差动式主动磁悬浮控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种差动式主动磁悬浮控制系统及方法，系统包括上作动线圈、下作动线圈、上差动式位移传感器、下差动式位移传感器、控制器、上功率放大器、下功率放大器；所述上差动式位移传感器和下差动式位移传感器，分别用于采集其与浮悬体之间的距离，将位移信号反馈到控制器；所述控制器，用于对位移信号和电流反馈信号进行运算获得控制信号，将所述控制信号分别传递给上功率放大器和下功率放大器；所述上功率放大器和下功率放大器，用于根据所述控制信号分别控制上作动线圈和下作动线圈的电流值；所述上作动线圈和下作动线圈，用于根据对应的电流值产生电磁力，使得悬浮体处于稳定的动态悬浮状态。

Differential active magnetic suspension control system and method

【技术实现步骤摘要】
差动式主动磁悬浮控制系统及方法
本专利技术属于自动化
，具体涉及一种差动式主动磁悬浮控制系统及方法。
技术介绍
主动磁悬浮系统是典型的机电一体化技术。目前，市场上大多数磁悬浮控制系统均采用负弹簧理论和转子动力学模型的分析结论，使用计算机完成控制，设计过程非常复杂。成熟化的工程产品还控制在发达国家的个别公司手中，全套系统售价非常高，往往从几十万元到上百万元。国内很多企业也组建了自己庞大的磁悬浮轴承设计团队，现在只有少数几家有了自己的初级产品，所以磁悬浮系统的广泛应用在很大程度上受到了限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种差动式主动磁悬浮控制系统及方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供一种差动式主动磁悬浮控制系统，该系统包括上作动线圈、下作动线圈、上差动式位移传感器、下差动式位移传感器、控制器、上功率放大器、下功率放大器；所述上作动线圈、下作动线圈相对设置并且两者之间设置有用于浮悬体悬浮的空间；所述上差动式位移传感器和下差动式位移传感器，分别用于采集其与浮悬体之间的距离，将位移信号反馈到控制器；所述控制器，用于对位移信号和电流反馈信号进行运算获得控制信号，将所述控制信号分别传递给上功率放大器和下功率放大器；所述上功率放大器和下功率放大器，用于根据所述控制信号分别控制上作动线圈和下作动线圈的电流值；所述上作动线圈和下作动线圈，用于根据对应的电流值产生电磁力，使得悬浮体处于稳定的动态悬浮状态。上述方案中，所述控制器包括上作动线圈控制电路和下作动线圈控制电路，所述上作动线圈控制电路与上作动线圈、上差动式位移传感器连接，用于根据上作动线圈的电流值和上差动式位移传感器采集的位移信号控制上作动线圈的电流大小；所述下作动线圈控制电路与下作动线圈、下差动式位移传感器连接，用于根据下作动线圈的电流值和下差动式位移传感器采集的位移信号控制下作动线圈的电流大小。上述方案中，所述上作动线圈控制电路和下作动线圈控制电路均包括位置反馈电路、PID处理电路、电流反馈电路、电流采样电路、驱动电路；所述位置反馈电路，用于对设定值和上差动式位移传感器或者下差动式位移传感器采集的位移信号进行运算，运算结果输出给PID处理电路；所述PID处理电路，用于对上作动线圈或下作动线圈的控制信号进行PID运算，其运算结果输出给电流反馈电路；所述电流反馈电路，用于对PID运算结果和上作动线圈或下作动线圈的电流采样值进行运算，运算结果输出给驱动电路；所述电流采样电路，用于对上作动线圈或下作动线圈的电流进行采样，采样值输出给电流反馈电路；所述驱动电路，用于将控制信号转换为占空比信号，控制大功率开关管导通和关断，进而控制上作动线圈或下作动线圈的电流大小，最终控制上作动线圈或下作动线圈电磁力的大小，为悬浮体悬浮提供大小合适的电磁力。上述方案中，所述位置反馈电路包括电阻R16至电阻R20、运算放大器U3A，所述运算放大器U3A的第1端接PID处理电路，第2端经电阻R17接地，第3端的第一路经电阻R19接上差动式位移传感器或者下差动式位移传感器，第二路径电阻R18接入上作动线圈或下作动线圈的设定值，第三路经电阻R20接地，第4端接VCC，第端接VEE；所述运算放大器U3A的第1端和第11端之间连接电阻R16。上述方案中，所述PID处理电路包括电容C7至电容C9、电阻R22至电阻R28、电容C7至电容C9、运算放大器U4A、运算放大器U4B，所述运算放大器U4A的第1端经电阻R26接运算放大器U4B的第6端，第2端经电阻R27、电容C9、电阻R28、电容C7接于第3端，第3端经电阻R21接地，第4端接VCC，第11端接VEE；所述电容C9一端接位置反馈电路和上作动线圈或下作动线圈的输入信号，所述电阻R28、电容C7上并联电阻R22，并且两端分别接于运算放大器U4A的第2、3端，所述电阻R22上并联电容C8；所述运算放大器U4B的第5端经电阻R24接地，所述电阻R26和运算放大器U4B的第6端之间经电阻R25接电流反馈电路，所述运算放大器U4B的第1端经电阻R25和电流反馈电路之间向上作动线圈或下作动线圈输出信号。上述方案中，所述电流反馈电路包括运算放大器U5A、电阻R29至电阻R31，所述运算放大器U5A的第1端与驱动电路连接，第2端经电阻R32与电流采样电路连接，第3端一路经电阻R30接地，另一路经电阻R29与PID处理电路连接，第4端接VCC，第11端接VEE；所述运算放大器U5A的第1端和第2端之间连接电阻R31。上述方案中，所述电流采样电路包括运算放大器U6B、运算放大器U6A、电阻R33至电阻R38，所述运算放大器U6B的第3端一路接电流反馈电路，另一路经电阻R36接于第6端，第6端经电阻R34接运算放大器U6A的第1端，第5端经电阻R38接地；所述运算放大器U6A的第1端经电阻R35接于第2端，第11端VEE，第2端经电容C10接电阻R33，第4端经电阻R37接地，第4端接VCC；所述电阻R33的两端与驱动电路连接。上述方案中，所述驱动电路包括PWM芯片、二极管D4、三极管Q1、电阻R39，所述PWM芯片的VIN端接PID处理电路，PWM端一路经三极管Q1和上作动线圈或下作动线圈后接VDD，另一路经电阻R39接地，所述上作动线圈或下作动线圈上并联二极管D4；所述二极管D4的两端与电流采样电路连接。上述方案中，所述上差动式位移传感器、下差动式位移传感器均包括激励源电路、探头电路、信号调制电路、上下限报警电路；所述励源电路，用于产生正弦波激励信号；所述探头电路，用于将悬浮体的位移量转换为电压信号，在正弦波激励信号的作用下，2个电感线圈探头两端的电压值随悬浮体的位移变化量移近似呈线性变化、电感线圈的电压信号经过整流、滤波电路被处理为直流电压信号；所述信号调制电路，用于对探头电路的电感线圈探头的电压信号进行调制，输出0-5v标准电压信号；所述上下限报警电路，用于根据用户设定判断悬浮体的位置上下限状态。本专利技术实施例还提供一种差动式主动磁悬浮控制方法，该方法为：分别采集浮悬体与上作动线圈、下作动线圈之间的距离并且生成位移信号，根据位移信号和电流反馈信号进行运算获得控制信号，根据所述控制信号分别控制上作动线圈和下作动线圈的电流值；所述上作动线圈和下作动线圈根据对应的电流值产生电磁力，使得悬浮体处于稳定的动态悬浮状态。与现有技术相比，本专利技术将正弹簧系统用于磁悬浮控制系统设计，大大降低了磁悬浮控制系统设计的复杂性，使用简单的数模电路就可以实现控制；打破磁悬浮技术垄断，利于磁悬浮技术普及应用；电路简单可靠，成本大幅降低，其价格大约为市场价的十分之一。附图说明图1为本专利技术实施例提供一种差动式主动磁悬浮控制系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供一种差动式主动磁悬浮控制系统中位置反馈电路的电路图；图3为本专利技术实施例提供一种差动式主动磁悬浮控制系统中PI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，该系统包括上作动线圈、下作动线圈、上差动式位移传感器、下差动式位移传感器、控制器、上功率放大器、下功率放大器；所述上作动线圈、下作动线圈相对设置并且两者之间设置有用于浮悬体悬浮的空间；/n所述上差动式位移传感器和下差动式位移传感器，分别用于采集其与浮悬体之间的距离，将位移信号反馈到控制器；/n所述控制器，用于对位移信号和电流反馈信号进行运算获得控制信号，将所述控制信号分别传递给上功率放大器和下功率放大器；/n所述上功率放大器和下功率放大器，用于根据所述控制信号分别控制上作动线圈和下作动线圈的电流值；/n所述上作动线圈和下作动线圈，用于根据对应的电流值产生电磁力，使得悬浮体处于稳定的动态悬浮状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，该系统包括上作动线圈、下作动线圈、上差动式位移传感器、下差动式位移传感器、控制器、上功率放大器、下功率放大器；所述上作动线圈、下作动线圈相对设置并且两者之间设置有用于浮悬体悬浮的空间；
所述上差动式位移传感器和下差动式位移传感器，分别用于采集其与浮悬体之间的距离，将位移信号反馈到控制器；
所述控制器，用于对位移信号和电流反馈信号进行运算获得控制信号，将所述控制信号分别传递给上功率放大器和下功率放大器；
所述上功率放大器和下功率放大器，用于根据所述控制信号分别控制上作动线圈和下作动线圈的电流值；
所述上作动线圈和下作动线圈，用于根据对应的电流值产生电磁力，使得悬浮体处于稳定的动态悬浮状态。


2.根据权利要求1所述的差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，所述控制器包括上作动线圈控制电路和下作动线圈控制电路，所述上作动线圈控制电路与上作动线圈、上差动式位移传感器连接，用于根据上作动线圈的电流值和上差动式位移传感器采集的位移信号控制上作动线圈的电流大小；所述下作动线圈控制电路与下作动线圈、下差动式位移传感器连接，用于根据下作动线圈的电流值和下差动式位移传感器采集的位移信号控制下作动线圈的电流大小。


3.根据权利要求2所述的差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，所述上作动线圈控制电路和下作动线圈控制电路均包括位置反馈电路、PID处理电路、电流反馈电路、电流采样电路、驱动电路；所述位置反馈电路，用于对设定值和上差动式位移传感器或者下差动式位移传感器采集的位移信号进行运算，运算结果输出给PID处理电路；
所述PID处理电路，用于对上作动线圈或下作动线圈的控制信号进行PID运算，其运算结果输出给电流反馈电路；
所述电流反馈电路，用于对PID运算结果和上作动线圈或下作动线圈的电流采样值进行运算，运算结果输出给驱动电路；
所述电流采样电路，用于对上作动线圈或下作动线圈的电流进行采样，采样值输出给电流反馈电路；
所述驱动电路，用于将控制信号转换为占空比信号，控制大功率开关管导通和关断，进而控制上作动线圈或下作动线圈的电流大小，最终控制上作动线圈或下作动线圈电磁力的大小，为悬浮体悬浮提供大小合适的电磁力。


4.根据权利要求3所述的差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，所述位置反馈电路包括电阻R16至电阻R20、运算放大器U3A，所述运算放大器U3A的第1端接PID处理电路，第2端经电阻R17接地，第3端的第一路经电阻R19接上差动式位移传感器或者下差动式位移传感器，第二路径电阻R18接入上作动线圈或下作动线圈的设定值，第三路经电阻R20接地，第4端接VCC，第端接VEE；所述运算放大器U3A的第1端和第11端之间连接电阻R16。


5.根据权利要求4所述的差动式主动磁悬浮控制系统，其特征在于，所述PID处理电路包括电容C7至电容C9、电阻R22至电阻R28、电容C7至电容C9、运算放大器U4A、运算放大器U4B，所述运算放大器U4A的第1端经电阻R26接运算放大器U4B的第6端，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾东民，王辉，
申请(专利权)人：陕西德西马格自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61