CN206148017U - 一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪 - Google Patents

Abstract

一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，电梯导轨1由法兰座7固定在梯井支架8，加速度(速度)检测模块3、质量检测模块6和霍尔元件5分别安装在仿真轿厢顶、梯井支架8底部和侧壁。仿真轿厢9与单相异步直线电机10固定连接，随电梯导轨作垂直运动。控制处理模块13接收、存储加速度(速度)、位置和仿真轿厢载重信息，并对单相异步直线电机10完成加减速、匀速及悬停控制。控制处理模块13包含控制算法设计部与算法评估部两个核心功能模块。控制算法可上传至控制处理模块。显示模块14可显示电梯运行信息、控制算法信息和算法评估结果。本实用新型可用于传感器教学、磁悬浮电梯控制演示、电机控制演示、电机控制算法调试等教学活动中，提升教学效果。

Description

一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪

技术领域

本实用新型涉及一种教学仪器，特别涉及一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，该示教仪可用于磁悬浮电梯运行控制原理演示，提供学生进行控制算法调试的实物仿真平台。

背景技术

磁悬浮电梯基于电磁感应原理，由于免除了钢丝绳等磨损部件，受到广泛关注。电梯属于特种设备，难以搬进教学课堂。现场调试机会缺乏使得学生在掌握磁悬浮电梯控制原理时，仅能通过课本或软件仿真进行，老师讲解困难，学生缺乏实践动手机会。目前，关于磁悬浮电梯控制设备的报道较少，市场上也没有相关磁悬浮电梯控制示教产品销售。基于上述现状，有必要研发一套实物仿真设备，能够用于磁悬浮电梯控制原理讲解与演示，提供学生控制算法设计与调试的实物仿真平台，由此引出了本实用新型技术方案。

发明内容

针对现有技术中的不足，本实用新型的目的是提供一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，该示教仪可以向学生演示磁悬浮电梯控制原理，提供学生进行控制算法设计与调试的实物仿真平台。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，主要包括内容如下：

(1)该示教仪包括单相异步直线电机、电梯导轨、仿真轿厢、梯井支架以及传感器检测与控制单元等主要部件，电梯导轨被法兰座固定在梯井支架。

(2)加速度(速度)检测模块可以检测仿真轿厢的运行加速度和速度；基于霍尔元件的位置检测模块可以检测轿厢的运行位置；质量检测模块可以获得仿真轿厢的载重。

(3)轿厢载重信息、位置信息通过(信号)导线发送到控制处理模块，加速度(速度)信息通过无线通信模块发送到控制处理模块。

(4)控制单元的控制算法，能够结合传感器检测信息对直线电机进行控制，模拟电梯完成加减速、匀速、悬停运行，实现模拟磁悬浮电梯运行控制演示。

(5)控制处理模块支持程序上传调试，为学生提供算法调试平台，控制处理模块具有数据存储功能，可以存储仿真轿厢的运行数据。控制处理模块具有控制算法评估功能可根据运行数据，对不同控制算法进行性能比较。

本实用新型的效果是：能够实现仿真轿厢沿导轨在模拟电梯井道内进行匀速运行，模拟电梯加减速、匀速运行并在不同楼层停靠，完成悬停。对单相异步直线电机的反馈控制、磁悬浮电梯的运行控制机理进行演示。质量检测模块、霍尔元件、加速度(速度)传感器的检测分别能够提供控制处理模块轿厢的载重信息、运行位置信息和速度、加速度信息。多类传感器的使用有助于教学活动对传感器的讲解演示。控制处理模块能够对仿真电梯运行过程信息(速度、加速度)和轿厢载重信息进行记录存储，并设计有控制算法评估部对控制算法性能进行评估，控制程序可上传，方便学生基于该仿真实物平台设计、调试控制算法。本实用新型可用于传感器教学、磁悬浮电梯控制演示、电机控制演示、电机控制算法设计与调试等教学活动中，有效提升教学效果。

附图说明

图1是本实用新型的示教仪系统立体结构图。

图2是本实用新型的示教仪控制处理模块功能框图。

具体实施方式

下面结合具体附图1、和附图2对本实用新型作进一步说明。

图1是本实施方案的示教仪系统立体结构图。

图2是本实施方案的示教仪控制处理模块功能框图。

如图1所示，示教仪结构系由电梯导轨1、无线通信模块2、加速度(速度)传感器3、磁铁块4、霍尔元件5、质量检测模块6、法兰座7、梯井支架8、仿真轿厢9、单相异步直线电机10、电机控制线11、电机驱动模块12、控制处理模块13、显示模块14、导线15、220V电源16、数据线17、按键18组成。

电梯导轨1、法兰座7、梯井支架8、仿真轿厢9、单相异步直线电机10构成示教仪基本物理结构，法兰座7用于将电梯导轨1固定于梯井支架8上。示教仪在运行过程中，220V电源16对电机驱动模块12进行供电。按键18发送控制指令经数据线17至控制处理模块13，产生控制信号再通过数据线17发送给电机驱动模块12，电机驱动模块通过电机控制线11驱动单相异步直线电机10，控制仿真轿厢9加减速、匀速与悬停运行。

加速度(速度)传感器3、磁铁块4、霍尔元件5、质量检测模块6用于示教仪系统运行数据采集，霍尔元件5通过感应磁铁块4测量轿厢位移量，质量检测模块6用于测量轿厢总重量(载重)，加速度(速度)传感器3用于测量轿厢运行过程中的加速度(速度)，无线通信模块2将加速度(速度)数据发送给控制处理模块13，而轿厢位移量、载重均通过导线15传输到控制处理模块13。

如图2所示，控制处理模块完成了本示教仪的核心功能。从逻辑功能角度划分，其由控制处理单元19、数据存储部20、控制算法设计部21和算法评估部22组成。控制处理单元19将采集到的加速度(速度)信息、位置、质量等运行信息存储在数据存储部20，存储方式可以是SD卡、硬盘存储、云端存储。控制算法设计部21可以上传至控制处理单元19，并根据数据存储部20中的历史运行数据设计控制算法，即控制处理单元19结合加速度(速度)、位置信息以及仿真轿厢载重信息，可支持设计、调试不同的控制算法。算法评估部22同样作为控制处理模块13的重要组件，可以根据数据存储部20中仿真轿厢的运行数据(不同控制算法)，比较控制算法的控制性能。控制算法的评估指标可以是控制精度J_c，悬停精度J_end，控制舒适度J_a。以下分别定义J_c、J_end和J_a：

J_end＝s_n-s_r(end)，

其中，t表示仿真轿厢运行过程的时间变量，1，2…n表示运行全过程所用时间，v_t和s_t表示运行速度和运行位移，v_r和s_r表示目标运行速度和目标运行位移，事先可以由运行曲线给出。J_c表示控制精度，包括速度跟踪精度J_c1和位移跟踪精度J_c2。s_n表示末端悬停时的位置，s_r(end)表示目标末端悬停位置，J_end表示末端的悬停精度。a_cmft模拟人体舒适加速度，既不能太大也不能过小，太小会使运行时间过长，a_t表示实际控制加速度，J_a反映了仿真电梯的控制舒适度。

图1中的显示模块14用于显示控制处理模块13检测的传感器信息、控制参数以及算法评估信息，提供示教对象可视化反馈信息。

Claims (4)

1.一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，其特征在于，

1.1所述示教仪包括电梯导轨(1)、无线通信模块(2)、加速度检测模块(3)、磁铁块(4)、霍尔元件(5)、质量检测模块(6)、法兰座(7)、梯井支架(8)、仿真轿厢(9)、单相异步直线电机(10)、电机控制线(11)、电机驱动模块(12)、控制处理模块(13)、显示模块(14)、导线(15)、220V电源(16)、数据线(17)、按键(18)；

1.2电梯导轨(1)由法兰座(7)固定在梯井支架(8)上，霍尔元件(5)等距安装在梯井支架(8)侧壁，加速度检测模块(3)安装在仿真轿厢(9)顶，仿真轿厢(9)与单相异步直线电机(10)固定连接，随电梯导轨(1)作垂直运动，单相异步直线电机(10)通过电机驱动模块(12)由220V电源(16)供电，控制处理模块(13)通过电机控制线(11)对单相异步直线电机(10)进行控制，霍尔元件(5)、质量检测模块(6)通过有线方式，加速度检测模块(3)通过无线通信模块(2)向控制处理模块(13)发送位置信息、仿真轿厢载重信息以及加速度信息，控制处理模块(13)将接收信息存储在数据存储部(20)。

2.根据权利要求1所述的一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，其特征在于，基于单相异步直线电机电磁感应原理，控制直线电机运动，用于磁悬浮电梯匀速、加减速、悬停演示。

3.根据权利要求1所述的一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，其特征在于，控制处理单元(19)将仿真轿厢运行数据存储在数据存储部(20)，存储方式可以是SD卡、硬盘存储、云端存储，数据存储部(20)与控制处理单元(19)的接口可以是串口、以太网口。

4.根据权利要求1所述的一种多功能磁悬浮电梯控制示教仪，其特征在于，控制处理单元(19)可以是单片机或ARM运算处理单元及其相关外围电路。