一种磁悬浮系统自悬浮装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁悬浮系统自悬浮装置及其控制方法，其特征包括：悬浮实验架，电磁铁，光源，硅光电池传感器，一对位置传感器，钢球、控制箱；钢球放于底板上，当控制箱上电时，钢球可以向上运动。在向上运动的过程中，设置位置传感器，在到达指定位置时传感器传给控制箱信号，之后调节电磁铁电流，使钢球进入光电传感器测量区域，之后通过先进控制方法进行稳定性控制，实现钢球悬浮。本发明专利技术能实现钢球的自动悬浮，从而能简化操作流程，节约操作人员，方便调试、方便设置保护装置增加整体的安全系数。

Self suspension device of magnetic suspension system and control method thereof

The invention discloses a magnetic suspension system suspension device and its control method, which comprises the following: experiment of suspension frame, electromagnet, light source, silicon photocell sensor, a position sensor, control box, steel ball; the steel ball is placed in the bottom, when the control box is powered on, the steel ball can move upward. In the process of upward movement, position sensors, arrived at the designated location in the sensor to control signal box, after adjusting the electromagnet current, so the steel ball into the photoelectric sensor measurement area, stability control through the implementation of advanced control method, ball suspension. The invention can realize automatic suspension of steel balls, thereby simplifying operation flow, saving operation personnel, convenient debugging, convenient installation of protective devices, and increasing integral safety factor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术自动控制
，具体的说是一种磁悬浮系统自悬浮装置及其控制方法。
技术介绍
由于在高速条件下，摩擦力所产生的能量消耗十分巨大。在这种前提下，国家对磁悬浮技术的大力发展，通过磁力，使两个设备不接触，从而大大减少接触摩擦力。磁悬浮球实验作为磁悬浮研究的入门技术而逐步进入高校的实验室中，通过磁悬浮实验装置，使得学生对一类非线型本质不稳定的系统有深入认识和研究，在高校工程类系列实验中占有重要地位。可配合控制类、信息类专业的相关理论课程开展系列实验项目的实验和研究。由于实验内容新颖、实验结果直观有效，激发了学生学习的兴趣及研究热情。同时，在各种的大型博物馆，也逐步考虑磁悬浮装置，通过生动的实验，使孩子们激发对这项技术的热情。在这种条件下，市面上的磁悬浮装置多采用工业摄像机来定位的方式，其占地面积大、调试不变、处理器要求高、操作复杂，同时必须由两名操作员进行操作，一名操作员将钢球放置在指定位置，另一名操作员进行调试。对于科研人员来说，其参数不可见，操作繁琐，成本高通用性不强，调试困难。置于展馆来说，无法做很好的保护装置，存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术为解决上述现有技术中存在的不足之处，提出一种自动悬浮的磁悬浮装置及其控制方法，以期能实现钢球的自动悬浮，从而能简化操作流程，节约操作人员，方便调试、方便设置保护装置增加整体的安全系数。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术一种磁悬浮自悬浮装置的特点包括：悬浮实验架，电磁铁，光源，硅光电池传感器，一对位置传感器，钢球、控制箱；所述悬浮实验架是由底板、顶板和四个立柱构成；在所述顶板下表面的中间位置处设置有所述电磁铁；在所述顶板的两侧分别设置有所述光源和所述硅光电池传感器；在处于任意对角线的一对立柱上设置有所述一对位置传感器；在所述底板中心的凹槽内设置有所述钢球；所述控制箱通过信号线与所述电磁铁、一对位置传感器、光源和所述硅光电池传感器相连，并为所述光源提供电源。本专利技术一种利用所述的磁悬浮自悬浮装置的控制方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、所述控制箱上电，并为所述电磁铁提供恒定的大电流，使得所述钢球从底板上向所述顶部作加速的吸附上升运动；步骤2、当所述钢球经过所述一对位置传感器的采取区时，所述一对位置传感器采集所述钢球的第一位置信号并提供给所述控制箱；步骤3、所述控制箱根据所接收的第一位置信号，将所述电磁铁的电流大小调节到所设定的阈值，使得所述钢球作减速的吸附上升运动；步骤4、若所述钢球达到所述光源和所述硅光电池传感器之间的感应区内时，执行步骤；若所述控制箱利用所述一对位置传感器采集到所述钢球的第二位置信号时，所述控制箱重新上电；步骤5、所述控制箱利用所述硅光电池传感器获取被所述钢球部分遮盖的光源的光强信号，并利用模糊算法控制所述电磁铁的电流大小，使得所述钢球最终悬浮在所述感应区内；步骤6、当所述控制箱切断所述电磁铁的电流时，所述钢球自动下落至所述底板的凹槽中。本专利技术所述的磁悬浮自悬浮装置的控制方法的特点也在于：当所述钢球悬浮在所述感应区内时，还能通过PID算法控制所述电磁铁的电流大小，使得所述钢球按照正弦波的形式作上下摆动运动。与已有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过搭建一个钢球悬浮的平台，实现了仅需要一个操作员进行调试便能使钢球的自动悬浮。在控制系统中，本专利技术中控制系统可以观测变量的状态，并可以进行控制量的实时修改，降低了调试的难度。由于钢球可以自动悬浮，不需要人手放到指定位置，可以对实验装置进行防护装置设计，提高了产品的安全性。本专利技术中采用主控板的模式，减小了设备的占地面积，更适合空间较小的场合。2、本专利技术通过设计了一种实验平台，其底部放置一个钢球，其对角立柱上有2个位置传感器，在顶部的中间设置有电磁铁，两端设置了光源和光电传感器，进行精确地位置测量。当控制箱上电时，上方电磁铁通电给钢球吸力，使钢球收到较大的力做向上运动，不需要操作人员手动放置到指定位置，简化了操作流程，节省了操作人员。3、本专利技术通过位置传感器检测钢球经过指定位置，从而减少了电磁铁吸力，使钢球进入光电检测范围，之后通过控制方法使其最终实现自动悬浮。由于采用光电检测替换工业摄像机的方式，减少了控制所需的硬件要求，简化了图像分析处理过程，简化了整个的控制流程。4、本专利技术采用控制箱的控制方式，控制箱可以直接放在支架下面，节约了占地面积。5、本专利技术可以实现自动悬浮，之后仅需将一些控制线通过线槽孔引出来，其它即可全部封好，提高了整套系统的安全稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例的系统结构图：图2是本专利技术实施例的主控箱结构图；图3是本专利技术实施例的主控板结构图；图4是本专利技术实施例的系统示意图；图中标号：1为钢球，3为电磁铁，4为一对位置传感器，6为光源，7为光电传感器，8为支撑架。具体实施方式本实施例中，磁悬浮自悬浮装置如图1所示，包括：悬浮实验架8，电磁铁3，光源6，硅光电池传感器7，一对位置传感器4，钢球1、控制箱；其具体安装如图4所示：悬浮实验架8是由底板、顶板和四个立柱构成；在顶板下表面的中间位置处设置有所述电磁铁3；在顶板的两侧分别设置有所述光源6和硅光电池传感器7；在处于任意对角线的一对立柱上设置有一对位置传感器4；在底板中心的凹槽内设置有钢球1；控制箱通过信号线与电磁铁3、一对位置传感器4、光源6和硅光电池传感器7相连，并为光源6提供电源；控制箱组成如图2所示，包含有主控板、电流放大器和电源处理单元。其中主控板主要负责信号的控制和调整，电流放大器模块将控制板中输出的电流信号进行放大给图4中的电磁铁模块，电源处理单元为其他的所有模块进行供电。本实施例中，磁悬浮自悬浮装置的控制方法是按如下步骤进行：步骤1、控制箱中的电源处理模块收到外部所给的220V电压，将其转换为各部分所需的电压，为其他各部分供电，之后控制箱通过电流放大器为电磁铁提供恒定的大电流，使得钢球受到比较大的吸引力作用从底板上向作的吸附上升运动；最初的大电流可以使钢球获得一个较大的力，克服其重力使其做向上运动。在向上运动的过程中，由于吸力随距离的减少而显著增加，所以加速度会逐渐增加。步骤2、当钢球经过一对位置传感器的采取区时，一对位置传感器采集钢球的第一位置信号并提供给控制箱；步骤3、控制箱根据接收的第一位置信号，将电磁铁的电流大小调节到设定的阈值，使得钢球作减速的吸附上升运动；设定的阈值所产生的电流会使得电磁铁的力减小到小于重力，使得钢球上升的减少，但是钢球由于依然具有向上的速度，所以依然做向上的运动。但是由于吸引力随距离的减少而增大，因此其减速度也逐渐减少。步骤4、若钢球达到光源和硅光电池传感器之间的感应区内时，执行步骤5。步骤5是当钢球正常悬浮时的状态。若控制箱利用一对位置传感器采集到钢球的第二位置信号时，说明钢球并未能正常悬浮，控制箱重新上电；如多次重复钢球仍未能进入正常悬浮状态，请适当增大阈值电流大小。步骤5、控制箱利用硅光电池传感器获取被钢球部分遮盖的光源的光强信号，并利用模糊算法控制电磁铁的电流大小，使得钢球最终悬浮在感应区内；本实施例中，其钢球遮挡部分光源，使硅光电池所感受到的光强信号变化，导致产生变化的电流。之后变化的电流通过数据信号线传递给控制箱中的主控板。变化的信号通过数据采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁悬浮自悬浮装置，其特征包括：悬浮实验架(8)，电磁铁(3)，光源(6)，硅光电池传感器(7)，一对位置传感器(4)，钢球(1)、控制箱；所述悬浮实验架(8)是由底板、顶板和四个立柱构成；在所述顶板下表面的中间位置处设置有所述电磁铁(3)；在所述顶板的两侧分别设置有所述光源(6)和所述硅光电池传感器(7)；在处于任意对角线的一对立柱上设置有所述一对位置传感器(4)；在所述底板中心的凹槽内设置有所述钢球(1)；所述控制箱通过信号线与所述电磁铁(3)、一对位置传感器(4)、光源(6)和所述硅光电池传感器(7)相连，并为所述光源(6)提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮自悬浮装置，其特征包括：悬浮实验架(8)，电磁铁(3)，光源(6)，硅光电池传感器(7)，一对位置传感器(4)，钢球(1)、控制箱；所述悬浮实验架(8)是由底板、顶板和四个立柱构成；在所述顶板下表面的中间位置处设置有所述电磁铁(3)；在所述顶板的两侧分别设置有所述光源(6)和所述硅光电池传感器(7)；在处于任意对角线的一对立柱上设置有所述一对位置传感器(4)；在所述底板中心的凹槽内设置有所述钢球(1)；所述控制箱通过信号线与所述电磁铁(3)、一对位置传感器(4)、光源(6)和所述硅光电池传感器(7)相连，并为所述光源(6)提供电源。2.一种利用权利要求1所述的磁悬浮自悬浮装置的控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、所述控制箱上电，并为所述电磁铁(3)提供恒定的大电流，使得所述钢球(1)从底板上向所述顶部作加速的吸附上升运动；步骤2、当所述钢球(1)经过所述一对位置传感器(4)的采取区时，所述一对位置传感器(4)采集所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄康，周长斌，甄圣超，郭俊，孙国强，陈祥林，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，安徽合动智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34