[發明專利]磁懸浮實驗裝置的控制電路

有效

• 申請號: 201310425899.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103489357A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 馮玉東;趙榮華;駱力;閆文鳳;曹承侃
• 申請（專利權）人: 北京天路時代電氣設備有限責任公司
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 郭海彬;范曉斌

技術領域

本發明涉及科研實驗裝置領域，具體而言，涉及一種磁懸浮實驗裝置的控制電路。

背景技術

磁懸浮技術起源于德國，早在1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理。隨著電子技術、控制工程、信號處理元器件、電磁理論及新型電磁材料的發展和轉子動力學的進展，磁懸浮技術得到了長足的發展。近年來，磁懸浮技術在很多領域得到廣泛的應用，如磁懸浮列車、主動控制磁懸浮軸承、磁懸掛天平、磁懸浮小型傳輸設備、磁懸浮測量儀器、磁懸浮機器人手腕、磁懸浮教學系統等。

基于以上磁懸浮技術的廣闊應用前景，在我國現有的研究方法主要從理論上進行研究，在此基礎上進行仿真實驗，為磁懸浮技術提供理論依據。但是在現有科研機構和大中院校中，對磁懸浮技術實驗裝置的研究和開發處于空白階段，更缺乏對于磁懸浮實驗裝置的控制電路的研究，從而無法滿足磁懸浮實驗的要求。

發明內容

鑒于上述問題，提出了本發明以便提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的磁懸浮實驗裝置的控制電路。

本發明中的磁懸浮實驗裝置包括：固定板、傳感器部件、柱狀的第一電磁鐵和第二電磁鐵、被測懸浮部件，其中，第一電磁鐵和第二電磁鐵的第一端均固定在固定板上，被測懸浮部件上設置有第一磁性懸浮部和第二磁性懸浮部，第一磁性懸浮部的位置與第一電磁鐵第二端的位置相對應，第二磁性懸浮部的位置與第二電磁鐵第二端的位置相對應，傳感器部件與固定板相對平行設置，用于分別測量第一磁性懸浮部的懸浮高度以及第二磁性懸浮部件的懸浮高度，并將第一磁性懸浮部的懸浮高度和第二磁性懸浮部件的懸浮高度分別轉換為對應的測量信號。本發明提供的磁懸浮實驗裝置的控制電路包括：電路構造相同的第一控制板和第二控制板，第一控制板和第二控制板分別包括：傳感器接口，與傳感器部件連接，用于接收測量信號；比例微分調節電路，與傳感器接口連接，用于將測量信號進行比例微分調節；信號調制電路，與比例微分調節電路連接，用于將經過比例微分調節的測量信號與預設的靜態工作點電壓信號進行疊加和調制，得到調制控制信號；驅動電路，與信號調制電路連接，用于按照調制控制信號向對應的電磁鐵輸出勵磁電流。

進一步地，傳感器接口與比例微分調節電路之間還設置有電壓跟隨器。

進一步地，比例微分調節電路中由第一運算放大器構建的比例放大電路和由第二運算放大器構建的微分放大電路組成。

進一步地，第一控制板和第二控制板分別還包括：靜態工作點設置電路，該靜態工作點設置電路用于輸出穩定的靜態工作點電壓信號，該靜態工作點設置電路的輸出端與比例微分調節電路的輸出端連接，將經過比例微分調節的測量信號與預設的靜態工作點電壓信號進行疊加。

進一步地，信號調制電路包括：三角波生成電路和PWM調制電路，PWM調制電路包括第三放大器，第三放大器的正向輸入端連接比例微分調節電路的輸出端，第三放大器的反向輸入端連接三角波生成電路的輸出端，第三放大器的輸出端連接驅動電路。

進一步地，第三放大器的正向輸入端與比例微分調節電路的輸出端之間連接有第四運算放大器，其中，第四運算放大器的反向輸入端連接比例微分調節電路的輸出端，第四運算放大器的正向輸入端接地，第四運算放大器的輸出端連接第三放大器的正向輸入端，第四運算放大器的輸出端與正向輸入端之間設置有電阻。

進一步地，三角波生成電路包括：第五運算放大器和第六運算放大器，其中，第五運算放大器的反向輸入端和第六運算放大器的正向輸入端均與地連接，第五運算放大器的正向輸入端通過第一電阻連接第五運算放大器的輸出端，第五運算放大器的正向輸入端通過第二電阻連接第六運算放大器的輸出端，第五運算放大器的輸出端通過第三電阻連接第六運算放大器的反向輸入端，第六運算放大器的反向輸入端和第六運算放大器的輸出端之間連接有第一電容，第六運算放大器的輸出端作為三角波生成電路的輸出電路。

進一步地，驅動電路包括：第一光耦器件、第二光耦器件、以及電流放大電路，其中，第一光耦器件的第一輸入端連接正電源，第一光耦器件的第二輸入端與第二光耦器件的第一輸入端連接，第二光耦器件的第二輸入端連接第三放大器的輸出端，第一光耦器件的輸出端輸出第一驅動信號，第二光耦器件的輸出端第二驅動信號；電流放大電路，與第一光耦器件的輸出端和第二光耦器件的輸出端分別連接，用于根據第一驅動信號和第二驅動信號輸出勵磁電流。

進一步地，第一控制板和第二控制板均布置于磁懸浮實驗裝置的箱體底座中。