一种悬浮高度可调控的磁悬浮装置及调控方法与流程

本发明涉及磁悬浮设备，特别涉及一种悬浮高度可调控的磁悬浮装置及调控方法。

背景技术：

1、目前，磁悬浮装置一般悬挂型或者斥力型。悬挂型悬浮装置通过磁铁的异性相吸原理，来达到所悬挂物的重量和吸力平衡；斥力型悬浮装置通过磁铁的同性相斥原理，来达到悬浮物重量与斥力平衡。现有的磁悬浮装置在寻找悬浮体的悬浮平衡点较为困难，基本只能保障悬浮体在一预定高度的基准面位置内保持悬浮平衡，同时在平衡状态下，受到外界微小的干扰都会造成悬浮装置的“失衡”。现有悬浮装置对于悬浮体的悬浮平衡控制不佳。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

2、一种悬浮高度可调控的磁悬浮装置，包括：悬浮体，以及设置于底座的悬浮线圈、位移传感器、导向线圈和控制主板；

3、所述悬浮体中包括有第一磁体；

4、所述位移传感器与所述控制板连接，位移传感器用于感知悬浮体的位置偏差；

5、所述悬浮线圈包括有悬浮线圈，悬浮线圈通电后以提供悬浮体所需悬浮力；

6、所述导向线圈分布于悬浮线圈外周，导向线圈通电后以提供悬浮体发生偏移后的纠偏力；

7、所述导向线圈和悬浮线圈均与所述控制主板连接；控制主板以把控悬浮线圈和导向线圈的通电控制。

8、悬浮线圈通电后可以依据所述位移传感器感知的位置偏差提供悬浮体所需悬浮力；位移传感器用于获取悬浮体在悬浮方向的悬浮间隙值，以及水平面上两个正交轴方向上的间隙值；控制主板用于悬浮线圈的通电控制，悬浮线通电后可以根据悬浮体与底座之间的间隙，以及悬浮体的重量产生悬浮吸力或悬浮斥力；间隙由所述位移传感器提供，位移传感器与控制主板连接；

9、进一步地，所述悬浮线圈中设置有铁芯和第二磁体；所述第二磁体与所述第一磁体的极性相反。

10、进一步地，悬浮线圈外周布置有四件导向线圈，四件导向线圈呈对角分布。

11、进一步地，导向线圈中设置有铁芯和永磁体。

12、进一步地，控制主板中设置有pid控制器，所述悬浮线圈与pid控制器连接；pid控制器借助位移传感器感知的位置偏差数据，调整悬浮线圈中的通电电流产生合适的电磁力纠正偏差，以把控悬浮体在悬浮方向的高度调节。

13、进一步地，悬浮体中设置有装饰负载。

14、进一步地，悬浮体中设置有供电单元，供电单元与装饰负载连接，以提供装饰负载所需电力。

15、进一步地，供电单元中设置有无线供电接收子单元；底座的控制主板上设有无线供电发射单元，无线供电发射单元与悬浮线圈连接；所述无线供电接收子单元与装饰负载电性连接，以提供装饰负载所需电力。

16、本申请还提供一种磁悬浮装置高度调控方法，包括所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置；包括以下步骤：

17、s1、采集悬浮体的悬浮间隙值，并基于悬浮间隙值得出悬浮体的位置偏差；

18、s2、pid控制器基于位置偏差数据，调整更新pid参数控制，并依据控制效果最优确定出最优控制参数控制悬浮线圈和导向线圈电流。pid参数包括kp比例调节系数、ki积分调节系数和kd微分调节系数。

19、进一步地，所述s1步骤之前还包括初始化pid控制器的pid参数步骤。

20、有益效果

21、本发明提供的悬浮高度可调控的磁悬浮装置包括悬浮体，以及设置于底座的悬浮线圈、位移传感器、导向线圈和控制主板；控制主板可以进行悬浮线圈的通电及通电电流控制，悬浮线通电后可以根据悬浮体与底座之间的间隙，以及悬浮体的重量产生悬浮吸力或悬浮斥力；间隙数据由所述位移传感器提供，位移传感器可以获取悬浮体在悬浮方向的悬浮间隙值，以及水平面上两个正交轴方向上的间隙值；位移传感器包括但不限于为采用如激光、电涡流和磁场检测等任何能表征悬浮装置与底座之间距离的传感器；可以理解的是，当悬浮线圈中永磁体与悬浮体中永磁体之间的斥力与悬浮体的自重达到平衡时的间隙为“零点间隙”，此时悬浮线圈中的电流为零；当悬浮体与底座之间的间隙大于零点间隙时，悬浮线圈通电，对悬浮体产生斥力，使悬浮体保持平衡；当悬浮体与底座之间的间隙小于零点间隙时，悬浮线圈通电，对悬浮体产生吸力，使悬浮体保持平衡。本申请悬浮装置的悬浮体在悬浮方向上的可控间隙内均可处于稳定悬浮的状态，能够根据悬浮物的重量实时调整悬浮间隙(悬浮高度调整)以保持悬浮装置稳定悬浮；避免现有磁悬浮装置只能保障悬浮体在一个预定高度的基准面位置(一个悬浮高度位置)保持平衡的问题；同时，控制主板还可以进行导向线圈的通电及通电电流控制；悬浮装置在可控间隙内的某一平面中，位移传感器检测到悬浮体与底座间出现偏移，悬浮体偏移方向的导向线圈产生斥力，推动悬浮体向偏移的反方向运动，使得悬浮体在水平面上受到外界的干扰，可以自动实现“纠偏”的功能，保障悬浮体在该水平面上的悬浮平衡稳定。

技术特征：

1.一种悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，包括：悬浮体，以及设置于底座的悬浮线圈、位移传感器、导向线圈和控制主板；

2.根据权利要求1所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，所述悬浮线圈中设置有铁芯。

3.根据权利要求1所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，悬浮线圈外周布置有四件导向线圈，四件导向线圈呈对角分布。

4.根据权利要求3所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，导向线圈中设置有铁芯和永磁体。

5.根据权利要求1-4任意一项所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，控制主板中设置有pid控制器，所述悬浮线圈与pid控制器连接；pid控制器借助位移传感器感知的位置偏差数据，调整悬浮线圈中的通电电流产生合适的电磁力纠正偏差，以把控悬浮体在悬浮方向的高度调节。

6.根据权利要求5所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，悬浮体中设置有装饰负载。

7.根据权利要求6所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，悬浮体中设置有供电模块，供电模块与装饰负载连接，以提供装饰负载所需电力。

8.根据权利要求7所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置，其特征在于，供电模块中设置有无线供电接收子单元；底座的控制主板上设有无线供电发射单元，无线供电发射单元与悬浮线圈连接；所述无线供电接收子单元与装饰负载电性连接，以提供装饰负载所需电力。

9.一种磁悬浮装置高度调控方法，包括如权利要求5所述悬浮高度可调控的磁悬浮装置；其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的磁悬浮装置高度调控方法，其特征在于，所述s1步骤之前还包括初始化pid控制器的pid参数步骤。

技术总结本发明涉及磁悬浮设备领域，具体为一种悬浮高度可调控的磁悬浮装置及调控方法；该磁悬浮装置包括悬浮体，以及设置于底座的悬浮线圈、位移传感器、导向线圈和控制主板；控制主板控制悬浮线圈的通电及通电电流，悬浮线通电后可根据悬浮体与底座之间的间隙，以及悬浮体的重量产生悬浮吸力或悬浮斥力；间隙数据由位移传感器提供。本申请悬浮装置的悬浮体在悬浮方向上的可控间隙内均可处于稳定悬浮的状态，能够根据悬浮物的重量实时调整悬浮间隙以保持悬浮装置稳定悬浮，避免现有磁悬浮装置只可保障悬浮体在一个预定高度的基准面位置保持平衡的问题；悬浮体在水平面上受到外界的干扰，还可自动“纠偏”，保障悬浮体在该水平面上的悬浮平衡稳定。技术研发人员：向湘林,郑瑶佳,李拥军,黄健,窦庆山,邓钰军,苏芷玄受保护的技术使用者：湖南轨道技术应用研究中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29