傳感器支撐機構上；電渦流傳感器的下方設置有螺旋測微頭，螺旋測微頭通過螺旋測微頭夾持機構設置在傳感器支撐機構上；伺服電機連接至伺服單元。
[0006]滑塊的頂端和底端均有限位裝置，大鐵球和小鐵球為兩個只有一個自由度的鐵球。
[0007]使用時伺服單元和電渦流傳感器連接至dSPACE半實物仿真系統，dSPACE半實物仿真系統連接至PC機。
[0008]優點及效果:
[0009]本實用新型提供一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其涉及的單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統其結構與傳統的永磁懸浮結構不同，可以實現機構再設計的簡單化、對能源的節約和多種控制算法的驗證。
[0010]本實用新型在結構設計方面采用導磁體提供懸浮力，導磁體通過X-Y平臺固定在實驗臺主支撐板上，實現盤狀永磁鐵的不受力和對懸浮力的變化不敏感，當鐵球處于平衡位置時，可以實現零功率輸入，達到節約能源的目的；控制過程方面，在Matlab/Simulink軟件中生成仿真模型和代碼，傳送至dSPACE半實物仿真系統，dSPACE半實物仿真系統在這里擔任主控制器的作用，并將采集的數據傳送至工程PC，用戶通過顯示軟件修改控制器參數。實現快速修改算法，極大地提高多種控制算法的驗證速度。
[0011]【專利附圖】
【附圖說明】:
[0012]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0013]【具體實施方式】:下面結合附圖對本實用新型做進一步的描述:
[0014]如圖1所示，本實用新型提供一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，該系統包括實驗臺主支撐板2、伺服電機3、X-Y平臺4、盤狀永磁鐵6、導磁體7、大鐵球9、電渦流傳感器11、伺服單元19和小鐵球20 ;盤狀永磁鐵6設置在實驗臺主支撐板2的上部，盤狀永磁鐵6通過聯軸器I與伺服電機3連接，盤狀永磁鐵6的兩側各設置一個導磁體7，導磁體7通過各自的連接部件5設置在各自的X-Y平臺4上，X-Y平臺4為能橫向和縱向調整的結構；大鐵球9和小鐵球20分設于兩個盤狀永磁鐵6的下方，大鐵球9和小鐵球20均通過各自的滑塊8設置在各自的滑動導軌10上使得大鐵球9和小鐵球20均能在滑動導軌10上做上下移動；大鐵球9和小鐵球20的下方個設置一個電渦流傳感器11，電渦流傳感器11通過支撐部件12設置在傳感器滑動導軌13上，傳感器滑動導軌13設置在傳感器支撐機構17上；電渦流傳感器11的下方設置有螺旋測微頭15，螺旋測微頭通過螺旋測微頭夾持機構14設置在傳感器支撐機構17上；伺服電機3連接至伺服單元19。
[0015]電渦流位移傳感器，用于監測兩懸浮鐵球的位置并將其反饋給dSPACE半實物仿真系統；此外，其位置位于兩鐵球的正下方，目的是減小由于電渦流傳感器的靈敏度降低而造成的不利影響。本實用新型的實驗臺支撐部件為其他元件提供位置固定和支撐。伺服單元通過螺栓聯接固定在實驗臺主支撐板上，接收來自于dSPACE半實物仿真系統的控制信號，生成模擬信號控制量，通過速度方式控制伺服電機的旋轉，驅動盤狀永磁鐵，達到控制導磁體懸浮力的目的。
[0016]滑塊8的頂端和底端均有限位裝置，大鐵球9和小鐵球20為兩個只有一個自由度的鐵球。
[0017]伺服電機通過聯軸器與盤狀永磁鐵相聯接，實現對盤狀永磁鐵的位置固定和運動傳遞；導磁體通過X-Y平臺與實驗臺主支撐板相聯接，固定在盤狀永磁鐵兩側，導磁體提供全部的懸浮力，使盤狀永磁鐵不受力，盤狀永磁鐵對懸浮力的變化不敏感，通過調節X-Y平臺上的旋鈕，可調整導磁體在水平和豎直兩方向的位置，改變盤狀永磁鐵與導磁鐵之間的氣隙大小，實現在其他條件不變的情況下導磁體懸浮力的調整；鐵球通過滑塊與實驗臺相連接，滑塊頂端和底端均設有限位裝置，可以防止鐵球損壞傳感器，由于兩鐵球只有一個自由度，可消除兩鐵球之間相互吸引力對控制系統的影響，減小實驗的不確定因素；電渦流位移傳感器固定在一個“C”形的支撐架上，兩傳感器分別位于兩鐵球的正下方，其目的是減小由于電渦流位移傳感器的靈敏度降低而造成的不利影響，其通過滑塊與傳感器主支撐架相連接，實現對傳感器自由度的限制，使其只在一個自由度方向上運動，通過旋轉螺旋測微頭，可調節其在豎直方向的位置，實現對傳感器的位置補償；伺服單元通過螺栓連接固定在實驗臺主支撐板上，接收來自于dSPACE半實物仿真系統的控制信號，生成模擬信號控制量，通過速度方式控制伺服電機的旋轉，驅動盤狀永磁鐵，實現控制導磁體懸浮力的變化；實驗主支撐板為所有配套原件提供了支撐和位置固定；PC機與dSPACE半實物仿真系統相連接；傳感器與dSPACE半實物仿真系統相連接；
[0018]本實用新型使用時才涉及到的dSPACE半實物仿真系統，充當控制器的作用，進行程序下載、數據采集和傳送。
[0019]本例中，使用時，伺服單元19和電渦流傳感器11連接至dSPACE半實物仿真系統，dSPACE半實物仿真系統連接至PC機，用戶在PC機Matlab/Simulink軟件中將通過不同控制算法設計的控制器生成仿真模型，在dSPACE半實物仿真系統模塊的支持下自動完成模型代碼的生成、編譯、鏈接、下載，dSPACE半實物仿真系統實時硬件模塊負責與外部設備連接，交互控制信息與反饋信息，其發出的控制信號，經過伺服單元處理，發送到伺服電機，驅動伺服電機的旋轉，改變通過兩鐵球的有效磁通量，使兩鐵球所受到的吸引力發生變化，進而使位置發生變化。之后，電渦流傳感器將兩鐵球的位移信號反饋到dSPACE半實物仿真系統中，dSPACE半實物仿真系統經過運算將反饋位移信號進行處理，發送給伺服單元，伺服單元經過數據處理，再次驅動伺服電機旋轉，改變通過兩鐵球的有效磁通量，改變兩鐵球的位置，直到兩鐵球穩定懸浮為止。在此過程中，用戶通過由dSPACE半實物仿真系統提供的測試和監控模塊對硬件進行圖形化管理，通過修改控制器參數，從而達到單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統的穩定運行和控制算法驗證控的目的。
【權利要求】
1.一種單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其特征在于:該系統包括實驗臺主支撐板(2)、伺服電機(3)、X-Y平臺(4)、盤狀永磁鐵(6)、導磁體(7)、大鐵球(9)、電渦流傳感器(11)、伺服單元(19)和小鐵球(20);盤狀永磁鐵(6)設置在實驗臺主支撐板(2)的上部，盤狀永磁鐵(6 )通過聯軸器(I)與伺服電機(3 )連接，盤狀永磁鐵(6 )的兩側各設置一個導磁體(7)，導磁體(7)通過各自的連接部件(5)設置在各自的X-Y平臺(4)上，X-Y平臺(4)為能橫向和縱向調整的結構；大鐵球(9)和小鐵球(20)分設于兩個盤狀永磁鐵(6)的下方，大鐵球(9)和小鐵球(20)均通過各自的滑塊(8)設置在各自的滑動導軌(10)上使得大鐵球(9)和小鐵球(20)均能在滑動導軌(10)上做上下移動；大鐵球(9)和小鐵球(20)的下方個設置一個電渦流傳感器(11)，電渦流傳感器(11)通過支撐部件(12)設置在傳感器滑動導軌(13)上，傳感器滑動導軌(13)設置在傳感器支撐機構(17)上；電渦流傳感器(11)的下方設置有螺旋測微頭(15)，螺旋測微頭通過螺旋測微頭夾持機構(14)設置在傳感器支撐機構(17 )上；伺服電機(3 )連接至伺服單元(19 )。
2.根據權利要求1所述的單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其特征在于:滑塊(8)的頂端和底端均有限位裝置，大鐵球(9)和小鐵球(20)為兩個只有一個自由度的鐵球。
3.根據權利要求1所述的單輸入雙輸出節能型永磁懸浮控制系統，其特征在于:使用時伺服單元(19)和電渦流傳感器(11)連接至dSPACE半實物仿真系統，dSPACE半實物仿真系統連接至PC機。
【文檔編號】H02N15/00GK204068768SQ201420535736
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】孫鳳, 夏鵬澎, 孫興偉, 金俊杰, 石建宇 申請人:沈陽工業大學