磁懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、概述
“磁懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”是研究磁懸浮技術(shù)的平臺(tái)，它是一個(gè)典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。學(xué)生在用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)后可掌握以下內(nèi)容：控制對象的運(yùn)動(dòng)方程；磁懸浮系統(tǒng)的電磁力模型；電磁鐵中控制電壓與電流的模型；電磁鐵繞組上的瞬時(shí)電感與氣隙間的關(guān)系；球體平衡時(shí)的邊界條件；系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；MATLAB下數(shù)學(xué)模型的建立；Simulink仿真；磁懸浮的時(shí)、頻域分析；PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)；PSD位置傳感器的特性；磁懸浮系統(tǒng)的開環(huán)與閉環(huán)控制；磁懸浮實(shí)驗(yàn)原理；磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

二、特點(diǎn)
    1.本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件部分由實(shí)驗(yàn)箱、控制對象和采集卡組成；
    2.軟件部分采用MATLAB6.5軟件，可通過上位機(jī)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行控制，參數(shù)修改方便；
    3.可通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，過程自動(dòng)控制；
    4.線圈驅(qū)動(dòng)電路的輸入端、反饋信號的輸出端均單獨(dú)引出，以后擴(kuò)展其它控制方式方便。
三、技術(shù)性能
    1.輸入電源：單相三線～220V±10% 50Hz
    2.工作環(huán)境：溫度 -10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
四、裝置配備
   本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由磁懸浮實(shí)驗(yàn)對象、磁懸浮信號處理實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)軟件四部分組成。各部分介紹如下：
（一）磁懸浮實(shí)驗(yàn)對象
    由電磁鐵、位置檢測器、光源、磁浮球和底座組成，采用全鋁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。具體功能如下：
電磁鐵
    用于對磁浮球產(chǎn)生吸力，實(shí)現(xiàn)磁浮球的吸浮。
磁浮球
   作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的控制對象，在進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，磁浮球穩(wěn)定懸浮在電磁鐵與底座之間的某一位置。
位置檢測器和光源
    位置檢測器的可檢測位置范圍為0～20mm，接收紅外光峰值波長為940nm，能有效避免環(huán)境光的影響。位置檢測器和光源分別固定在磁浮球的左右兩側(cè)，當(dāng)磁浮球的頂端與電磁鐵鐵芯底端接觸時(shí)，位置檢測器、光源和磁浮球的中心線在同一水平位置。
底座：通過調(diào)節(jié)底座上的平衡螺釘可以使磁懸浮實(shí)驗(yàn)對象保持水平。

（二）磁懸浮信號處理實(shí)驗(yàn)箱
    實(shí)驗(yàn)箱為鋁合金機(jī)箱，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂線路板，包括PSD信號處理單元(增益與零位調(diào)節(jié))、數(shù)據(jù)采集接口和線圈驅(qū)動(dòng)電路。
（三）數(shù)據(jù)采集卡
    采用PCI1711數(shù)據(jù)采集卡，其技術(shù)特征如下：采樣頻率為350k，接口單元留有4路模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度為14位，2路模擬量輸出。
（四）上位機(jī)軟件
    在MATLAB6.5軟件平臺(tái)上編寫的仿真和控制程序。
五、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（用戶需自配MATLAB6.5和VC++6.0軟件）
    1.系統(tǒng)建模及仿真
    2.經(jīng)典控制理論實(shí)驗(yàn)
    (1)傳感器特性的測量
    (2)磁懸浮的時(shí)、頻域分析實(shí)驗(yàn)
    (3)PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)
    3.磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制