[实用新型]磁悬浮实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学设备，尤其是一种磁悬浮实验系统。

背景技术

关于磁浮球的自动控制理论，许多学者都进行了各种研究与尝试，但是，目前国内关于磁浮球实验平台的研究较少，并且主要集中在工业应用方面。专利号为200610078634.4的实用新型专利提出了一种磁浮球控制系统实验装置，但是对于其机械结构的连接无法获知，并且其线圈驱动电路较为复杂，不利于该装置的实验教学。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种适用于“控制理论”、“计算机控制”、“物理”等课程需要的磁悬浮实验装置。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种磁悬浮实验装置，其包括：一种磁悬浮实验对象，其包括：电磁铁、位置检测器、光源、磁浮球、底座和支架；所述的电磁铁固定在方形支架的顶端，用于对磁浮球产生吸力，实现磁浮球的吸浮；所述的磁浮球位于电磁铁铁芯的正下方，作为实验时的控制对象，在进行闭环控制时，磁浮球稳定悬浮在电磁铁与底座之间的某一位置；所述的位置检测器和光源分别固定在磁浮球的左右两侧，当磁浮球的顶端与电磁铁铁芯底端接触时，位置检测器、光源和磁浮球的中心线在同一水平位置；所述的底座固定在方形支架的底端，通过调节底座上的平衡螺钉可以使磁悬浮实验对象保持水平；还包括一磁悬浮信号处理单元，其包括：PSD信号处理单元、数据采集接口和线圈驱动电路；另外还包括一安装有PCI数据采集卡和控制软件的计算机控制单元。

所述的磁浮球是不锈钢铁球，作为实验时的控制对象。

所述的位置检测器包括I/V转换电路和PSD位置传感器，或者光电二极管组件。

所述的光源为红外光发生器或者激光发生器。

所述的线圈驱动电路为电流驱动器，即由两个三极管接成复合达林顿管的形式，射极作为输出级。

这种磁悬浮实验装置采用软硬件协同的工作方式，实验过程非常直观，用户操作更灵活更简单。该系统紧密结合教材，可用于控制理论、计算机控制、物理等相关课程实验。

学生在用本实验系统进行综合实验后可掌握以下内容：控制对象的运动方程；磁悬浮系统的电磁力模型；电磁铁中控制电压与电流的模型；电磁铁绕组上的瞬时电感与气隙间的关系；球体平衡时的边界条件；系统数学模型的建立；MATLAB下数学模型的建立；Simulink仿真；磁悬浮的时、频域分析；PID控制器设计与调节；PSD位置传感器的特性；磁悬浮系统的开环与闭环控制；磁悬浮实验原理；磁悬浮系统的实时控制。

附图说明

图1是磁悬浮实验对象的内部结构图；

图2是磁悬浮信号处理单元的内部结构图；

图3是磁悬浮实验装置闭环控制框图。

具体实施方式

实施例：这种磁悬浮实验装置，包括磁悬浮实验对象、磁悬浮信号处理单元和计算机控制单元。

请参阅图1所示，其为磁悬浮实验对象的内部结构图，其包括：电磁铁(1)、位置检测器(2)、光源(3)、磁浮球(4)、底座(5)和支架(6)；其所述的电磁铁(1)固定在方形支架(6)的顶端，用于对磁浮球(4)产生吸力，实现磁浮球(4)的吸浮；所述的磁浮球(4)位于电磁铁(1)铁芯的正下方，作为实验时的控制对象，在进行闭环控制时，磁浮球(4)稳定悬浮在电磁铁(1)与底座(5)之间的某一位置；所述的位置检测器(2)和光源(3)分别固定在磁浮球(4)的左右两侧，当磁浮球(4)的顶端与电磁铁(1)铁芯底端接触时，位置检测器(2)、光源(3)和磁浮球(4)的中心线在同一水平位置；所述的底座(5)固定在方形支架(6)的底端，通过调节底座(5)上的平衡螺钉可以使磁悬浮实验对象保持水平。

请参阅图2所示，其为磁悬浮信号处理单元的内部结构图，其包括：PSD信号处理单元(7)、数据采集接口(8)和线圈驱动电路(9)。