磁悬浮地球仪控制装置研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要磁悬浮地球仪是一种典型的机电一体化系统，其中的控制器和执行器是磁悬浮控制系统至关重要的环节。因此，本论文以磁悬浮球系统的控制器和执行器为主，对磁悬浮球控制与执行器进行了研究。介绍磁悬浮球系统工作原理、磁路定律和磁场区域产生磁力的动力学模型，然后在与传统的永磁电磁混合悬浮控制方式比较基础上，对系统的控制原理进行了数学描述，据此开发了一套磁悬浮球实验装置。在系统电路设计中，主要介绍了功率放大电路以及磁力控制电路两部分。功率放大电路中，通过对比选取了以IGBT为高频开关元件的方案，由专用的驱动器EXB840来驱动，外加过流检测，过压和过流保

2、护电路构成了系统的功率放大电路。对驱动电路和过压、过流保护电路的要求进行了分析。磁力控制电路中，设计了系统的闭环控制方案。以霍尔传感器作为磁力采集器，LM324运算放大器构成比较放大器，将取样信号与采集信号进行差动放大的结果作为调整电路的输入。调整电路与比较放大电路构成负反馈控制系统，通过负反馈来实现将输出限定于设定的系统稳定工作域内。在此基础上，对系统的控制和功率放大部分进行了调试，分析了实验调试过程，选取了两个不同质量的球体进行实验，将实验与预期结果进行比较，分析了实验与预期结果的差异成因，并针对原设计存在的不足提出了优化方案，最后进行了实验验证。关键词：磁

3、悬浮球IGBTEXB840TL494负反馈控制I华中科技大学硕士学位论文AbstractThemagneticlevitationglobeisoneoftypicalmechatronicssystems,amongwhichtheperformanceofthecontrollerandexecutingpartareveryimportant.Sothisthesisfocusesonthecontrollerandexecutingpartofthemagneticlevitationballsystemandresearchforitscontrola

4、ndexecutingsystem.Initially,introducethemagneticlevitationballsystem’sworkingprinciple,magneticfieldlawanddynamicsmodelofmagneticforce.Onthebasisofcomparingwiththetraditionalpermanentmagneticandelectromagneticmix-suspendcontrolmode,describethesystemcontrolprinciplewithmathematicmodel

5、,thenasetofmagneticlevitationballexperimentaldeviceisdeveloped.Inthesystemdesign,wemostlyrecommendthepoweramplifiercircuitandthemagneticforcecontrollingcircuit.Inthethepoweramplifiercircuit,aftercomparingwiththeotherscheme,wechoosethehighfrequencyswitchcircuittakingIGBTasmainswitchco

6、mponent.It’sdrivenbythespecialdriverEXB840circuit,whichcancontainfunctionsdetectingovercurrent,protectingovercurrentandovervoltage,composethepoweramplifier.therequirestodrive,overcurrentandovervoltageprotectingcircuitofpoweramplifierisanalyzed.Inthethemagneticforcecontrollingcircuit,

7、Designedaclosedloopcontrolschemeofthesystem.Usethehallsensor,whichisacollectionpartofthemagneticforce,composetheoperatingamplifierLM324ascomparativeamplifier.sendtheresult,whichisdifferentlymagnifiedbetweenthesamplingsignalandcollectingsignal,totheadjustingcircuitasitsinput.Theadjust

8、ingcircuitan