电气自动化毕业答辩 (1)

发展现状
磁悬浮技术最早发源于德国，德国工程师赫尔曼·肯 佩尔最早提出的电磁悬浮原理，又将其应用在轨道交通 上，后来又在此基础上又衍生出其他磁悬浮应用方向， 如精密仪器轴承等。
国内磁悬浮技术起步相对较晚，但发展较为迅速， 我国自主研发的永磁悬浮将我国的磁悬浮技术从理论研 发到实践应用全覆盖，使我国成为少数能掌握磁悬浮技 术的国家。
系统设计方案
系统硬件设计：驱动电路
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。 该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，3~46V， 输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A； 额定功率25W，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、 继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制，与 单片机管脚直接连接；具有两个使能控制端，在不受输入 信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源 输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接 检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱 动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电 机，也可以驱动两台直流电机。
系统硬件设计：STM32控制器
系统设计方案
系统硬件设计：位移传感器
本设计选择线性霍尔元件作为位移传感器，线性霍尔元件 的工作原理为霍尔效应。其输出电压与磁场强度成正比， 而磁悬浮浮子在微位移内与磁场强度也成线性关系，所以 在微位移内，悬浮浮子的位移跟霍尔传感器的输出电压成 线性关系，利用这个线性关系，我们将霍尔元件输出的电 压信号反馈给控制器，再利用某些控制算法，就能实现浮 子的悬浮控制。线性霍尔元件精度高、线性好、成本低、 抗干扰强，很适合本系统的应用。
2013级中国地质大学长城学院毕业答辩
数字化上拉式磁悬浮系统设计
答 辩 人 ：刘通 专 业：电气工程及其自动化 指导老师：李建勋
目录
1 摘要 2 绪论 3 发展现状 4 技术分析
5 系统设计方案 6 系统调试 7 结论与展望 8 参考文献与致谢
摘要
本文介绍了数字化上拉式磁悬浮系 统平台，主要由硬件电路，和软件程序 组成，主要介绍了基于STM32系列微 控制器的硬件电路组成，利用位置传感 器反馈信号，最终整定PID控制算法控 制电磁铁，最终使浮子实现稳定悬浮于 电磁铁下方。
参考文献
[1] 李松恩. 磁悬浮系统的设计及实验研究[D]. 合肥工业大学, 2010. [2] 张雷. 磁悬浮球控制系统实验平台的研究与设计[D]. 南京航空航天大学, 2008. [3] 黄勇. 单自由度磁悬浮轴承系统仿真研究[D]. 南京航空航天大学, 2009. [4] 王义还， 席文明. 磁悬浮球控制系统的设计研究[J]. 计算机测量与控制， 2007，15(5)：608-609. [5] 卢建华，刘爱元．基于 Mcs 一 51 单片机的磁悬浮球数字控制系统设计[J]．微 计算 机信息，200l，17(2)． [6]汪西乎，袁崇军，谢友柏．电磁轴承系统的控制策略与功放 电路的设计[j]．西 安交通大学学报，1995，29(12)：68-74． [7] 蔡共宣. 基于 LabVIEW 的单片机数据采集与处理系统[J]. 河南工业大学学 报,2003(3). [8] 郭洁，王召巴. 基于 LabVIEW 的串行通信接口设计与实现[J].机械工程自 动化， 2008（5）. [9] 张占军，林小玲.磁悬浮球系统控制器的分析与设计[J].机电工程，2007 ， 24(1) ： 19-21. [10] Qun ming L I, Zhu L, Zhen X U. Robust controller design of maglev ball system[J]. Journal of Central South University, 2007, 38(5):922- 927.
系统设计方案
L298N电路图wenku.baidu.com
系统设计方案
软件设计
系统软件设计采用PID控制算法方法，使用C语言进行程序编译、 调试。根据设计的要求和前面描述的系统硬件设计的具体情况 完成系统软件设计。主程序控制图如下
系统调试
通过前面的准备工作，硬件设计和软件设计已经基本完成了， 接下来进行系统调试，通过此次调试，验证内容设计成果是否 达到预期目标，检查可能出现的错误并修改。
技术分析
磁悬浮技术发展还尚未完全成熟，不管是德 国的常导磁悬浮，日本的超导磁悬浮，还是我国 的永磁悬浮，都面临着能源环境等问题，磁悬浮 交通运输相比高铁和汽车还有很大的局限性，未 来还需要投入更大的研究力度。
磁悬浮技术现在主要应用于工业产业与轨道 交通运输，而磁悬浮技术的微型化，家居化还处 于起步阶段。本设计是将磁悬浮技术微小化，使 其能应用于小型礼品和小型电子产品中。
绪论
磁悬浮技术是一门包括电工电子技术、自动 控制原理、传感器技术、程序设计等多种学科的 综合性技术。随着时代的发展科技的的进步磁悬 浮技术在我们的生产生活中应用的越来越广泛， 航天航空、精密仪器以以及机械制造和交通运输 中都有越来越多的应用，而在电子技术发达的今 天，磁悬浮技术也越来越微小化越来越贴近我们 的工作生活。
系统设计方案
本设计采用STM32系列微控制器，外围辅助功率放大器（驱 动电路）及位移传感器电路等监测电路来控制电磁铁磁力， 使浮子稳定悬浮于电磁铁下方，总体设计框图如下图所示：
系统设计方案
STM32F103C8T6是增 强型32位基于ARM Co rtex™-M3核心的CPU， 时钟频率为72MHz,64 K的flash和20K的RAM， 拥有2个12位的ADC， 7个定时器，2个I2C接 口，3个USART接口， 支持ISO7816，LIN，I rDA接口和调制解调控 制，2个SPI同步串行接 口，CAN接口，USB2. 0全速接口还拥有36个 快速I/O口。
系统调试
整定PID参数，使浮子稳定 悬浮于电磁铁下方。
结论与展望
此系统基本能够完成设计要求，达到设计目的。在相对稳 定的环境内，浮子能稳定悬浮于电磁铁下方。
随着课题研究的深入，我发现我的设计还有很多地方可以 改进和补充。可以加深算法研究，引入跟家新进的模糊PID算 法，可以增加热传感器等，从多方面控制浮子的平衡，还可以 增加上机位软件，使系统反馈数据能够清楚直观的表现出磁场 波形，PID控制数据，使我们更加方便的研究磁悬浮控制系统 的稳定性、快速性和准确性。