[發明專利]懸浮超導球位置反饋控制裝置及超導球位置反饋控制方法

有效

• 申請號: 202010098787.5
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111290261B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李春燕;張源;牛飛飛;何志巍;周梅
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于反饋控制領域的一種懸浮超導球位置反饋控制裝置及超導球位置反饋控制方法。該懸浮超導球位置反饋控制裝置是一種根據磁場環境的不同可預先配置電路參數的靜電反饋裝置，包括：震蕩源、超導磁懸浮系統、鑒相器、PID控制器、直流電壓源、比例放大器和示波器，其中超導懸浮系統由懸浮超導球和超導球腔組成，超導球腔由上極板、中極板和下極板組成，懸浮超導球與上極板和下極板組成差動電容；震蕩源由交流電壓源、Ⅰ#震蕩源連接Ⅱ#震蕩源組成；鑒相器由乘法器連接低通濾波器組成。本發明保證反饋靜電力是反饋電壓的線性靜電力，可以預先對懸浮超導球的動態進行仿真建模，此裝置結構簡單、控制精度高穩定性好。

技術領域

本發明屬于反饋控制領域，特別涉及一種懸浮超導球位置反饋控制裝置及超導球位置反饋控制方法。

背景技術

電容測微技術是非接觸測微的一種重要技術，把微小的位移變化Δx轉化為電容量ΔC的變化，有很好的可讀性。而且它精度高，溫度穩定性好，速度快，分辨率高，動態性能好，所以適用于低溫長時間測量。故利用電容電橋測量懸浮超導球的位移變化是很容易實現的。

靜電反饋技術，在電容極板中對一個極板施加電壓，另一個極板會受到施加電壓極板的靜電吸引力。在差動電容中可以通過對上下極板施加電壓來改變中間極板的受力從而改變其位置。

可視化仿真工具Simulink是數學軟件MATLAB中的一種基于MATLAB的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包。只需畫出對應方程的框圖，即可直接運行。故被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。

發明內容

本發明的目的提供一種懸浮超導球位置反饋控制裝置和超導球位置反饋控制方法，其特征在于，該懸浮超導球位置反饋控制裝置是一種根據磁場環境的不同可預先配置電路參數的靜電反饋裝置，包括：震蕩源、超導磁懸浮系統、鑒相器、PID控制器、直流電壓源、比例放大器和示波器，其中超導懸浮系統由懸浮超導球和超導球腔組成，超導球腔由上極板、中極板和下極板組成，懸浮超導球與上極板和下極板組成差動電容；震蕩源由交流電壓源、Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器組成，Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器由交流電壓源通過一個1：2的變壓線圈形成，Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器等幅同相；鑒相器由乘法器連接低通濾波器組成。

所述裝置的結構為震蕩源中交流電壓源與鑒相器中乘法器連接，震蕩源中Ⅱ#震蕩器通過Ⅱ#直流電壓源與超導懸浮系統的上極板相連，超導懸浮系統的下極板通過Ⅰ#直流電壓源與震蕩源中的Ⅰ#震蕩器相連；超導懸浮系統的中極板與鑒相器中乘法器輸入連接，低通濾波器的輸入端與乘法器的輸出端相連；PID控制器的輸入與低通濾波器的輸出相連接，PID控制器的輸出連接在Ⅰ#震蕩器與Ⅱ#震蕩器的連接節點上；鑒相器的輸出端與比例放大器相連接；比例放大器與示波器相連接；震蕩源對超導懸浮系統中的差動電容進行驅動。

所述低通濾波器是有源濾波器，終止頻率比交流電源頻率小10倍。

所述Ⅰ#直流電壓源、Ⅱ#直流電壓源的電壓V₁和V₂大小可調、始終保持V₁＝V₂＝V₀；這樣設計的目的是使PID控制器的輸出信號ΔV經過兩個直流電壓源后加在兩個極板的電壓分別為V₀+ΔV、-V₀+ΔV，上極板和下極板的電壓之和為2ΔV，用于保證超導球的電勢與反饋電壓ΔV成正比，保證反饋靜電力是反饋電壓的線性靜電力。

所述PID控制器的比例系數K₁、積分常數K_P和微分系數K_S可調，用于調整懸浮超導球的響應和測控精度。