磁悬浮实验系统与原理

一、概 述

“磁悬浮实验系统”是研究磁悬浮技术的平台，它是一个典型的吸浮式悬浮系统。学生在用本实验系统进行综合实验后可掌握以下内容：控制对象的运动方程；磁悬浮系统的电磁力模型；电磁铁中控制电压与电流的模型；电磁铁绕组上的瞬时电感与气隙间的关系；球体平衡时的边界条件；系统数学模型的建立；MATLAB下数学模型的建立；Simulink仿真；磁悬浮的时、频域分析；PID控制器设计与调节；PSD位置传感器的特性；磁悬浮系统的开环与闭环控制；磁悬浮实验原理；磁悬浮系统的实时控制。

二、特 点

1.本实验系统的硬件部分由实验箱、控制对象和采集卡组成；

2.软件部分采用MATLAB6.5软件，可通过上位机软件对系统进行控制，参数修改方便；

3.可通过数据采集卡采集数据，过程自动控制；

4.线圈驱动电路的输入端、反馈信 的输出端均单独引出，以后扩展其它控制方式方便。

三、技术性能

1.输入电源：单相三线 ～220V±10% 50Hz

2.工作环境：温度 -10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔＜4000m

四、装置配备

本实验系统主要由磁悬浮实验对象、磁悬浮信 处理实验箱、数据采集卡和上位机软件四部分组成。各部分介绍如下：

（一）磁悬浮实验对象

由电磁铁、位置检测器、光源、磁浮球和底座组成，采用全铝结构，结构坚固。具体功能如下：

电磁铁

用于对磁浮球产生吸力，实现磁浮球的吸浮。

磁浮球

作为实验时的控制对象，在进行闭环控制时，磁浮球稳定悬浮在电磁铁与底座之间的某一位置。

位置检测器和光源

位置检测器的可检测位置范围为0～20mm，接收红外光峰值波长为940nm，能有效避免环境光的影响。位置检测器和光源分别固定在磁浮球的左右两侧，当磁浮球的顶端与电磁铁铁芯底端接触时，位置检测器、光源和磁浮球的中心线在同一水平位置。

底座：通过调节底座上的平衡螺钉可以使磁悬浮实验对象保持水平。

（二）磁悬浮信 处理实验箱

实验箱为铝合金机箱，内部采用环氧树脂线路板，包括PSD信 处理单元(增益与零位调节)、数据采集接口和线圈驱动电路。

（三）数据采集卡

采用PCI1711数据采集卡，其技术特征如下：采样频率为350k，接口单元留有4路模拟量输入，转换精度为14位，2路模拟量输出。

（四）上位机软件

在MATLAB6.5软件平台上编写的仿真和控制程序。

五、实验项目（用户需自配MATLAB6.5和VC++6.0软件）

1.系统建模及仿真

2.经典控制理论实验

(1)传感器特性的测量

(2)磁悬浮的时、频域分析实验

(3)PID控制器设计与调节

3.磁悬浮系统的实时控制