斥力式混合磁懸浮體的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳嘉淏，李冰林，高 峰

(南京林業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，南京210037)

0 引 言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是工業(yè)化的進(jìn)程，各種驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)其體積、成本、環(huán)境污染等要求越來(lái)越高，混合磁懸浮技術(shù)采用電磁和永磁混合驅(qū)動(dòng)，可以減小裝置體積、實(shí)現(xiàn)懸浮位置可控，具有無(wú)摩擦、噪音低，能高速運(yùn)轉(zhuǎn)等特性［1］。在中國(guó)制藥、工業(yè)、食品、國(guó)防等眾多行業(yè)和領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間和市場(chǎng)前景［2］。在各類(lèi)磁懸浮控制裝置中，需使控制對(duì)象的懸浮位置可控，同時(shí)為了滿足實(shí)際需求，精度和穩(wěn)定性控制顯得十分重要［3］。同時(shí)在開(kāi)發(fā)磁懸浮系統(tǒng)控制平臺(tái)與臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)對(duì)其參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有利于系統(tǒng)調(diào)試以及直觀地觀測(cè)到系統(tǒng)運(yùn)行的效果和穩(wěn)定性［4］。

本文以斥力式混合磁懸浮系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)霍爾傳感電路來(lái)檢測(cè)懸浮體的移動(dòng)，采用四象限H橋驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁線圈的驅(qū)動(dòng)，采用PID控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮體的懸浮位置的穩(wěn)定性控制。設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件對(duì)磁懸浮體運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)和控制參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)地獲取磁懸浮體的位置和控制電流參數(shù)值，獲得磁懸浮體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為其控制提供保證。

1 混合磁懸浮體的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

斥力式混合磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)外圈為永磁環(huán)，永磁環(huán)內(nèi)圈均布4個(gè)電磁線圈，還包含圓柱永磁懸浮體和檢測(cè)3個(gè)方向位移大小的霍爾傳感器。當(dāng)懸浮體處于中心時(shí)，永磁環(huán)給懸浮體提供偏置磁場(chǎng)，在軸向產(chǎn)生推力的同時(shí)，在徑向會(huì)對(duì)懸浮體四周產(chǎn)生一個(gè)向心推力，由于這個(gè)推力在懸浮體四周均勻產(chǎn)生，使懸浮體在徑向所受的力基本抵消達(dá)到平衡［5］。……