磁懸浮實驗系統(tǒng)

一、概述
“磁懸浮實驗系統(tǒng)”是研究磁懸浮技術的平臺，它是一個典型的吸浮式懸浮系統(tǒng)。學生在用本實驗系統(tǒng)進行綜合實驗后可掌握以下內容：控制對象的運動方程；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電感與氣隙間的關系；球體平衡時的邊界條件；系統(tǒng)數(shù)學模型的建立；MATLAB下數(shù)學模型的建立；Simulink仿真；磁懸浮的時、頻域分析；PID控制器設計與調節(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；磁懸浮實驗原理；磁懸浮系統(tǒng)的實時控制。

二、特點
    1.本實驗系統(tǒng)的硬件部分由實驗箱、控制對象和采集卡組成；
    2.軟件部分采用MATLAB6.5軟件，可通過上位機軟件對系統(tǒng)進行控制，參數(shù)修改方便；
    3.可通過數(shù)據采集卡采集數(shù)據，過程自動控制；
    4.線圈驅動電路的輸入端、反饋信號的輸出端均單獨引出，以后擴展其它控制方式方便。
三、技術性能
    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
   本實驗系統(tǒng)主要由磁懸浮實驗對象、磁懸浮信號處理實驗箱、數(shù)據采集卡和上位機軟件四部分組成。各部分介紹如下：
（一）磁懸浮實驗對象
    由電磁鐵、位置檢測器、光源、磁浮球和底座組成，采用全鋁結構，結構堅固。具體功能如下：
電磁鐵
    用于對磁浮球產生吸力，實現(xiàn)磁浮球的吸浮。
磁浮球
   作為實驗時的控制對象，在進行閉環(huán)控制時，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，當磁浮球的頂端與電磁鐵鐵芯底端接觸時，位置檢測器、光源和磁浮球的中心線在同一水平位置。
底座：通過調節(jié)底座上的平衡螺釘可以使磁懸浮實驗對象保持水平。

（二）磁懸浮信號處理實驗箱
    實驗箱為鋁合金機箱，內部采用環(huán)氧樹脂線路板，包括PSD信號處理單元(增益與零位調節(jié))、數(shù)據采集接口和線圈驅動電路。
（三）數(shù)據采集卡
    采用PCI1711數(shù)據采集卡，其技術特征如下：采樣頻率為350k，接口單元留有4路模擬量輸入，轉換精度為14位，2路模擬量輸出。
（四）上位機軟件
    在MATLAB6.5軟件平臺上編寫的仿真和控制程序。
五、實驗項目（用戶需自配MATLAB6.5和VC++6.0軟件）
    1.系統(tǒng)建模及仿真
    2.經典控制理論實驗
    (1)傳感器特性的測量
    (2)磁懸浮的時、頻域分析實驗
    (3)PID控制器設計與調節(jié)
    3.磁懸浮系統(tǒng)的實時控制