CN202145127U

CN202145127U - 悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置及浮体浮距控制装置

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Publication number: CN202145127U
Application number: CN201120127987U
Authority: CN
Inventors: 朱石雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-04-27

Abstract

本实用新型公开一种悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置及浮体浮距控制装置。该悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，包括一功率检测单元及一比较单元，其中：所述功率检测单元的输入端接入浮体浮距调节电磁线圈，用于检测电磁线圈的当前功率值；所述比较单元的输入端接入所述功率检测单元的输出端，用于将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果，根据该浮体浮距状态判断结果人工或自动调整预设的浮距目标值参数。该悬浮系统的浮体浮距控制装置包括浮距检测模块、控制器及功率检测单元，可以使浮体浮距保持在最佳位置，从而提高磁浮系统的稳定裕量，降低磁悬浮系统的能耗。

Description

悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置及浮体浮距控制装置

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置及浮体浮距控制装置。

背景技术

图1示出一种下悬浮系统的结构，包括上部带有悬浮磁铁的磁悬浮体(简称浮体)4、浮距调节电磁线圈3及导磁铁芯2等部件。所述浮体4受力为自身总重量P、浮体4上部永磁材料对导磁铁芯2的磁吸力F。当受力平衡即P＝F时，浮体4实现磁悬浮，此时浮体4与导磁铁芯2之间的磁悬浮距离(简称浮距)D唯一，该磁悬浮距离D可由霍尔元件1测得。

实际上，在应用过程中用户不可能在悬浮产品之前精确地称量出被悬浮物的准确重量P。即使下悬浮系统设置有P参数输入部件，在实际设置P参数时也只能凭操作者经验来估计。在下磁悬浮系统对P值设置的容差范围内，虽然系统也能将物品悬浮，但浮距D不在最佳值，由此导致磁浮的稳定性裕量降低，磁悬浮系统的能耗大幅升高。

因此，有必要在磁悬浮建立之后指示出浮距D是否偏离最佳值，然后由客户微调P值输入值，或由闭环控制系统自动修正浮距的调整参数，最终使浮距D在人工干预或闭环系统调节作用下停留在最佳位置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置及浮体浮距控制装置，有助于使浮体浮距保持在最佳位置。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，一种悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，依次包括一功率检测单元及一比较单元，其中：所述功率检测单元的输入端接入浮体浮距调节电磁线圈，用于检测电磁线圈的当前功率值；所述比较单元的输入端接入所述功率检测单元的输出端，用于将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果，根据该浮体浮距状态判断结果人工或自动调整预设的浮距目标值参数。

较优地，所述功率检测单元为一电磁线圈电压和/或电流检测电路，根据检测的电磁线圈电压和/或电流获得电磁线圈的当前功率值。

较优地，所述功率检测单元包括一滤波电路，用于对检测的电磁线圈电压和/或电流进行滤波。

较优地，所述滤波电路为RC滤波电路。

较优地，所述比较单元包括一运算放大器，所述运算放大器的一输入端接入所述功率检测单元的输出端，另一输入端接入一可调电路的输出端，所述可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳值。

较优地，所述比较单元包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的一输入端和所述第二运算放大器的一输入端共同接入所述功率检测单元的输出端，所述第一运算放大器的另一输入端接入第一可调电路的输出端，所述第二运算放大器的另一输入端接入第二可调电路的输出端，所述第一可调电路和所述第二可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳范围。

较优地，包括一提示单元，所述提示单元接入所述比较单元的输出端，根据浮体浮距状态判断结果输出相应的指示信号。

较优地，所述提示单元包括多个发光二极管，显示时分别表征相应的浮体浮距状态。

在此基础上，本实用新型提供一种悬浮系统的浮体浮距控制装置，包括：

一浮距检测模块，用于检测并输出浮体的悬浮磁铁相对于导磁铁芯的当前浮距信号；

一控制器，根据当前浮距信号计算并输出浮体浮距调节电磁线圈的驱动信号，以通过导磁铁芯产生作用于浮体的电磁力；

一功率检测单元，接入所述电磁线圈，用于检测所述电磁线圈的当前功率值，通过所述控制器将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果，并根据该浮体浮距状态判断结果指示调整预设的浮距目标值。

较优地，所述控制器包括A/D端口、PWM运算单元及PWM驱动单元。

与现有技术相比，本实用新型在磁悬浮建立之后可指示出浮距D是否偏离最佳值，然后由客户微调P值输入值，或由闭环控制系统自动修正浮距的调整参数，最终使浮距D在人工干预或闭环系统调节作用下停留在最佳位置。这样可提高磁浮系统的稳定裕量，降低磁悬浮系统的能耗。

附图说明

图1是一种下悬浮系统的结构示意图；

图2是本实用新型悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置一较优实施例的组成框图；

图3为图2所示悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置的一实现电路；

图4是本实用新型悬浮系统的浮体浮距控制装置的组成框图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，先对磁悬系系统的工作机理进行分析。

对下悬浮系统而言，如果电磁线圈能够提供推力或拉力来控制浮距D，那么最佳浮距必然在电磁线圈出力最小或接近零功耗的位置，在该位置电磁线圈能输出最大的推力F或拉力F来维持浮距不因扰动力的干扰而变化。

对电磁线圈只能提供单向拉力的下悬浮系统而言，其最佳浮距一般可以设置在电磁线圈输入功率约50％的位置。若浮体发生下移，则电磁线圈可输入全功率，使浮体获得相当于电磁线圈最大拉力F的二分之一的向上拉力，从而阻止浮体下移；反之，则电磁线圈最大可全关闭，使浮体获得相当于电磁线圈最大拉力的二分之一的向下推力，从而阻止浮体上移。

根据上述分析可得出如下结论：当下悬浮系统的浮体悬浮建立之后，最佳浮距的检测及指示可以归结为电磁线圈控制功率的检测或指示。由于磁悬浮系统通常采用直流低压稳压电源供电，因此对线圈控制功率的检测指示可以简化为对线圈电流的检测指示。

同理，对于依靠两同极性磁铁排斥力而建立磁悬浮的上悬浮系统，下悬浮系统最佳浮距的概念就转换为X轴、Y轴上悬浮磁铁的最佳圆心概念。在最佳圆心位置上，悬浮磁铁在X、Y两轴座标上的径向逃逸力最小，维持悬浮磁铁悬浮而不逃逸的电磁线圈在X、Y两轴电磁线圈的驱动功率也是最少的。

参见图2，为本实用新型悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置一较优实施例的组成框图。该浮体最佳浮距检测装置依次包括一功率检测单5及一比较单元6，其中：功率检测单元5，的输入端接入浮体浮距调节电磁线圈3，用于检测电磁线圈的当前功率值；比较单元6的输入端接入功率检测单元5的输出端，用于将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果，根据该浮体浮距状态判断结果人工或自动调整预设的浮距目标值参数。

此外，优选地设置提示单元7，它接入比较单元6的输出端，根据浮体浮距状态判断结果输出相应的指示信号，收到相应的指示信号时，就可以相应地通过人工调整P值(或经转换后的D值)，及通过闭环控制系统调整其它控制参数。

所述功率检测单元5为一电磁线圈电压和/或电流检测电路，根据检测的电磁线圈电压和/或电流获得电磁线圈的当前功率值。而由于悬浮系统通常采用直流低压稳压电源供电，因而仅需电磁线圈的电流即可。

参见图3，为悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置的一实现电路实施例。其中：

功率检测单元5包括由一滤波电路，具体为由电阻R1、电容C1构成的RC滤波电路，用于对检测的电磁线圈电压和/或电流进行滤波。

比较单元6包括双限运算放大器，可以检测出电磁线圈的电流(功率)是否处于设定(最佳)区间。具体包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，其中：第一运算放大器A1的一输入端和第二运算放大器A2的一输入端共同接入功率检测单元5的输出端；第一运算放大器A1的另一输入端接入由电阻R2、R3及可调电阻RW-H构成的第一可调电路的输出端，第二运算放大器A2的另一输入端接入R4、R5及可调电阻RW-L构成的第二可调电路的输出端；第一可调电路和第二可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳范围，移动RW-H、RW-L的滑头位置即可调整浮距驱动功率的最佳值范围。

提示单元7包括多个发光二极管，显示时分别表征相应的浮体浮距状态，其中：发光二极管LED-H通过电阻R6接入第一运算放大器A1的输出端，当电磁线圈的功率超出预设最佳值上限时发光；发光二极管LED-L通过电阻R7接入第二运算放大器A2的输出端，当电磁线圈的功率超出预设最佳值下限时发光；发光二极管LED-M通过电阻R8接入第一运算放大器A1的输出端和第二运算放大器A2的输出端之间，当电磁线圈的功率处于预设最佳值区间时发光。这样，根据这些二极管的显示指示，用户便可通过微调P值设置的旋钮，使电磁线圈的电流(表征浮距)处于最佳值。

以下对图3所示电路的工作原理及工作过程简要进行描述。

电路输入端与磁悬浮驱动电磁线圈的一端连接，以得到驱动方波的幅值及占空比信息。当整体电路采用稳压电源供电时，驱动方波脉冲(PWM信号)的占空比就代表了电压/电流的大小，从而也代表了功率。该驱动方波脉冲经RC滤波后的电压值VC与驱动电磁线圈的功率成正比。

电阻RW-H、RW-L分别用于给定最佳悬浮驱动功率(即最佳浮距)的上限PW-H及下限PW-L。

A1、A2两只运算放大器组成典型的窗口运算放大器：当实际驱动功率低于设定的最佳功率下限时，LED-L亮灯指示；高于最佳功率设定上限时，LED-H亮灯指示；当实际驱动功率合适(最佳)，即D值最佳时LED-M亮灯指示。由此，根据LED灯的指示用户可以微调给定的P值，最终使实际驱动功率(浮距D)处于最佳状态。

此外，比较单元6也可仅为单限运算放大器，其一输入端接入功率检测单元5的输出端，另一输入端接入一可调电路的输出端该可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳值，由此可以检测出电磁线圈的电流(功率)是否处于较小(最佳)，实现最佳浮距指示。

图3是只能提供单向拉力的悬浮系统中，用于指示浮体浮距是否最佳的电路案例。当然，这一电路也可推广到可提供双向拉力/推力的悬浮系统之中，且既可适应于下悬浮系统，也可适应于上悬浮系统。在此不再赘述。

在最佳功率(浮距)的检测及指示的问题解决之后，可以将最佳功率(浮距)作为闭环系统的给定值，在浮体悬浮状态建立之后，由闭环的功率调节系统来实现最佳功率(浮距)的自动控制，简述如下：

参见图4，为本实用新型悬浮系统的浮体浮距控制装置的组成框图。该控制装置包括：

一浮距检测模块8，用于检测并输出浮体的悬浮磁铁9相对于导磁铁芯的当前浮距信号；

一控制器10，用于根据当前浮距信号计算并输出浮体浮距调节电磁线圈的驱动信号，以通过导磁铁芯产生作用于浮体的电磁力；

一功率检测单元5，接入电磁线圈3，用于检测所述电磁线圈的当前功率值，通过控制器10将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果；根据该浮体浮距状态判断结果，可指示调整预设的浮距目标值D，具体是通过设定P值并经转换之后得到。

该控制装置包括两路通信信号，一路是建立磁悬浮时的通信信号，另一路是磁悬浮稳定后的通信信号。

而控制器10可由运算放大器等电子元器件来实现，也可由包括A/D端口(图未示出)、PWM运算单元101及PWM驱动单元102的单片机系统及软件模块实现。其中，为了实现闭环控制，需更给控制器10给定P值(或经转换后的D值)以及最佳功率值。

以上实施例，在磁悬浮建立之后可指示出浮距D是否偏离最佳值，然后由客户微调P值输入值，或由闭环控制系统自动修正浮距的调整参数，最终使浮距D在人工干预或闭环系统调节作用下停留在最佳位置。这样，可提高磁浮系统的的稳定裕量，降低磁悬浮系统的能耗。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，包括一功率检测单元及一比较单元，其中：所述功率检测单元的输入端接入浮体浮距调节电磁线圈，用于检测电磁线圈的当前功率值；所述比较单元的输入端接入所述功率检测单元的输出端，用于将电磁线圈的当前功率值与预设的最佳浮距驱动功率比较，获得浮体浮距状态判断结果，根据该浮体浮距状态判断结果人工或自动调整预设的浮距目标值参数。

2.如权利要求1所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述功率检测单元为一电磁线圈电压和/或电流检测电路，根据检测的电磁线圈电压和/或电流获得电磁线圈的当前功率值。

3.如权利要求2所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述功率检测单元包括一滤波电路，用于对检测的电磁线圈电压和/或电流进行滤波。

4.如权利要求3所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述滤波电路为RC滤波电路。

5.如权利要求1所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述比较单元包括一运算放大器，所述运算放大器的一输入端接入所述功率检测单元的输出端，另一输入端接入一可调电路的输出端，所述可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳值。

6.如权利要求1所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述比较单元包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的一输入端和所述第二运算放大器的一输入端共同接入所述功率检测单元的输出端，所述第一运算放大器的另一输入端接入第一可调电路的输出端，所述第二运算放大器的另一输入端接入第二可调电路的输出端，所述第一可调电路和所述第二可调电路的输出参数表征浮距驱动功率的最佳范围。

7.如权利要求1～6任一项所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，包括一提示单元，所述提示单元接入所述比较单元的输出端，根据浮体浮距状态判断结果输出相应的指示信号。

8.如权利要求7所述的悬浮系统的浮体最佳浮距检测装置，其特征在于，所述提示单元包括多个发光二极管，显示时分别表征相应的浮体浮距状态。

9.一种悬浮系统的浮体浮距控制装置，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的悬浮系统的浮体浮距控制装置，其特征在于，所述控制器包括A/D端口、PWM运算单元及PWM驱动单元。