專利名稱：單軸全物理仿真磁浮臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用磁浮原理的物理仿真實驗臺，尤其涉及一種 采用單軸結構的全物理仿真磁浮實驗臺，屬于測試設備技術領域。
背景技術：
科學研究通常有三種途徑理論推導、科學實驗和仿真模擬。各 種仿真技術的應用在科學研究中發(fā)揮著不可或缺的作用。特別是在控 制技術研究領域，采用各種仿真技術是進行理論研究與工程實踐的重 要手段。目前，仿真技術主要分為兩類計算機仿真和物理仿真。計算機 仿真實質上是數(shù)學仿真，它首先建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并將數(shù)學模型 轉化為仿真計算模型，通過仿真模型的運行達到仿真系統(tǒng)運行的目 的。計算機仿真主要用于進行控制方法的研究，但其無法驗證實際系 統(tǒng)的技術可行性，更不能對一個實際系統(tǒng)的初樣和正樣進行檢驗和驗 收。因此，物理仿真也是必不可少的。物理仿真也稱實體仿真，是指 根據(jù)物理模型，直接制造實物來模擬原事物在某些條件下的響應。物 理仿真主要用于控制系統(tǒng)的測試與驗證。物理仿真分為全物理仿真和半物理仿真兩種。半物理仿真是指采用部分物理模型和部分數(shù)學模型的仿真，主要用于運動學模擬或部分 控制部件測試驗證。全物理仿真是指全部采用物理模型的仿真，它可 以確保仿真對象對包括動力學、敏感器、執(zhí)行機構、控制器及控制方 案在內的整個閉環(huán)控制系統(tǒng)進行理論方法研究、系統(tǒng)測試與驗證。當前，隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，對各種類型空間飛行器的研制 工作正在緊鑼密鼓地開展之中。在研制空間飛行器控制系統(tǒng)的過程 中，為了在地面全物理仿真實驗中模擬出空間的失重效果，國內外通 常采用吊絲配重式、水浮式或氣浮的方.式。采用吊絲配重的方式，可 以保證吊絲偏角很小且拉力與物體重力相等，以補償飛行器本體重力 負載的影響。但是在實踐中，這種方式的具體實施極其困難，其難度 甚至超過飛行器本身的控制。水浮實驗系統(tǒng)所用的純凈水的養(yǎng)護費用極高，并且難以對實驗對象本身進行防水與配重處理。因此，無論是 水浮還是吊絲配重，在轉軸方向都始終難以完全補償重力的影響。而 氣浮臺實驗系統(tǒng)的氣源裝置由空氣壓縮機、儲氣、干燥和過濾設備等 組成，本身結構非常復雜， 一般需要專人維護，具有占用空間大、運 輸及維護費用高等特點，并且高壓氣體本身也存在振動噪聲大、安全 隱患大的缺點。在公開號為CN1865897A的中國發(fā)明專利申請"高精度單軸磁懸 浮轉臺"中，公開了一種由力矩電機、下保護軸承、下徑向/軸向一 體化位移傳感器、下徑向磁懸浮軸承、下底座、下軸向磁懸浮軸承、 芯軸、上軸向磁懸浮軸承、上徑向磁懸浮軸承、上徑向/軸向一體化 位移傳感器、上底座、上保護軸承、角位置編碼器和工作臺組成的高 精度單軸磁懸浮轉臺。其中，定子和轉子之間通過徑向磁懸浮軸承和 軸向磁懸浮軸承實現(xiàn)非機械接觸的穩(wěn)定懸浮。但是，該技術方案中， 機械轉臺是由力矩電機驅動轉軸運動。這就意味者對于仿真試驗對象 來說，控制力矩是由外部提供的、而不是由自身內部執(zhí)行機構產(chǎn)生的， 執(zhí)行機構的質量慣性特性也不包含在仿真對象的動力學之中。因此嚴 格地說，該技術方案并不能完全滿足全物理仿真要求能夠盡可能獨立 地、完整地、純粹地對整個閉環(huán)控制系統(tǒng)進行模擬的要求。 發(fā)明內容鑒于如上所述現(xiàn)有全物理仿真技術的不足之處，本發(fā)明的目的是 提供一種新型的單軸全物理仿真磁浮臺。該磁浮臺可以為航天器等運 動體控制系統(tǒng)的全物理仿真提供一個自主閉環(huán)的實驗平臺。為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案一種單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于所述單軸全物理仿真磁浮臺包括結構支撐單元、軸承單元、軸向磁懸浮單元、傳感器單元、間隙調整與控制單元和軸面單元；所述傳感器單元包括相對設置的上傳感器和下傳感器；所述軸向 磁懸浮單元包括相對設置的上磁體和下磁體；所述軸承單元包括作為 轉子部分的上、下軸承和作為定子部分的上、下軸承蓋；所述軸面單 元包括仿真實驗臺面與芯軸，所述上軸承和下軸承環(huán)繞所述芯軸設 置；所述軸面單元、上傳感器、上磁體和軸承單元的轉子部分作為磁浮臺的轉動部分，所述結構支撐單元、下傳感器、下磁體和軸承單元 的定子部分、間隙調控單元作為磁浮臺的靜止部分，所述軸向磁懸浮 單元中相對設置的上磁體和下磁體產(chǎn)生磁力來平衡所述轉動部分重 力的影響，以使所述轉動部分能繞所述芯軸無摩擦地旋轉。其中，所述結構支撐單元包括基座、直線軸承座與墊鐵；其中的基座為圓筒狀，其底端有向外擴大的環(huán)形底座，在環(huán)形底 座和基座之間均勻分布有若干加強筋，所述環(huán)形底座的底端通過若干 個所述墊鐵與地接觸以提供支撐。所述間隙調整與控制單元中包括直線導向軸、調整法蘭、間隙調 節(jié)螺桿、手動調整輪和自動間隙控制器；所述直線導向軸與所述芯軸布置在同一軸線上，所述上傳感器固 定在所述芯軸上，所述下傳感器固定在所述直線導向軸上，所述自動 間隙控制器分別與所述上、下傳感器相連接，對所述直線導向軸與所 述芯軸之間的間隙進行閉環(huán)控制。所述直線導向軸與下傳感器支座固定安裝，安裝在基座底部上面 的直線軸承座的內壁采用軟橡膠材質，所述直線導向軸的外徑略小于 直線軸承座的內徑；在所述基座底部下面安裝有所述調整法蘭，所述調整法蘭的內壁 攻有螺絲，且內壁直徑略大于所述直線導向軸的外徑；所述間隙調節(jié)螺桿上部的螺紋正好與所述調整法蘭內壁的絲口 相匹配，所述間隙調節(jié)螺桿的下部安裝在所述手動調節(jié)輪上。所述芯軸的下側開有傳感器電纜通孔，所述自動間隙控制器通過 穿過該通孔的電纜與所述上傳感器和下傳感器相連接；所述自動間隙控制器安裝在所述基座與環(huán)形底座相接的位置。所述上軸承蓋的上側是軸向磁懸浮單元中的下磁體和下磁體支 座，所述仿真實驗臺面的下側是軸向磁懸浮單元中的上磁體支座和上 磁體，所述上、下磁體支座為環(huán)狀，其上有位置相對應的若干回轉體， 所述上、下磁體分別放置在所述回轉體形成的凹槽中，通電導線沿所 述回轉體設置。所述通電導線中電流方向的控制通過M0S電路來實現(xiàn)，所述M0S 電路中，第一 M0S管與第三M0S管串接，第二 M0S管與第四M0S管也 串接，它們并聯(lián)在V+與GND之間，在第一 MOS管與第四M0S管之間設置有通電導線。所述第一 M0S管與第三MOS管的觸發(fā)端短接在一起，所述第二 M0S 管與第四MOS管的觸發(fā)端短接在一起；且兩個短接處的電平狀態(tài)時時 相反。一種對上述單軸全物理仿真磁浮臺中軸向間隙實現(xiàn)閉環(huán)控制的 方法，其特征在于通過傳感器對當前軸向間隙進行測量，經(jīng)過模/數(shù)變換后同期望 間隙進行比較，根據(jù)其比較結果，由自動間隙控制器計算需要調整的 磁懸浮力的大小，然后經(jīng)過數(shù)/模變換、功率放大、電流方向控制， 最后驅動通電導線產(chǎn)生適當大小的電磁力，從而按期望調整總懸浮力 的大小，以實現(xiàn)對軸向間隙大小的控制。采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本全物理 仿真磁浮臺，同氣浮臺相比無需氣源裝置，同吊絲配重和水浮實驗裝 置相比可以在轉軸方向上完全抵消重力的不利影響，確保仿真對象和 磁浮臺之間在動力學上的完全分離。作為一種自由轉臺，本發(fā)明克服 了一般的半物理仿真機械轉臺摩擦力矩大的缺點，并且可以確?？刂?系統(tǒng)仿真對象具有自主閉環(huán)的特點。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是本發(fā)明所提供的單軸全物理仿真磁浮臺的結構示意圖。圖2是圖1所示的單軸全物理仿真磁浮臺的使用狀態(tài)示意圖。圖3是直線導向軸的結構示意圖。圖4是調整法蘭的結構示意圖。圖5是間隙調節(jié)螺桿的結構示意圖。圖6是直線軸承座的結構示意圖。圖7是手動調整輪的結構示意圖。圖8是上傳感器支座的結構示意圖。圖9是下傳感器支座的結構示意圖。圖10是上磁體支座的結構示意圖。圖11是下磁體支座的結構示意圖。圖12是自動間隙控制原理的框圖。圖13是電流方向控制電路的原理圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種用于實現(xiàn)航天器等運動體全物理仿真的單軸 全物理仿真磁浮臺。如圖l所示，該單軸全物理仿真磁浮臺主要由結 構支撐單元、軸承單元、軸向磁懸浮單元、傳感器單元、間隙調整與 控制單元和軸面單元等6個單元組成。其中，結構支撐單元包括基座11、直線軸承座17與墊鐵23;軸承單元包括上軸承蓋7、上軸承8、下軸承9、下軸承蓋10;軸向磁懸浮單元包括上磁體支座2、上磁體3、下磁體5和下磁體支座6;傳感器單元包括傳感器電纜通孔12、 上傳感器支座13、上傳感器14、下傳感器15和下傳感器支座16;間 隙調控單元包括直線導向軸18、調整法蘭19、間隙調節(jié)螺桿20、手 動調整輪21和自動間隙控制器22;軸面單元包括仿真實驗臺面1與 芯軸4。與背景技術中提到的中國發(fā)明專利申請"高精度單軸磁懸浮轉 臺"不同的是，在本發(fā)明中不存在力矩電機驅動轉軸運動，整個磁浮 臺的轉動部分只有軸面單元、傳感器單元的上面部分、軸向磁懸浮單 元的上面部分和軸承單元的轉子部分；而結構支撐單元、傳感器單元的下面部分、軸向磁懸浮單元的下面部分、軸承單元的定子部分、間 隙調控單元的手動部分則屬于整個磁浮臺的靜止部分。該單軸全物理仿真磁浮臺的工作原理是利用結構支撐單元對整個磁浮臺及其載荷(仿真實驗對象)進行支撐，軸面單元為仿真對象提 供轉軸，并提供繞轉軸轉動的仿真實驗臺面。通過軸承單元將轉動部 分和靜止部分分離開來。利用軸向磁懸浮單元所產(chǎn)生的磁力來平衡載 荷(仿真實驗對象)重力的影響，確保磁浮臺能夠繞轉軸無摩擦地旋 轉。參見圖1和圖2所示，結構支撐單元中的基座11為圓筒狀，其底端有向外擴大的環(huán)形底座。該種設計方式降低了本單軸全物理仿真 磁浮臺的重心，使磁浮臺在使用時更加穩(wěn)定。為了減輕整個磁浮臺的重量，環(huán)形底座上可以開有若干個如圖2所示的通孔。另外，為了加強基座11的強度，在環(huán)形底座和基座11之間均勻分布有若干個三角 形的加強筋。該環(huán)形底座的底端不直接與地面接觸，而是通過若干個墊鐵23與地接觸以提供支撐，這是為了避免地面不平給本磁浮臺的 使用帶來不利的影響?；?1的上端與軸承單元中的上軸承蓋7相連接。該上軸承蓋7為圓形，中心處為上軸承8。上軸承8環(huán)繞軸面單元中的芯軸4設置。 該芯軸4的上端是用于放置實驗物品的仿真實驗臺面1，下端周緣為 軸承單元中的下軸承9，下軸承9由下軸承蓋10提供支撐。軸承單元 為了將轉動部分與靜止部分進行分離。通過同時采用上軸承8與下軸 承9來保證芯軸4始終處于同一條直線上。上軸承8與下軸承9可采 用機械滾珠軸承，也可采用徑向永磁軸承以消除徑向摩擦。在上軸承 蓋7與下軸承蓋10之間，通過一個圓管進行連接，在該圓管的外頂)J， 也均勻分布有若干較小的三角形加強筋。芯軸4的底端是間隙調控單元中的直線導向軸18。該直線導向軸 的結構如圖3所示，為一個中間有穿孔的圓柱體。直線導向軸18的 外緣是如圖4所示的調整法蘭19，下端是如圖5所示的間隙調節(jié)螺桿 20。在調整法蘭19與基座11之間安裝有圖6所示的直線軸承座17。 該直線軸承座17為一個中間有凸起的回轉體的圓環(huán)，它與下傳感器 支座16也固定連接。間隙調節(jié)螺桿20的外緣設置有圖7所示的手動 調整輪21。間隙調控單元中的自動間隙控制器22既可安裝在靜止部 分，也可安裝在轉動部分，還可同時在轉動部分與靜止部分安裝。該 自動間隙控制器22可以根據(jù)動態(tài)載荷引起的間隙變化，自動改變軸 向磁懸浮單元所產(chǎn)生的磁力，確保磁浮臺以適當?shù)拈g隙范圍盡可能無 摩擦地旋轉。在圖l所示的實施例中，該自動間隙控制器22安裝在 結構支撐單元中的基座11與環(huán)形底座相接的位置。芯軸4與直線導向軸18相接觸的地方設置有傳感器單元。在本 發(fā)明中，傳感器按功能分包括角位移傳感器和間隙傳感器，其中角位 移傳感器的轉子部分和間隙傳感器的上半部分安裝在上方的位置，稱 為上傳感器14;角位移傳感器的定子部分和間隙傳感器的下半部分安 裝在下方的位置，稱為下傳感器15。上傳感器14和下傳感器15相對 設置，以便測量芯軸4與直線導向軸18之間間隙的精確數(shù)值。上傳 感器支座13和上傳感器14固定在芯軸4上，下傳感器15和下傳感 器支座16固定在直線導向軸18上。上傳感器支座13參見圖8所示， 下傳感器支座16參見圖9所示，它們均為環(huán)狀體。在芯軸4的下側開有傳感器電纜通孔12，以便讓上述的自動間隙 控制器22通過穿過該通孔的電纜與傳感器單元中的上傳感器14和下傳感器15相連接。上述的傳感器單元一方面要對磁浮臺繞轉軸旋轉的姿態(tài)角位移進行高精度測量，并能夠在確保轉子與定子分離的前提 下，通過上傳感器支座將測量信號傳送到仿真試驗臺面。另一方面要 在軸向對角位移上傳感器與角位移下傳感器之間的軸向間隙進行測 量，并將測量信號傳送到自動間隙控制器，以便實現(xiàn)對間隙的閉環(huán)控 制。對此，下文中將有詳細的說明。上軸承蓋7的上側是軸向磁懸浮單元中的下磁體5和下磁體支座 6，仿真實驗臺面1的下側是軸向磁懸浮單元中的上磁體支座2和上 磁體3。其中上磁體3和下磁體5相對設置，用于提供抵消仿真實驗 臺面1及放置其上的實驗物品重力影響的電磁斥力。參見圖10和圖 11所示，其中圖10顯示了上磁體支座的一種實施例，圖11顯示了與 該上磁體支座結構相對應的下磁體支座的實施例。在這個實施例中， 上、下磁體支座為環(huán)狀，其上有位置相對應的若干用于安放通電導線 的回轉體，其中圖上標有2A、 3A的地方(即由回轉體形成的凹槽) 就是分別放置上、下磁體的位置。另外，通電導線既可采用內線圈的 方式放置(放置位置為圖中的2B、3B)，也可采用外線圈的方式放置(放 置位置為圖中的2C、 3C)。軸向磁懸浮單元是本磁浮臺的核心功能元件之一。該單元可以采 用"永磁+電磁"的方式，根據(jù)同極性磁體相斥的原理利用電磁力對 作為磁浮臺載荷的仿真實驗對象的重力進行補償。在具體的控制過程 中，采用對電磁鐵通電電流的大小和方向同時控制的方式，根據(jù)載荷 需求變化在永磁體和電磁體之間進行合理的折中。如果讓電流保持恒 定的方向，那么磁體應按照補償仿真實驗對象最小載荷的要求進行設 計，電磁力應按照補償仿真實驗對象最大載荷的要求進行設計。電磁 力通過在電磁鐵上布設通電導線來實現(xiàn)。磁體力的計算公式為<formula>formula see original document page 11</formula>其中//。，^^^分別為真空中的磁導率、可磁化介質的相對磁導率、 磁化率和磁場強度矢量。磁場強度與磁體之間的間隙)(和角位移傳感器間的間隙差 一 個常數(shù))成平方反比關系。對于電磁鐵來說，磁場強度同線圈的匝數(shù)W、截 面積S和電流的平方成正比，即巡 柳(2)假設仿真實驗對象載荷(磁浮臺的轉動部分)的總重量為/^，則磁懸 浮運動方程為附匈)____A2(3)為了減小仿真對象的電功耗， 一般采用下電磁；當然也可采用上 電磁或上、下聯(lián)合電磁，這并不影響仿真實驗的自主閉環(huán)特點，但會 增加磁浮臺上的功耗。圖12所示為自動間隙控制器實現(xiàn)對間隙的閉環(huán)控制的實施原理 框圖。為了實現(xiàn)對仿真對象的自主閉環(huán)控制，可以將角位移傳感器中 連接電纜的部分作為轉子，安裝在上傳感器支座上；而另一部分則當 作定子，安裝在下傳感器支座上。在進行全物理仿真時，為了確保角位移傳感器測量信號的品質， 要求軸向的間隙保持在適當?shù)姆秶榇?，需要在軸向對角位移傳感 器轉子與定子之間的間隙進行實時動態(tài)測量，并將測量信號提供給自 動間隙控制器。間隙傳感器可以采用電渦流位移傳感器或其它微位移 傳感器。它對當前軸向間隙進行測量，經(jīng)過模/數(shù)(A/D)變換后同期望 間隙進行比較，根據(jù)其比較結果，間隙控制器可以采用不同的控制方 法(如PID方法，變結構、自適應或智能控制方法等)來計算控制變量 (磁懸浮力)的大小，然后經(jīng)過數(shù)/模(D/A)變換、功率放大、電流方向 控制，最后驅動通電導線產(chǎn)生適當大小的電磁力，從而按期望調整總 懸浮力的大小，達到控制實際間隙大小的目的。對于通電導線中電流方向的控制，本發(fā)明提供了一種簡單的解決 方法，就是在電源處加開關用邏輯元件來控制導通狀態(tài)。這可以用如 圖13所示的M0S電路來實現(xiàn)。該電路中，M0S管Ql和Q3串接，Q2 和Q4也串接，它們并聯(lián)在V+與GND之間。在Ql和Q4之間設置有通 電導線L。利用該電路，可以實現(xiàn)通電導線中的電流反向。具體實現(xiàn) 條件如下Ql和Q3的觸發(fā)端應該短接在一起，Q2和Q4的觸發(fā)端應 該短接在一起；且兩個短接處的電平狀態(tài)應該時時相反。即Ql、 Q3 高電平時，Q2、 Q4應該同時為低電平；反之同理。什么時候需要改變通電導線中的電流方向，控制電平的高低即可當送入Ql、 Q3為高電平時，電流方向向下；反之向上。在本發(fā)明中，通過間隙調控單元的手動部分，可以對軸向間隙進 行初始調準并進行最小間隙設置，以對系統(tǒng)進行機械保護。這里的機械保護是這樣實現(xiàn)的直線導向軸18與下傳感器支座16固定安裝。 安裝在基座底部上面的直線軸承座17的內壁采用軟橡膠材質，而直 線導向軸18的外徑略小于直線軸承座17的內徑，因此可以在直線軸 承座17里面帶動下傳感器支座16及下傳感器15作上下運動。在基 座11底部下面安裝有調整法蘭19，調整法蘭19的內壁攻有螺絲，且 內壁直徑略大于直線導向軸18的外徑。間隙調節(jié)螺桿20上部的螺紋 正好與調整法蘭19內壁的絲口相匹配。間隙調節(jié)螺桿的下部安裝在 手動調節(jié)輪21上。這樣，通過旋緊手動調節(jié)輪及調節(jié)螺桿，就可以 使直線導向軸上表面頂?shù)叫据S的下表面，這時角位移傳感器的軸向間 隙最?。蝗缓笤傩墒謩诱{節(jié)輪及調節(jié)螺桿，下傳感器連同其支座和 直線導向軸就會相應下降，根據(jù)手動調節(jié)輪旋松的圈數(shù)就可大致確定 角位移傳感器之間的軸向間隙，將初始間隙調試到適當?shù)拇笮?，使?位移測量性能最佳。另外，采用同樣的方式，也可以對間隙傳感器的 讀數(shù)進行初始校準。以上對本發(fā)明所提供的單軸全物理仿真磁浮臺進行了詳細的說 明。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發(fā)明實質精神的前提 下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本發(fā)明專利權的侵 犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1. 一種單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于所述單軸全物理仿真磁浮臺包括結構支撐單元、軸承單元、軸向磁懸浮單元、傳感器單元、間隙調整與控制單元和軸面單元；所述傳感器單元包括相對設置的上傳感器和下傳感器；所述軸向磁懸浮單元包括相對設置的上磁體和下磁體；所述軸承單元包括作為轉子部分的上、下軸承和作為定子部分的上、下軸承蓋；所述軸面單元包括仿真實驗臺面與芯軸，所述上軸承和下軸承環(huán)繞所述芯軸設置；所述軸面單元、上傳感器、上磁體和軸承單元的轉子部分作為磁浮臺的轉動部分，所述結構支撐單元、下傳感器、下磁體和軸承單元的定子部分、間隙調控單元作為磁浮臺的靜止部分，所述軸向磁懸浮單元中相對設置的上磁體和下磁體產(chǎn)生磁力來平衡所述轉動部分重力的影響，以使所述轉動部分能繞所述芯軸無摩擦地旋轉。
2. 如權利要求1所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于 所述結構支撐單元包括基座、直線軸承座與墊鐵； 其中的基座為圓筒狀，其底端有向外擴大的環(huán)形底座，在環(huán)形底座和基座之間均勻分布有若干加強筋，所述環(huán)形底座的底端通過若干 個所述墊鐵與地接觸以提供支撐。
3. 如權利要求1所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于 所述間隙調整與控制單元中包括直線導向軸、調整法蘭、間隙調節(jié)螺桿、手動調整輪和自動間隙控制器；所述直線導向軸與所述芯軸布置在同一軸線上，所述上傳感器固 定在所述芯軸上，所述下傳感器固定在所述直線導向軸上，所述自動 間隙控制器分別與所述上、下傳感器相連接，對所述直線導向軸與所 述芯軸之間的間隙進行閉環(huán)控制。
4. 如權利要求2或3所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于所述直線導向軸與下傳感器支座固定安裝，安裝在基座底部上面 的直線軸承座的內壁采用軟橡膠材質，所述直線導向軸的外徑略小于直線軸承座的內徑；在所述基座底部下面安裝有所述調整法蘭，所述調整法蘭的內壁 攻有螺絲，且內壁直徑略大于所述直線導向軸的外徑；所述間隙調節(jié)螺桿上部的螺紋正好與所述調整法蘭內壁的絲口 相匹配，所述間隙調節(jié)螺桿的下部安裝在所述手動調節(jié)輪上。
5. 如權利要求2或3所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于所述芯軸的下側開有傳感器電纜通孔，所述自動間隙控制器通過 穿過該通孔的電纜與所述上傳感器和下傳感器相連接；所述自動間隙控制器安裝在所述基座與環(huán)形底座相接的位置。
6. 如權利要求1所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于 所述上軸承蓋的上側是軸向磁懸浮單元中的下磁體和下磁體支座，所述仿真實驗臺面的下側是軸向磁懸浮單元中的上磁體支座和上 磁體，所述上、下磁體支座為環(huán)狀，其上有位置相對應的若干回轉體， 所述上、下磁體分別放置在所述回轉體形成的凹槽中，通電導線沿所 述回轉體設置。
7. 如權利要求6所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于所述通電導線中電流方向的控制通過M0S電路來實現(xiàn)，所述M0S 電路中，第一 M0S管與第三M0S管串接，第二 M0S管與第四M0S管也 串接，它們并聯(lián)在V+與GND之間，在第一 M0S管與第四M0S管之間設置有通電導線。
8. 如權利要求7所述的單軸全物理仿真磁浮臺，其特征在于 所述第一 M0S管與第三MOS管的觸發(fā)端短接在一起，所述第二 M0S管與第四M0S管的觸發(fā)端短接在一起；且兩個短接處的電平狀態(tài)時時 相反。
9. 一種對如權利要求1所述的單軸全物理仿真磁浮臺中軸向間 隙實現(xiàn)閉環(huán)控制的方法，其特征在于-通過傳感器對當前軸向間隙進行測量，經(jīng)過模/數(shù)變換后同期望 間隙進行比較，根據(jù)其比較結果，由自動間隙控制器計算需要調整的 磁懸浮力的大小，然后經(jīng)過數(shù)/模變換、功率放大、電流方向控制， 最后驅動通電導線產(chǎn)生適當大小的電磁力，從而按期望調整總懸浮力 的大小，以實現(xiàn)對軸向間隙大小的控制。
10.如權利要求9所述的對單軸全物理仿真磁浮臺中軸向間隙實現(xiàn)閉環(huán)控制的方法，其特征在于角位移傳感器中可連接電纜的部分作為轉子，安裝在上傳感器支 座上；另一部分作為定子，安裝在下傳感器支座上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單軸全物理仿真磁浮臺，主要用于對航天器等運動體的控制系統(tǒng)進行全物理仿真。該單軸全物理仿真磁浮臺包括結構支撐單元、軸承單元、軸向磁懸浮單元、傳感器單元、間隙調整與控制單元和軸面單元。其中軸面單元、上傳感器、上磁體和軸承單元的轉子部分作為磁浮臺的轉動部分，結構支撐單元、下傳感器、下磁體和軸承單元的定子部分、間隙調控單元作為磁浮臺的靜止部分，軸向磁懸浮單元中相對設置的上磁體和下磁體產(chǎn)生磁力來平衡轉動部分重力的影響，以使轉動部分能繞芯軸無摩擦地旋轉。作為一種自由轉臺，本發(fā)明克服了一般的半物理仿真機械轉臺摩擦力矩大的缺點，并且可以確?？刂葡到y(tǒng)仿真對象具有自主閉環(huán)的特點。
文檔編號G01M99/00GK101275883SQ20071006479
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權日2007年3月26日
發(fā)明者健 李, 李明航, 李智斌 申請人:北京智源博科技有限公司