[發(fā)明專利]一種磁懸浮演示儀器及其建模方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910652740.6 | 申請日： | 2019-07-19 |
| 公開（公告）號： | CN110415589A | 公開（公告）日： | 2019-11-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 陳海忠;劉波;王海峰;張杜俊 | 申請（專利權(quán)）人： | 江蘇理工學(xué)院 |
| 主分類號： | G09B23/18 | 分類號： | G09B23/18;G06F17/50;H02N15/00 |
| 代理公司： | 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231 | 代理人： | 滕詣迪 |
| 地址： | 213001 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 磁場檢測模塊 磁性浮子 電磁線圈 環(huán)形永久磁鐵 磁場傳感器 微處理器 驅(qū)動電路 磁懸浮 建模 懸浮 電流控制信號 電壓信號轉(zhuǎn)換 教學(xué)演示儀器 控制驅(qū)動電路 磁場變化 電壓信號 演示儀器 電磁場 內(nèi)環(huán) 驅(qū)動 轉(zhuǎn)換 配置 | ||
本發(fā)明提供了一種磁懸浮教學(xué)演示儀器及其建模方法，包括環(huán)形永久磁鐵、磁性浮子、磁場檢測模塊、微處理器和驅(qū)動電路。其中，環(huán)形永久磁鐵的內(nèi)環(huán)配置多個電磁線圈，磁性浮子懸浮于多個電磁線圈的上方，磁場檢測模塊用于將磁場變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，磁場檢測模塊包括至少三個磁場傳感器，三個磁場傳感器分別對應(yīng)X、Y和Z軸三個方向，微處理器用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流控制信號以控制驅(qū)動電路，驅(qū)動電路用于驅(qū)動電磁線圈來改變電磁場使所述磁性浮子懸浮。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及教學(xué)演示儀器，尤其涉及一種磁懸浮演示儀器及其建模方法。
背景技術(shù)
磁懸浮技術(shù)是集電磁學(xué)、電磁感應(yīng)技術(shù)為一體的高新技術(shù)，隨著電子技術(shù)、控制工程以及電磁理論等的發(fā)展，磁懸浮技術(shù)有了很大的進步。雖然磁懸浮技術(shù)有了長足的發(fā)展，但是磁懸浮概念對于學(xué)校的學(xué)生來說還是太過抽象難以理解，不利于學(xué)生掌握和應(yīng)用磁懸浮知識，需要提供一種具體化的演示儀器將抽象的概念具體化，使學(xué)生更好地掌握磁懸浮的特性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決教學(xué)過程中磁懸浮概念對于學(xué)生來說抽象難以理解的問題，提供了一種磁懸浮演示儀器及其建模方法，將抽象的磁懸浮概念通過演示儀器演示出來，將抽象的概念具體化，使得學(xué)生更直觀更深刻的理解磁懸浮的概念，且該裝置操作簡單使用方便。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：
一種磁懸浮演示儀器包括環(huán)形永久磁鐵、磁性浮子、磁場檢測模塊、微處理器和驅(qū)動電路。其中，環(huán)形永久磁鐵的內(nèi)環(huán)配置多個電磁線圈，磁性浮子懸浮于多個電磁線圈的上方，磁場檢測模塊用于將磁場變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，磁場檢測模塊包括至少三個磁場傳感器，三個磁場傳感器分別對應(yīng)X、Y和Z軸三個方向，微處理器用于將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流控制信號以控制驅(qū)動電路，驅(qū)動電路用于驅(qū)動電磁線圈來改變電磁場使所述磁性浮子懸浮。
進一步地，磁懸浮演示儀器還包括電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將電壓信號調(diào)節(jié)到微處理器的額定工作電壓。
進一步地，電壓轉(zhuǎn)換電路由第一運算放大器、第二運算放大器和第三運算放大器組成，第一運算放大器、第二運算放大器和第三運算放大器的輸入端分別連接三個磁場傳感器的輸出端，第一運算放大器、第二運算放大器和第三運算放大器的輸出端分別連接微處理器。
進一步地，微處理器包括AD轉(zhuǎn)換電路和CPU，AD轉(zhuǎn)換電路將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，CPU將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成電流控制信號，電流控制信號控制驅(qū)動電路。
進一步地，微處理器的CPU型號為STM32，CPU的A0引腳連接驅(qū)動電路的IN4引腳，微處理器的A1引腳連接驅(qū)動電路的IN3引腳，微處理器的A2引腳連接驅(qū)動電路的IN2引腳，微處理器的A3引腳連接驅(qū)動電路的IN1引腳。
進一步地，電磁線圈為四個，驅(qū)動電路的四個輸出端口OUT1、OUT2、OUT3和OUT4分別連接四個電磁線圈。
進一步地，磁場傳感器為OH49E。
進一步死，磁懸浮演示儀器還包括下載器，下載器的SWCLK端腳連接微處理器的SWCLK端，下載器的SWDIO端連接微處理器的SWDIO端，下載器的GND端連接微處理器的GND端。
本發(fā)明的另一方面還提供一種磁性浮子的建模方法，包括以下步驟：
1)根據(jù)力學(xué)理論，建立磁性浮子動力學(xué)模型，
2)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式建立電磁力方程，
3)采用滑模結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)磁性浮子的控制。
有益技術(shù)效果：
本發(fā)明通過提供一種磁懸浮演示儀器及其磁性浮子建模方法，解決了教學(xué)過程中磁懸浮概念對于學(xué)生來說過于抽象難以理解的問題，將抽象的磁懸浮概念具體化，使得學(xué)生能更直觀更深刻的理解磁懸浮的概念，且該裝置使用簡單，操作方便。
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