高精度磁悬浮位移传感器设计与精度提升
具有高精度的悬浮轴振动测量传感器的设计
具有高精度的悬浮轴振动测量传感器的设计悬浮轴转动时稍微受到干扰就会产生微小的不稳定的振动，这种振动将影响悬浮轴的正常运动状态，因此，对悬浮轴的振动位移进行无干扰测试极其困难，如果再要求测振传感器灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强，实施起来则更加困难。
目前，在非接触测振传感器的研究方面，主要有电涡流测振传感器和激光传感器。
但是，电涡流测振传感器容易受到附近的电磁干扰和温度的影响，激光传感器成本高，稳定性差。
考虑到电容传感器结构简单、灵敏度高、动态特性好，完全可以满足使用环境，以此为基础，本文设计了具有高精度的悬浮轴振动测量传感器，并在测量过程中实现了振动信号处理的数字化。
1总体设计原理悬浮轴振动测量传感器的设计包括电容传感器的设计、振荡电路的选取、光电编码器的采样、差频计数的实现、单片机智能控制几大部分。
其基本原理是：首先，利用导电介质电容传感器将振动位移的变化转换为电容量的变化，由于电容传感器为振荡电路中的电容元件，因而，电容量的变化会引起振荡器输出频率的变化。
同时，选择另一只电容传感器作为温度补偿传感器，通过振荡器同样得到一个频率信号。
振动信号的采样是由光电编码器的等转角取样实现的，在光电编码器、门电路及单片机硬软件的配合下，将2个高频信号输入差频计数器就能得到固定时间间隔内的计数值，送C8051F020单片机进行存储和处理，得到计数差值并转换成振动位移的大小，实现框图如图1所示。
2传感器的研制2.1测量电路悬浮轴的振动位移测量电路由两部分组成：一方面利用导电介质电容传感器将悬浮轴振动位移的变化转换成电容量的变化；另一方面，利用反射式光电编码器实现悬浮轴转动的等角度采样，保证采样的精度。
2.1.1导电介质电容传感器的设计利用改变电容极板面积S和极板之间距离d的方法，均可以达到改变电容量C的目的。
选用变极距式电容传感器实现对悬浮轴的振动位移测量。
为使传感器能将振动位移的变化转换成相应的电容量变化，使两者成单值函数关系，并保证悬浮轴在转动和受外界干扰时的真实运动状况不发生改变，导电介质传感器以悬浮轴本身作为电容器的动极板，采用温度对材料膨胀系数影响小的铜作为静极板。
磁悬浮转子位移测量传感器的研究
关键 词 ： 磁悬浮转子 ； 磁力轴承 ； 位移测量 ； 涡流传感器 ； 离效 应 提
中 图 法 分 类 号 ：Ｐ １ ．２ Ｔ ２ ２ １ 文 献 标 志 码 ： Ａ
磁 力轴 承是 一种 利用 电磁 原理 将被 支承 件稳
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文章 编号 ：０７—１４ （ ０ ７ ０ ０ ６ １０ ４ Ｘ ２０ ）７— ０ ３—０ ４
磁 悬 浮 转 子 位 移 测 量传 感器 的研 究
王春麟 ， 维 ， 陈 胡业发
（ 武汉理工大学 机 电工程学院 ， 湖北 武汉 ４０ ７ ） ３０ ０
业 化推 广 。 因此 ， 者 针对 磁 悬 浮 转 子 系 统对 位 笔
图 １ 涡流传感 器测量位移原理
圈 和金属板之间的距离变化而改变 。根据欧姆
定理 ， 激励 电压 不变 的情况 下 ， 在 线圈 电流 ， 随
移测量传感器的特殊要求 ， 对涡流传感器进行 了
研究。
距离的变化 可看成是涡流传 感器 的等效阻抗 ｚ 发生了变化。根据 电磁场理论 ， ｚ可表示 为 ： Ｚ＝ Ｆ Ｉ， ，，， ， 中磁导率 肛 电导率 、 （ ｒ ） 式 ｚ 、 尺寸
圈半径 ； 为线圈平面到线 圈轴线上点 Ｐ的距离。 下面分析是 在保持 激励 电流 ， 不变 的情况 下， 圆线 圈半径 Ｒ取不 同值时轴线上任意点处的 Ｂ— 曲线关系。为方便起见 ， 对式（ ） ２ 进行归一化
处理得 到
２Ｂ
０
厂 （ ＋ ）尼 Ｒ
Ｒ
（） ３
分别 取 Ｒ＝１５ ２ ０ ２ ５和 ３ ０ｍ 代 人 式 ． 、． 、． ． ｍ
高精度位移智能化仪器设计方案
高精度位移智能化仪器设计方案篇一：随着科技的发展，高精度位移智能化仪器在各个领域得到广泛应用。
该仪器能够实时准确地测量物体的位移，并将数据进行处理和分析，从而为科研、工程和制造等领域提供重要的参考依据。
本文将介绍一种高精度位移智能化仪器的设计方案，并拓展相关内容。
首先，该仪器的设计需要考虑到精度和稳定性。
在传感器的选择上，应选择具有高分辨率和低误差的传感器。
同时，仪器的结构设计也需要考虑到防震、防干扰等因素，以确保测量结果的准确性和稳定性。
其次，仪器的智能化功能是设计的重要组成部分。
通过引入现代化的数字信号处理技术和人工智能算法，可以对采集到的位移数据进行实时处理和分析。
采用自适应滤波算法和神经网络算法，可以提高数据的精确度和可靠性。
同时，借助于人机交互界面的设计，用户可以方便地操作和控制仪器，从而实现更加高效的工作。
此外，仪器的设计还需要考虑到可靠性和便携性。
应选择耐用的材料和结构，确保仪器在不同环境下的可靠运行。
同时，仪器的体积和重量也应尽量减小，以方便携带和使用。
最后，该仪器的应用前景广阔。
在科研领域，高精度位移智能化仪器可以用于材料力学性能的研究，地震监测等方面。
在工程领域，该仪器可以用于结构健康监测，工艺控制等方面。
在制造领域，该仪器可以用于产品质量检测，自动化生产等方面。
综上所述，高精度位移智能化仪器的设计方案需要兼顾精度、稳定性、智能化功能、可靠性和便携性。
随着科技的不断进步，该仪器的应用前景将会越来越广阔，为各个领域的发展提供强大的支持。
篇二：高精度位移智能化仪器是一种用于测量物体位移的仪器，具有高精度和智能化的特点。
它可以广泛应用于工业生产、科学研究和工程测量等领域。
设计方案中，首先需要选择合适的传感器。
目前常用的位移传感器有光电编码器、激光传感器和压电传感器等。
根据具体应用场景和要求，选择合适的传感器类型，并进行合理布置和安装。
其次，设计高精度的信号采集与处理系统。
为了保证位移测量的精度，需要使用高性能的模数转换器和信号处理芯片，以确保采集到的数据准确无误。
基于PSD高精度激光位移传感器的设计
基于PSD高精度激光位移传感器的设计摘要：介绍了PSD器件的工作原理，对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析，给出了设计的传感器外形。
并设计一种含有多种放大倍数的PSD的检测电路，可实现测量中对环境变化的自适应能力。
最后分析了影响传感器测量精度的各种因素，并讨论了消除的方法。
关键词：高精度位移传感器；位位置敏感器件（PSD）;激光三角法；发大电路Design and Analysis of High Precision Laser Displacement Sensor Based on Position SensitiveDetector(PSD)Abstract：The operating principle of PSD was introduced briefly.Configuration parameters of laser triangulation sensor were analyzed.The PSD detection circuit with a variety of manifications was designed to achieve the ability of self –adapting .Finally, the variou factors of influencing sensor measurement accuracy and elimination methods were analyzed and discussed.Key words: high precision displacement sensor; position sensitive detector(PSD); laser triangulation ；amplification circut目录1 绪论 (4)2 PSD工作原理及特点 (4)3 结构原理及主要参数分析 (6)3.1结构原理 (6)3.2参数β (7)3.3透镜位置参数s/和s (7)3.4 PSD的倾角α的确定 (8)4 PSD检测电路的设计 (8)4.1信号检测与处理系统方案 (9)4.2前置放大电路 (9)4.2.1前置电路 (10)4.2.2 放大器的选择 (12)4.2.3前置放大电路设计 (12)4.3数据采集电路 (13)4.3.1A/D转换器的选择 (13)4.3.2A/D转换器的数据采集 (14)4.3.3 A/D转换器与单片机的接口 (16)4.4 MCU接口电路与计算、控制程序 (16)4.4.1 MCU选择 (16)4.4.2 MCU接口电路 (18)4.4.3 MCU计算与控制程序 (20)4 激光测距传感器应用于工业检测的若干问题 (25)5 影响传感器测量精度的因素及消除方法 (26)6 结论 (27)1 绪论基于PSD的激光位移传感器主要应用在高灵敏度、高精度的位移、角度、同轴度的非接触测量与校准领域。
磁悬浮轴承用位移传感器测量误差
磁悬浮轴承用位移传感器测量误差
金超武;徐龙祥
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2009(041)005
【摘要】针对磁悬浮轴承用位移传感器,通过Matlab编程仿真,分析了位移传感器的类型、安装方式以及安装位置对传感嚣测量误差的影响.研究结果表明:无论选择什么类型的位移传感嚣,只要传感器形成的检测平面与电磁铁形成的控制平面轴向存在偏差,都将引入测量误差,但传感嚣外置产生的测量误差要小于传感器内置产生的测量误差;电涡流、光电和激光传感器采用差动安装时,可消除传感嚣的测量误差,能真实反映转子的位移量,但电感式传感器由于结构方面的原因,即使采用差动安装还会引入测量误差;位移传感嚣的安装精度也将影响到传感器的测量误差.研究结果为更合理地选用和安装磁悬浮轴承用位移传感器,提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据.
【总页数】7页(P626-632)
【作者】金超武;徐龙祥
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于自适应滤波的主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别 [J], 崔东辉;徐龙祥
2.主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别 [J], 崔东辉;徐龙祥
3.基于小波变换的磁悬浮轴承冗余位移传感器故障诊断方法 [J], 胡俊;胡业发;程鑫;宋劭;陈强
4.采用三余度控制的磁悬浮轴承径向位移传感器组件及其控制方法 [J],
5.差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用 [J], 金超武;徐龙祥
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磁悬浮高精度多阈值振动报警装置设计
ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｃｈａ ｎ ｇｅｄ ｂｙ ｂｕｔｔｏｎ． Ａｌａｒ ｍ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅｓ ｗｅｒｅ ｓａｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃａ ｌｌｙ ｅｒａｓａ ｂ ｌｅ ｒｅａｄ— ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇ ｎ ｅｔｉｃ ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａ ｌａｒ ｍ ｄｅｖｉｃｅ ｄｅｓｉｇ ｎ ｅｄ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ０．０１ ｍｍ ，ｍｕｌｔｉ—ｇｅａｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｌａｒｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｕｓｅ．
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利用传感器构建磁悬浮轴承位移检测系统
利用传感器构建磁悬浮轴承位移检测系统摘要：位移信号传感器作为磁悬浮轴承系统的一个反馈回路，用来检测转子的位移信号，并将该信号传送给控制器，作为控制器进行控制和调节的参考信号，位移传感器工作性能的好坏将决定着整个控制系统能否正常工作。
本文将根据磁悬浮轴承系统的特点，利用几种已学传感器讨论并构建磁轴承位移检测系统。
0 引言磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空间、使转子与定子之间实现无摩擦支承的一种新型高性能轴承。
磁悬浮轴承明显的特点在于没有机械接触，不需要传力介质，而且其支承力可控。
由此而具有传统轴承无法比拟的优越性能：由于没有机械摩擦和磨损，所以降低了工作能耗和噪声，延长了使用寿命；动力损失小，便于应用在高速运转场合；由于不需要润滑和密封系统，排除了污染，可应用于真空超净，腐蚀性介质以及极端温度和压力等特殊工作环境。
在航空航天，交通运输等多个工业领域有着广泛的应用前景。
位移传感器是磁悬浮轴承系统的重要组成部分，其类型、结构以及安装位置都直接影响检测信号的精度和磁悬浮轴承的性能。
磁悬浮轴承对传感器的要求有：能实现非接触测量；能真实反映出转子中心的位移变化；具有很高的灵敏度、信噪比、线性度、温度稳定性、抗干扰能力及精确的重复性，同时还要有一定的频率响应范围。
目前,磁悬浮轴承系统中所采用位置检测传感器主要有涡流传感器和电感传感器。
1 涡流传感器1.1 涡流传感器工作原理涡流传感器作为磁悬浮转子系统的位移检测部分，具有结构简单、适用性强，不受油污等介质的影响等优点。
根据电磁感应原理，当导体处于交变磁场内，由于通过导体的磁通量发生变化，导体内部会产生响应的感生电流，这种电流在趋肤效应的基础上一般都集中在导体表面并自行闭合，通常称为电涡流。
涡流传感器是基于导体的电涡流效应制成的。
涡流位移传感器原理图如图1所示。
图1中,C为并联谐振电容；L为传感器线圈；φ1为传感器线圈产生的交变磁场；φ2为导体内电涡流产生的交变磁场；d为线圈与被测导体之间的距离；h为导体内电涡流的深度；M为线圈与被测导体之间的互感。
高速磁悬浮列车定位传感器的研究设计
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｓｇ ｆ ａ Ｐｏ ｉｉ ｎ Ｄｅ ｅ ｔｏ ｅ ｏ ｏ ｉ ｈ Ｓ ｅ ａ ｌ ｖ Ｔｒ ｉ ｓ ａ ｃ ｎｄ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓ ｔｏ ｔ ｃ ｉ ｎ Ｓ ｎｓ ｒ ｆ ｒ Ｈ ｇ ｐｅ ｄ Ｍ ｇ ｅ ａ ｎ
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摘 要 ： 根据检测线圈电感沿具有齿槽结构的长定子周期变化的情况， 本文提出了一种线圈电感检测方法， 以及参数计算法
与二 次差 分法两种插值算法用于提高定位精度 ， 并对其进行 了误差分析 ， 实现 了磁极 与长定子之 间相对位置 的高精度定 位传 感器 的设计方 案 ， 并通过了仿真试验验证．
关键词 ： 传感器； 位置检测； 参数计算法； 二次差分法； 磁悬浮列车； 直线同步电机 ； 齿槽效应
磁悬浮寻北仪定向精度分析
磁 悬 浮 寻 北 仪 定 向 精 度 分 析
王 亮 ， 谭 立龙 ， 王 姣 ， 仲 启媛
（ 第二炮兵工程大 学 二 系，西安 ７ １ ０ ０ ２ ５定 向精度 ，介 绍 了磁 悬 浮寻北 仪粗 一 精寻 北过 程 ， 分 析 陀螺 漂移 对
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｍ ａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐｅ； ｏ ｉｅ ｒ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ； ｏ ｉｅ ｒ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ； ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐ ｅ ｄ ｒ ｉ ｔ ｆ
中图分 类号 ： Ｕ ６ ６ ６ ． １
文献标 识 码 ： Ａ
文章 编号 ：（ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ８ － ５
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｒ ｉ ｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕｓ ｐｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ
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引言
附近 ，而后 ， 磁悬 浮 寻北仪 在 相差 １ ８ ０ 。 的两 个位 置 寻北 。 具 体 过程 如下 ： （ １ ） 粗 寻 北 。寻 北 仪 结 构 原 理 如 图 １所 示 。磁 悬 浮陀螺 寻北 仪 结 构 分 外 、中 、内三 层 。最 外 面一 层是 本体 壳体 ，中间层是 随动 壳 体 ， 最 内层 是 陀 螺
磁悬浮球系统中光电传感器的研究与设计
文章编号:1671-637Ⅹ(2005)0420065203磁悬浮球系统中光电传感器的研究与设计杨锋力, 李群明, 黄明辉, 杨安全(中南大学机电工程学院,湖南长沙 410083)摘 要: 主要针对磁悬浮球系统中非接触式位移检测,依据感光器件的光伏效应原理,阐述了非接触式光电传感器的研究与设计,实现了光电信号测量微位移。
通过磁悬浮球实验研究表明该传感器的精度(0.01mm)和响应速度(<0.1ms)均达到预期要求,从而给出了一种方便、低成本的位移检测方法。
关 键 词: 光电传感器; 硅光电池; 非接触测量; 磁悬浮中图分类号: TP212.13 文献标识码: AOn photoelectric sensor in magneticlevitation ball systemY ANG Feng-li,LI Qun-ming,H UANG Ming-hui,Y ANG An-quan(College o f Mechanicl&Electrical Engineering,Central South Univer sity,Changsha,410083,China)Abstract: The auth ors describe their research and design of ph otoelectric sens or according to a ph otoemission principle of the ph otocell,with which micro2distance measurement is realized in the magnetic levitation ball sys2 tem.The ex periment results sh ow that the precision(0.01mm)and quick response(<0.1ms)of this kind of sens or can meet the preset requirements.Thus a low-cost and convenient way for measuring displacement with2 out contact is provided.K ey Words: photoelectric sens or; photocell; non-contact measurement; magnetic levitation0 前言传感器技术作为控制实现的必要手段,是其他技术所难以替代的。
电磁感应式位移传感器的设计及参数优化
电磁感应式位移传感器的设计及参数优化在科技的海洋中，电磁感应式位移传感器犹如一艘精密的探测船，它通过电磁感应原理，将物体的位移量转化为电信号，为工业自动化和精密测量领域提供了强有力的支持。
然而，如何设计出性能更优、精度更高的电磁感应式位移传感器，以及如何对其参数进行优化，一直是工程师们努力探索的方向。
首先，我们要明确电磁感应式位移传感器的工作原理。
当传感器线圈中的电流发生变化时，会产生磁场的变化，进而在附近的导体中产生涡流。
这个涡流又会反作用于磁场，使得线圈中的电流发生变化。
通过检测这个电流的变化，就可以得到物体位移的信息。
这个过程就像是一位敏锐的猎人，通过观察猎物留下的细微痕迹，来判断其行踪。
在设计电磁感应式位移传感器时，我们需要关注几个关键参数。
首先是线圈的匝数和线径。
匝数越多，产生的磁场越强；线径越大，电阻越小，电流变化越明显。
但同时，匝数和线径的增加也会带来传感器体积的增大和成本的提高。
因此，我们需要在这两者之间找到一个平衡点。
这就像是在调配一杯鸡尾酒，既要保证口感醇厚，又要控制酒精含量适中。
其次是线圈的排列方式。
不同的排列方式会影响磁场的分布和强度，进而影响传感器的性能。
例如，同心圆排列可以产生均匀的磁场，适用于需要高精度测量的场合；而平行排列则可以产生较强的磁场，适用于需要大范围测量的场合。
这就像是在布置一场舞台剧，根据剧情的需要来选择合适的布景和灯光。
最后是电路的设计。
一个优秀的电路设计可以提高传感器的灵敏度和稳定性，降低噪声和干扰。
我们可以采用差分放大电路来抑制共模干扰，或者使用滤波器来去除高频噪声。
这就像是给一位歌手配上合适的伴奏和音响设备，让她的声音更加动听和清晰。
在参数优化方面，我们可以通过实验和仿真来找到最佳的参数组合。
例如，我们可以改变线圈的匝数和线径，观察其对传感器性能的影响；或者调整电路中的元件值，看是否能提高传感器的灵敏度和稳定性。
这就像是在做一道复杂的数学题，通过不断尝试和验证来找到正确的答案。
基于多传感器融合的磁悬浮系统优化设计
基于多传感器融合的磁悬浮系统优化设计基于多传感器融合的磁悬浮系统优化设计引言：磁悬浮技术作为一种新兴的轨道交通技术，具有高速、低噪音、低能耗等诸多优势。
然而，在实际应用中，由于环境变化、传感器误差等因素的影响，磁悬浮系统的性能仍有待进一步提高。
本文将基于多传感器融合的思想，对磁悬浮系统进行优化设计，提高系统的稳定性和运行效率。
步骤一：传感器选择与布置首先，需要选择合适的传感器用于感知磁悬浮车辆的位置、速度和姿态等信息。
常用的传感器包括激光测距仪、陀螺仪、加速度计等。
在选择传感器时需要考虑其测量精度、响应速度以及对环境变化的适应能力。
接下来，根据磁悬浮系统的特点和需要测量的物理量，合理布置传感器。
例如，激光测距仪可以用于测量车辆与磁悬浮轨道的距离，陀螺仪和加速度计可以用于测量车辆的姿态和加速度。
步骤二：传感器数据融合传感器数据融合是指将多个传感器采集到的数据进行融合，得到更加准确和可靠的状态估计。
常用的传感器数据融合方法有卡尔曼滤波、粒子滤波等。
在磁悬浮系统中，可以利用传感器数据融合方法来消除传感器误差、减小测量噪声，并提高系统状态的估计精度。
通过将不同传感器的数据进行加权融合，可以得到更加准确的车辆位置、速度和姿态等信息。
步骤三：系统控制算法设计在传感器数据融合的基础上，需要设计合适的系统控制算法来对磁悬浮系统进行控制。
系统控制算法的设计目标是使系统能够实现稳定运行、快速响应和抗干扰能力。
常用的系统控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
根据磁悬浮系统的特点和需求，选择合适的控制算法，并根据传感器数据融合的结果进行参数调整和优化。
步骤四：系统仿真与实验验证通过系统仿真和实验验证，可以评估优化设计的效果，并进行进一步的优化。
在仿真中，可以建立磁悬浮系统的数学模型，并利用传感器数据融合和系统控制算法对系统进行模拟。
在实验中，可以搭建小型磁悬浮系统，并进行真实环境下的测试。
根据仿真和实验结果，可以评估系统的稳定性、运行效率和抗干扰能力，并对传感器选择、数据融合方法和控制算法进行调整和优化。
磁悬浮轴承位移信号采集系统设计
缩机、轨道交通、航空航天、高精度主轴等领域。
磁悬浮轴承控制器是磁悬浮轴承系统的核心部分，其中位移信号采集系统又是磁悬浮轴承控制器的关键组成部分之一，控制器通过位移传感器获取转子的位置信息，然后通过CPU进行分析处理，输出控制信号到功率放大器。
磁悬浮轴承的各项基本性能，如刚度、阻尼、转子悬浮精度和不平衡响应都主要取决于它的控制性能。
随着智能化、数字集成化的发展，采用数字控制器是磁悬浮轴承系统发展的必然趋势，大部分磁悬浮轴承的位移信号采集系统都由数字信号处理器来实现。
本文以项目中的主动磁悬浮轴承为研究对象，采用TI公司高性能DSP芯片TMS320F28335（以下称F28335）作为控制器的CPU，以16位AD作为模拟数字转换器，采用FIR滤波器对采集的信号进行滤波处理，用VS2010编写软件接收并保存采集的数据，以便对磁悬浮轴承的运行数据进行离线分析。
1 采集系统硬件结构设计系统的硬件结构如图1所示，由信号采样及预处理、模数转换、DSP和上位机组成，由DSP采集的位移信号经处理后可通过以太网通信发送给上位机，上位机实现网络接■1.1 F28335与AD976电路设计介绍AD976是AD公司的一种高速、低功耗、单通道同步采样转换，单+5V供电的16位高速并行接口的高性能模要跨接2.2μF的钽电容；CS为片选信号，低电平有效 [1]。
F28335是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位浮点DSP，它具有丰富的IO口、数据、地址总线等外设接口资源[2]，由于F28335的IO口电平为3.3V，AD976电平为5V，为提高电路可靠性，两个芯片之■1.2 DSP与PC机之间的网络通讯硬件设计本系统采用WIZnet公司的高性能以太网接口芯片W5500作为DSP与上位机之间的以太网通信桥梁，该芯片集成了硬件TCP/IP协议栈、以太网数据链路层和以太网物理层，支持TCP、UDP等协议[3]，还集成了SPI（外设串行接口）通信接口，可与 F28335无缝对接，实现DSP与2 采集系统软件设计■2.1 AD采集程序设计通过定时中断能精准控制AD采样节拍，保证采样频率44 | 电子制作 2021年06月www�ele169�com | 45信息工程固定，AD976的初始化、开始采样和数据读取均用软件实现，部分功能程序如下：void StartSample(void) //启动AD{ADCS=0; ADRC=0; delay_ns(t1) ; while(!ADBUSY);delay_ns(t2) ; ADRC=1;}void ReadData(void) //读取数据{ADRC=1; ADCS=0; result=ptrChannel; }■2.2 信号滤波程序设计由于转子位移信号的准确性在磁悬浮轴承系统中作用非常关键，由于磁悬浮轴承工作在强磁场环境，采集系统的滤波性能占有非常重要的地位，目前，数字滤波器是数字信号处理的常用方法，在下位机反馈数据给上位机之前，利用数字滤波器对采集的数据进行滤波处理，用DSP 芯片实现数字滤波具有运算速度快、稳定性好、移植方便等优点，在程序中通过修改滤波器的相关系数可十分方便地改变滤波器的带宽、截止频率等特性。
高精度光学位移磁悬浮加速度计[发明专利]
![高精度光学位移磁悬浮加速度计[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7690f6afb307e87100f6969e.png)
专利名称：高精度光学位移磁悬浮加速度计
专利类型：发明专利
发明人：杨先卫,罗志会,潘礼庆,刘亚,赵华,邵明学,丁红胜,郑胜,鲁广铎,刘敏,许云丽,黄秀峰,朴红光,许文年,李建
林
申请号：CN201610090220.7
申请日：20160218
公开号：CN105738653A
公开日：
20160706
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种高精度光学位移磁悬浮加速度计，用于测量飞行器的线性加速度。
包括真空磁屏蔽腔系统、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统和小磁体检验质量块。
所述加速度计采用光学相干位移检测技术来实现对小磁体检验质量块位置和姿态的实时精确测量，采用磁悬浮控制技术来实现对小磁体检验质量块位置和姿态的精确回归控制，从而将小磁体检验质量块始终控制在腔室中心；当空间飞行器受到外界非保守力作用时，由于飞行器的加速度将正比于位置控制线圈的电流大小，最终通过位置控制线圈电流的测量即可精确测量加速度的大小和方向。
所述加速度计可以避开高精度机械加工的技术瓶颈，制作工艺简单，可以实现更高精度的加速度矢量测量。
申请人：三峡大学
地址：443000 湖北省宜昌市大学路8号
国籍：CN
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磁悬浮位置跟踪控制器最优设计与快速性分析
磁悬浮位置跟踪控制器最优设计与快速性分析薛鹏;韩家乐;张楠【摘要】针对单自由度悬浮球的位置跟踪控制问题,采用基于二次最优方法完成了反馈控制律的设计,并讨论了系统响应速度和加权参数之间的关系.首先根据悬浮系统的工作原理建立其数学模型;其次重构变量完成位置跟踪反馈控制律的设计;然后在李雅普诺夫意义下证明了所得系统的稳定性;最后又引入最小衰减率的定义来分析目标跟踪的快速性.实验数据显示了所得方案的有效性,而关于系统响应快速性的讨论结果,为二次最优控制器设计中的加权参数设计提供了参考思路.【期刊名称】《机械与电子》【年(卷),期】2018(036)011【总页数】5页(P48-52)【关键词】磁悬浮;反馈控制;目标跟踪;响应速度【作者】薛鹏;韩家乐;张楠【作者单位】河南工程学院电气信息工程学院,河南郑州 451191;河南工程学院电气信息工程学院,河南郑州 451191;河南工程学院电气信息工程学院,河南郑州451191【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言磁悬浮支撑技术不存在直接的机械接触，因而具有无摩擦、低功耗和清洁无污染等优势，在航天、交通和工业等领域有广泛的应用前景[1-2]。
悬浮技术以电磁学为基础，集控制、力学和计算机学科于一体。
又由于磁悬浮系统具有典型的非线性和不完全建模特征，使得悬浮技术的研究备受关注。
依靠电磁力实现对象空间悬浮的控制问题经过解耦，可以将核心目标分解为单自由度悬浮位置跟踪的精准控制问题。
PID是最为常用的控制技术。
但传统PID控制存在参数整定困难，控制精度不高的问题，有很大的改进空间。
比如，采用模型匹配方法，以LQ优化方法测算控制参数[3]，或者以模糊、神经网络等智能化方法对PID控制的不足进行补偿[4-6]。
这些控制策略中，PID参数选择的优劣直接影响到悬浮控制效果，这又过度依赖于技术人员的调试经验。
以引力式垂直悬浮系统为验证装置，采用线性二次优化技术技术设计位置跟踪控制器。
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高精度磁悬浮位移传感器设计与精度提升
磁悬浮技术是一种通过磁场力使物体悬浮并保持稳定的技术。
在工业自动化、
机械制造和科学研究等领域，磁悬浮技术得到了广泛的应用。
其中，磁悬浮位移传感器起到了关键的作用，可用于测量物体的位移、速度和加速度等重要参数。
本文将着重讨论高精度磁悬浮位移传感器的设计与精度提升。
一、磁悬浮位移传感器原理
高精度磁悬浮位移传感器主要基于磁悬浮技术和电磁感应原理。
传感器由固定
磁体、测量物体和传感器电路组成。
固定磁体产生磁场，在测量物体中悬浮并保持稳定。
当测量物体发生位移时，磁场发生变化，产生感应电动势。
通过测量感应电动势的大小和方向，可以得到测量物体位移的信息。
二、磁悬浮位移传感器设计要点
1. 磁场设计：磁悬浮位移传感器的磁场设计对测量精度具有重要影响。
磁场的
强度和均匀性可以通过优化固定磁体的形状和材料来实现。
同时，考虑到传感器工作在不同环境条件下，还需要采取措施来减小外界磁场对传感器的干扰。
2. 信号处理：传感器输出的信号通常是微弱的电信号，需要进行放大和滤波处理。
放大电路可以增强信号的幅值，提高测量的灵敏度。
滤波电路可以去除信号中的噪声，保证测量结果的准确性。
3. 温度补偿：由于温度的影响，磁悬浮位移传感器的测量结果可能会产生误差。
为了提高精度，需要对温度进行测量并进行相应的补偿措施，以消除温度引起的误差。
4. 探针设计：传感器探针是与被测物体接触的部分，其设计与材料的选择也会
对测量精度产生影响。
探针的硬度、弹性和耐磨性等性能需要在设计中综合考虑，以满足不同应用场景的需求。
三、精度提升措施
1. 传感器自校准：传感器在使用过程中，可能会发生漂移或偏差，导致测量精
度下降。
为了提高精度，可以通过自校准技术对传感器进行定期校准，纠正偏差并消除漂移。
2. 多传感器融合：采用多个磁悬浮位移传感器进行测量，并通过融合算法将多
个传感器的测量结果进行综合。
这样可以提高系统的可靠性和精度。
3. 算法优化：通过对传感器数据进行智能算法处理，可以进一步提高测量精度。
例如，可以采用滤波算法对信号进行降噪处理，或者采用插值算法对数据进行补偿，以提高测量的准确性。
4. 结构优化：传感器的结构优化也是提高精度的关键。
通过减小传感器的摩擦
和惯性等非理想因素，可以降低误差并提高测量的精度。
总结起来，高精度磁悬浮位移传感器的设计与精度提升需要综合考虑磁场设计、信号处理、温度补偿、探针设计等因素。
通过自校准、多传感器融合、算法优化和结构优化等措施，可以进一步提高传感器的测量精度。
这将有助于满足工业自动化、机械制造和科学研究等领域对高精度位移测量的需求。