CN111487570A - 一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法，所述装置包括：一组中心对称放置的磁浮导向测试部件，所述磁浮导向测试部件由用于测试主动导向的第一转盘和用于测试被动导向的第二转盘组成；用于转动所述第一转盘和所述第二转盘的电机；用于支撑所述电机的支撑平台，所述电机安装在所述支撑平台上方；用于支撑所述支撑平台的起浮装置以及用于支撑所述起浮装置的安装平面；所述第一转盘安装在所述电机的传动轴上，所述第二转盘被挂装在所述第一转盘的两个侧面。本发明针对地基微重力装置的磁浮导向，提供模拟高速运动的动态环境，并能够实现多只磁浮导向间协同工作检测，多传感器数据测试和采集，完成对磁浮导向装置的参数评估和标定。

Description

一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，尤其是涉及一种磁浮导向测试装置、系统及测试方法。

背景技术

磁悬浮技术具有无接触、无摩擦、低功耗等等优点，能够提供高速、稳定、精密运行环境和条件，在高精尖领域的应用不断扩展，尤其在航空航天、交通运输领域、精密制造、基础科学实验具有广泛应用，具体应用有磁悬浮电机、磁悬浮列车、磁浮加工机床、加速对撞机等。

磁浮导向装置用于限制地基微重力设施的载荷舱水平位移，在载荷舱高速垂直弹射或落体运动时，在多只磁浮导向装置产生磁力的共同作用下，实现载荷舱与弹射轨道之间各个方向的间隙相同且不变，以保证高速运动中载荷舱舱体的安全。

磁浮导向测试系统用于模拟地基微重力载荷舱高速垂直直线上升或下降运动环境，检测磁浮导向实际参数数据是否满足设计参数的指标，它是磁浮导向装置的研发、测试、质量保证的一种专用的测试系统。

现有技术方案存在的不足与缺陷：

现有技术公开的磁浮测试系统中未对高速动态测试环境进行模拟，也不能对多块电磁铁或多个磁浮组件协同工作情况进行检测。但对于高速水平运行的磁浮装置来说，高速动态条件下，磁悬浮系统各部分，尤其电磁铁的工作情况也需进行数据评估。而且磁浮系统一般并非由一组磁浮组件工作，而是由分布在车底的各个组件协同完成，因此，多组件协同控制的，数据交互补偿等工作必不可少。

发明内容

现有技术存在的问题：现有技术的技术方案公开的磁浮测试系统中未对高速动态测试环境进行模拟，也不能对多块电磁铁或多个磁浮组件协同工作的数据测试和采集能力缺乏技术支持。

针对现有技术存在的缺陷，第一方面，本发明提供了一种磁浮导向测试装置，包括：

一组中心对称放置的磁浮导向测试部件，所述磁浮导向测试部件由用于测试主动导向的第一转盘和用于测试被动导向的第二转盘组成；

用于转动所述第一转盘和所述第二转盘的电机；

用于支撑所述电机的支撑平台，所述电机安装在所述支撑平台上方；

用于支撑所述支撑平台的起浮装置以及用于支撑所述起浮装置的安装平面；

所述第一转盘安装在所述电机的传动轴上，所述第二转盘被挂装在所述第一转盘的两个侧面。

进一步，所述第一转盘为钢制转盘、所述第二转盘为铝制转盘。

进一步，所述电机的数量为两台，分别安装在所述支撑平台水平位置相对称的两个边沿。

采用上述进一步方案的有益效果是：

将电机安装在支撑平台水平位置相对称的两个边沿可以保证安装机座的配重均匀。

进一步，所述电机的转速以及转向由电机控制器调节，所述电机控制器控制用于驱动所述电机转速的变频器。

进一步，还包括：多只气足；

所述支撑平台具体由所述气足支撑。

第二方面，本发明提供了一种磁浮导向测试系统，包括上述的磁浮导向测试装置，还包括：

用于用户进行操作控制的人机交互界面；

多个电压传感器；

多个电流传感器；

用于实现各个传感器的数据反馈以及控制所述电机转速和转向的工控机；

用于解析以及转换多个传感器采集的到信号的信号解调器以及模数转换器；

多个用于检测主动导向的第一力传感器；

多个用于检测被动导向的第二力传感器。

进一步，所述第一力传感器和所述第二力传感器均为同一型号的三自由度测力传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用三自由度测力传感器可以检测出三个方向的力的大小。

第三方面，本发明提供了一种磁浮导向测试系统的测试方法，应用于上述的磁浮导向测试系统，包括：

将传感器采集到的数据经所述信号解调器和所述模数转换器处理后传输至所述工控机；

所述工控机接收到的数据存储并经由人机交互界面显示对应的回馈数据。

进一步，所述工控机接收到的数据存储并经由人机交互界面显示对应的回馈数据中，

所述工控机对多组接收到的数据进行存储，并经由人机交互界面显示转速变化曲线。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用转速变化曲线的形式进行数据显示，更为直观的显示了电机的运转情况，更利于电机的实时监控。

本发明的有益效果是：

本发明针对地基微重力装置的磁浮导向，提供模拟高速运动的动态环境，并能够在这种环境下，实现多只磁浮导向协同工作检测，多种传感器反馈数据测试和采集，完成对磁浮导向装置的参数评估和标定，为磁浮导向的进一步优化提供数据储备和支撑。

本发明的导向测试系统能够模拟多种运行状态，以满足载荷舱不同运行状态的磁浮导向测试工作，实现多系统间或单系统测试。

1、采用本发明提供的装置能够模拟一个高速直线运动的动态检测环境，用于磁浮导向动态测试工作；

2、本发明可同时实现两种磁悬浮导向的测试工作，一种是在高速动态运行下主动导向的控制系统的动态响应情况测试，另一种是在高速运行时被动导向产生的导向力随速度变化的规律测定；

3、本发明能够测定多个磁浮导向控制系统间的参数耦合情况，从现有技术的只能测定单只、单块或单系统测定，提升到多只、多块或多系统联动测试。

本发明是检测磁浮导向装置的测试系统，属于磁悬浮技术领域的一种检测系统和方法，能够为测试磁浮导向装置的导向力、磁阻力、气隙长度、磁场强度、线圈通电电压及电流等关键指标模拟一个高速直线运动的测试环境和条件。

附图说明

图1是本发明的一种磁浮导向测试装置的结构示意图；

图2是本发明的一种磁浮导向测试装置的结构示意图；

图3是本发明的一种磁浮导向测试装置的机械拓扑图；

图4是本发明的一种磁浮导向测试系统的系统控制拓扑图；

图5是本发明的一种磁浮导向测试系统的测试方法的流程图。

图中，1-1为安装平面，1-2为起浮装置，1-3为支撑平台，1-4为测试支架，1-5为第一转盘，1-6为第二转盘，2-1为电机，2-3A、2-3B、2-3C为第一力传感器，2-3A’和2-3B’为第二力传感器。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装备结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1～3所示，第一方面，本发明提供了一种磁浮导向测试装置，包括：

一组中心对称放置的磁浮导向测试部件，所述磁浮导向测试部件由用于测试主动导向的第一转盘1-5和用于测试被动导向的第二转盘1-6组成；

用于转动所述第一转盘1-5和所述第二转盘1-6的电机2-1；

用于支撑所述电机2-1的支撑平台1-3，所述电机2-1安装在所述支撑平台1-3上方；

用于支撑所述支撑平台1-3的起浮装置1-2以及用于支撑所述起浮装置1-2的安装平面1-1；

所述第一转盘1-5安装在所述电机2-1的传动轴上，所述第二转盘1-6被挂装在所述第一转盘1-5的两个侧面。

在一些说明性实施例中，所述第一转盘1-5为钢制转盘、所述第二转盘1-6为铝制转盘。

在一些说明性实施例中，所述电机2-1的数量为两台，分别安装在所述支撑平台1-3水平位置相对称的两个边沿。

采用上述进一步方案的有益效果是：

将电机安装在支撑平台水平位置相对称的两个边沿可以保证安装机座的配重均匀。

在一些说明性实施例中，所述电机2-1的转速以及转向由电机控制器调节，所述电机控制器控制用于驱动所述电机转速的变频器。

在一些说明性实施例中，还包括：多只气足；

所述支撑平台1-3具体由所述气足支撑。

安装平面1-1优选选用大理石做材料，大理石材料具有质地均匀、结构精密、高硬度、耐磨性好、不磁化等优点。在常温条件下，能够支撑重负荷且保持高精度、水平度和准直度。大理石安装平面支撑整个磁浮导向测试系统，提供水平度好、硬度高、承重能力强的设备基座，在常温条件下，大理石安装平面具有有限的膨胀系数，不会对磁浮导向测试系统的安装平面的水平度和光洁度造成影响。

起浮装置1-2运用高压气动起浮原理，通过气足将测试设备浮起。起浮装置包括气足、气泵、气罐以及其他辅助装置。气泵将空气压缩至气罐中，通过气管传输到气足，由气足底部的气孔喷出，在气足与大理石平面之间形成一个薄薄的气膜，将气足平面和安装平面间隔开，消除两个平面间的摩擦，隔绝摩擦力对测试数据的扰动。采用本发明的起浮装置的结构相对传统的吊挂式磁浮导向测试装置，能够消除在测试过程中产生偏移导致产生重力方向的分力影响测量结果的问题。

支撑平台1-3由三只气足支撑，形成一个平面安放磁浮导向测试系统。支撑平台总的承重不小于2.5t，来模拟载荷舱的重量，为电机和测试设备的安装提供支撑平台。

第一转盘1-5为钢制转盘，被安装在电机的传动轴上，利用电机拖动其旋转，钢制转盘的转向和转速由电机控制，转盘的转速范围为0～2500rpm，转盘直径Φ为1m。钢制转盘高速转动可以模拟高速的直线运动，模拟高速直线运动的钢制导轨，并通过电机控制不同转速，产生不同运行速度的测试环境,为主动导向3-1动态测试提供了条件。两个钢制转盘分别由不同的电机拖动，能够同时提供多个测试位置，两个钢制转盘的速度可以不同步，方向可以不同向，因此形成了多种动态工作的情况，模拟多台主动导向的测试环境，以考核多只主动导向在不同动态环境下的多系统协作情况。

第二转盘1-6为铝制转盘，被挂装在钢制转盘侧面，每个钢制转盘两侧各挂装一个铝制转盘，每个铝盘与钢盘之间具有相同的倾角，在钢盘两侧形成两个铝板平面。所述铝盘和所述钢盘之间可以采用斜齿轮进行传动连接。

在电机的带动下，铝制转盘飞速旋转，模拟出载荷舱两侧的铝制导轨的高速直线运动，在达到一定的速度后，由于涡流效应，在高速运行的铝制平面与被动导向3-2之间，产生磁斥力提供测试环境。

通过本发明的这种两个转盘间具有倾角的结构在一些特殊情况下，例如：测量磁浮导向装置的转弯运动时，可以提供一种更稳定的测试环境。

如图4所示，第二方面，本发明提供了一种磁浮导向测试系统，包括上述的磁浮导向测试装置，还包括：

用于用户进行操作控制的人机交互界面；

多个电压传感器；

多个电流传感器；

用于实现各个传感器的数据反馈以及控制所述电机转速和转向的工控机；

用于解析以及转换多个传感器采集的到信号的信号解调器以及模数转换器；

多个用于检测主动导向的第一力传感器；

多个用于检测被动导向的第二力传感器。

本发明是检测磁浮导向装置的测试系统，属于磁悬浮技术领域的一种检测系统和方法，能够为测试磁浮导向装置的导向力、磁阻力、气隙长度、磁场强度、线圈通电电压及电流等关键指标模拟一个高速直线运动的测试环境和条件。

在一些说明性实施例中，所述第一力传感器和所述第二力传感器均为同一型号的三自由度测力传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用三自由度测力传感器可以检测出三个方向的力的大小。

以电机A为例，通过人机交互界面2-9操控工控机2-8，设置电机2-1A的转向和转速，由输出信号编译2-10进行编译处理，传输给控制电机控制器2-12。通过控制开关2-11的通断，控制电机控制器2-12是否在线，是否能够使用；电机控制器将控制信号传给变频器2-14，由变频器驱动电机A，控制转速，而电源2-13为变频器提供电能；速度传感器2-2A是轴编码器，能够检测电机的转速，经过信号调理2-6和输入信号A/D转换2-7，传输给工控机2-8，工控机利用转速传感器传回的回馈数据，通过电机转速闭环控制PID算法调控电机转速，使电机的转速达到设定值，转速回馈数据被存储在工控机，并由人机交互界面2-9实时显示转速变化曲线，完成电机转速的实时监控。

主动导向3-1和被动导向3-2的检测过程如下：

以主动导向3-1A的检测过程为例，主动导向A通过力传感器2-3A被固定在检测支架1-4上，力传感器是一种三自由度测力传感器，可以检测出三个方向的力的大小；电压传感器2-5A和电流传感器2-4A分别接入主动导向的线圈相应位置，在线圈通电后，获得线圈的电压和电流。力矢量检测信号、电压检测信号和电流检测信号经由信号调理2-6和输入A/D转换2-7传输到工控机2-8，工控机将力检测数据、电压检测数据和电流检测数据存储，并由人机交互界面2-9分别显示三个回馈数据。所述回馈数据即由三个传感器测得的对应数据，经工控机存储并回馈给所述人机交互界面2-9。

以被动导向3-2A的检测过程为例，被动导向A通过力传感器2-3A’被固定在检测支架1-4上，由于电机2-1A转动，被动导向在铝板表层产生的涡流场与被动导向自身产生相互的磁斥力，当电机转速达到一定速度时，被动导向的所产生的力被力传感器检测并传输给工控机2-8，该数据由工控机存储，并显示在人机交互界面2-9，随时观察导向力与速度之间的变化规律。

本发明各部分部件的功能作用的具体说明：

机械结构1是支撑检测设备的机械基础；

电机2-1A高速旋转，带动第一转盘1-5和第二转盘1-6旋转，分别为主动导向3-1和被动导向3-2提供动态检测环境；

速度传感器2-2A是检测电机转速的速度传感器，获得电机速度反馈数据，参与电机转速控制；

第一力传感器2-3A和第二力传感器2-3A’分别用来检测主动导向3-1和被动导向3-2的导向力和法向力，传输给工控机2-8储存，并显示到人机交互界面；

电流传感器2-4A和电压传感器2-5A用来检测主动导向3-1的实时电流和电压，传输给工控机2-8储存，并显示到人机交互界面上；

信号调理2-6将不同传感器反馈信号转为输入A/D转换2-7能够识别形式和范围；

输入A/D转换2-7将不同传感器反馈信号转换为工控机2-8能够识别形式和范围；

工控机2-8能够实现各个传感器反馈数据存储，同时，控制电机转速和转向；

人机交互界面2-9显示各个传感器的实时数据，以及输入电机控制指令；

输出信号编译2-10编译电机控制信号，并传输给电机控制器2-12；

控制开关2-11控制电机控制器2-12的投入和切出；

电机控制器2-12设置转速，控制电机的启停和转向；

变频器2-14用来驱动电机；

电源2-13向变频器提供电源。

如图5所示，第三方面，本发明提供了一种磁浮导向测试系统的测试方法，应用于上述的磁浮导向测试系统，包括：

S1：将传感器采集到的数据经所述信号解调器和所述模数转换器处理后传输至所述工控机；

S2：所述工控机接收到的数据存储并经由人机交互界面显示对应的回馈数据。

本发明的测试方法得到的回馈数据作为所述磁浮导向测试系统的磁浮测试数据结果。

在一些说明性实施例中，所述S2中，

所述工控机对多组接收到的数据进行存储，并经由人机交互界面显示转速变化曲线。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用转速变化曲线的形式进行数据显示，更为直观的显示了电机的运转情况，更利于电机的实时监控。

本发明的有益效果是：

本发明针对地基微重力装置的磁浮导向，提供模拟高速运动的动态环境，并能够在这种环境下，实现多只磁浮导向协同工作检测，多种传感器反馈数据测试和采集，为了磁浮导向的进一步优化提供数据储备和支撑，完成对磁浮导向装置的参数评估和标定。

本发明的导向测试系统能够模拟多种运行状态，以满足载荷舱不同运行状态，实现多系统间或单系统测试。

1、采用本发明提供的装置能够模拟一个高速直线运动的动态检测环境，用于磁浮导向动态测试工作；

2、本发明可同时实现两种磁悬浮导向的测试工作，一种是在高速动态运行下主动导向的控制系统的动态响应情况测试，另一种是在高速运行时被动导向产生的导向力随速度变化的规律测定；

3、本发明能够测定多个磁浮导向控制系统间的参数耦合情况，从现有技术的只能测定单只、单块或单系统测定，提升到多只、多块或多系统联动测试。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，物流管理服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种磁浮导向测试装置，其特征在于，包括：一组中心对称放置的磁浮导向测试部件，所述磁浮导向测试部件由用于测试主动导向的第一转盘和用于测试被动导向的第二转盘组成；

用于转动所述第一转盘和所述第二转盘的电机；

用于支撑所述电机的支撑平台，所述电机安装在所述支撑平台上方；

用于支撑所述支撑平台的起浮装置以及用于支撑所述起浮装置的安装平面；

所述第一转盘安装在所述电机的传动轴上，所述第二转盘被挂装在所述第一转盘的两个侧面。

2.根据权利要求1所述的磁浮导向测试装置，其特征在于，所述第一转盘为钢制转盘、所述第二转盘为铝制转盘。

3.根据权利要求1所述的磁浮导向测试装置，其特征在于，所述电机的数量为两台，分别安装在所述支撑平台水平位置相对称的两个边沿。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的磁浮导向测试装置，其特征在于，所述电机的转速以及转向由电机控制器调节，所述电机控制器控制用于驱动所述电机转速的变频器。

5.根据权利要求1所述的磁浮导向测试装置，其特征在于，还包括：多只气足；

所述支撑平台具体由所述气足支撑。

6.一种磁浮导向测试系统，包括所述权利要求1～5任一项所述的磁浮导向测试装置，其特征在于，还包括：

用于用户进行操作控制的人机交互界面；

多个电压传感器；

多个电流传感器；

用于实现各个传感器的数据反馈以及控制所述电机转速和转向的工控机；

用于解析以及转换多传感器采集的到信号的信号解调器以及模数转换器；

多个用于检测主动导向的第一力传感器；

多个用于检测被动导向的第二力传感器。

7.根据权利要求6所述的磁浮导向测试系统，其特征在于，所述第一力传感器和所述第二力传感器均为同一型号的三自由度测力传感器。

8.一种磁浮导向测试系统的测试方法，应用于所述权利要求6或7任一项中所述的磁浮导向测试系统，其特征在于，包括：

将传感器采集到的数据经所述信号解调器和所述模数转换器处理后传输至所述工控机；

所述工控机将接收到的数据存储并经由人机交互界面显示对应的回馈数据。

9.根据权利要求8所述的磁浮导向测试系统的测试方法，其特征在于，所述工控机将接收到的数据存储并经由人机交互界面显示对应的回馈数据中，

所述工控机对多组已收到的数据进行存储，并经由人机交互界面显示转速变化曲线。

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