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《磁懸浮系統(tǒng)研究設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、木系統(tǒng)所采用的磁懸浮裝置是由控制器、電磁鐵、渦流位移動器、電壓/電流傳感器、整流電路、功率放大器和懸浮機構(gòu)（鐵盤）等組成。其示意圖如圖2?1所示。三個相同的電磁鐵固定在懸浮支架上，在每個電磁鐵兩側(cè)對稱平行的安裝兩個型號相同的位置傳感器（為簡便起見，圖屮每點只畫了一個傳感器），并且保證位置傳感器的下平面和懸浮體的平面相平行，以使得傳感器檢測到的懸浮距離為真正的懸浮氣隙長度。懸浮鐵盤位于磁鐵下方，采用圓環(huán)的結(jié)構(gòu)，這樣就避免了懸浮體在水平位置上的偏移，大大減小了懸浮系統(tǒng)磁懸浮實驗裝置的閉環(huán)控制系統(tǒng)組成
2、如圖2?2所示。電磁鐵纏繞導線圈，鐵磁體及其與懸浮體Z間的氣隙形成了閉合冋路。當電磁鐵繞組中通過電流時，氣隙內(nèi)產(chǎn)生電磁場，從而會對懸浮體產(chǎn)生電磁吸力。當三個電磁鐵吸力之和大于懸浮鐵盤重力時，鐵盤上升，鐵盤懸浮起來。因此，控制電磁鐵繞組中的電流大小，使其產(chǎn)生的電磁力和鐵盤重力相等，鐵盤就可以懸浮在空中，處于懸浮狀態(tài)了。但是，這種平衡是暫態(tài)的，由于電磁鐵和懸浮體之間的電磁力大小與它們距離的平方成反比（下一章將進行推導），即距離越小作用力越大，距離越大作用力越小，所以該系統(tǒng)只要受到極微小的擾動，就會破
3、壞這種平衡，導致鐵盤掉下來，或者和電磁鐵吸附到一起。因此要使懸浮體實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，就必須根據(jù)懸浮體的懸浮狀態(tài)連續(xù)不斷地調(diào)節(jié)磁場，這可以通過改變電磁鐵線圈的電流來實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用渦流傳感器來檢測懸浮體偏移平衡位置的距離，將檢測信號以電壓的形式反饋給控制器，經(jīng)過一系列的控制算法后，得到控制量，輸出給功率放大器，功放控制電磁鐵內(nèi)部電流的人小，控制電流修正屯磁鐵中產(chǎn)生的電磁力，使電磁吸力和懸浮體重力相等，從而維持鐵盤的懸浮位置穩(wěn)定不變。位移傳感器是磁懸浮系統(tǒng)中的關(guān)鍵元素，它用來測量懸浮體與電磁鐵之間氣隙的
4、長度，要想獲得高精度的測量數(shù)據(jù)，就要求傳感器有很高的靈敏度、分辨率以及反應速度。雖然現(xiàn)在有很多的傳感器可供我們選擇，但是，還是受到很多限制，比如說大小、價格等方面。我們應該選擇適合本懸浮系統(tǒng)的傳感器。電磁懸浮的特點決定了用于檢測反饋信號的傳感器必須是非接觸式的。電渦流傳感器以其一系列優(yōu)點，如它可以用于所有的導電材料，結(jié)構(gòu)小巧，有很強的抗干擾能力，較寬的溫度范圍，高的測量精度利頻率響應等，被廣泛的應用于現(xiàn)在的檢測中。從目前磁懸浮系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀來看，還有一種差動電感式傳感器也具有很大的優(yōu)勢。這種傳感
5、器是基于非接觸式的變壓器原理，由于其結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，靈敏度較高，冃前得到了普遍重視。國內(nèi)在差動電感位移傳感器方面僅限于接觸式的，而在非接觸式差動電感式傳感器的應用研究和生產(chǎn)方面尚屬空白。由于上述原因，大多數(shù)研究者采用電渦流位移傳感器。電渦流位移傳感器的靈敏度和線性度可以滿足一般電磁懸浮系統(tǒng)的要求，但如果在每個懸浮點采用單個傳感器，就會出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)的原因而產(chǎn)生的測量誤差，使控制精度降低。因此,對于高精度的電磁懸浮系統(tǒng)來說，其靈敏度和線性度等技術(shù)指標距離要求都還有一定的差距。鑒于上述分析，本
6、系統(tǒng)屮采用兩個渦流傳感器對稱的設置在每個懸浮點兩側(cè)，將兩者的轉(zhuǎn)換值平均后作為反饋信號，以滿足系統(tǒng)對靈敏度和線性度等技術(shù)指標的要求。在此系統(tǒng)中，我們選擇的是北京盛辿振通科技有限公司生產(chǎn)的S2900型一體化電渦流位移傳感器。該傳感器的基本工作系統(tǒng)由探頭、延伸電纜、前置器以及被測體構(gòu)成。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會全部損失；當有被測金展體靠近這一磁場，則在此金屬表而產(chǎn)生感應電流，電磁學上
7、稱之為電渦流。與此同時該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻屯流的幅度和相位得到改變(線圈的有效阻抗)，這一變化與金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導體的電導率&、磁導率2、尺寸因子丫、頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、屯流強度I和頻率3參數(shù)來描述則線圈特征阻抗可用Z=F(T,J6,D,T,3)函數(shù)來表
8、示。通常我們能做到控制T,6,T,3這幾個參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗z的變化，即頭部體線圈與金屬導體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)測量
