Pwm主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统及方法
Pwm主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无位置传感器磁悬浮系统的领域，具体涉及一种PWM主动控制型磁悬 浮机构气隙长度的测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]PWM主动控制型磁悬浮技术是利用PWM信号驱动的电磁铁装置，采用闭环控制手 段调节磁场力，使悬浮体与电磁铁之间保持一定的间隙，实现悬浮的目的。磁悬浮可有效的 避免物体之间接触摩擦，因此具有广阔的应用前景。磁悬浮技术已在很多的领域得到了广 泛的应用，如磁悬浮列车、磁悬浮轴承、高速磁悬浮电机等。
[0003] 目前大多数主动控制型磁悬浮机构采用位置传感器测量气隙长度。传感器大体分 为两类，激光测距传感器，电涡流位移传感器。由于位置传感器的存在，增加了系统的成本 和装配的难度，不利于磁悬浮机构的小型化和低成本化。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量 系统及方法，在不使用位置传感器的情况下，只利用电磁铁电流信息和脉宽调制信息就可 以计算出磁悬浮机构的气隙长度；系统从整体结构上简化为两部分，磁悬浮机构和驱动控 制电路板，无需在磁悬浮机构上额外安装位置传感器。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0006] 一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统，所述测量系统由悬浮机 构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大（LIA)单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构由 电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所述 锁相放大（LIA)单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器（PSD)和低通滤波器（LPF)，所述数 字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆 与悬浮机构相连。
[0007] 其中，所述锁相放大（LIA)单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经过信 号调理，滤波放大后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中（网络标号为Sig_Input)，同时 CPU将与PWM波同频，且经过移相处理的方波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考 信号；Sig_Input信号在AD630中被锁相放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电 流基频分量的幅值信息的信号Output;此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理 单元中。
[0008] 为解决上述问题，本发明还提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测 量方法，包括如下步骤：
[0009] Sl、CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在 电磁力控制下运动使气隙x发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流；
[0010] S2、利用锁相放大（LIA)技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出 来；
[0011] S3、根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算 出气隙长度。
[0012] 其中，所述运动使气隙x的计算公式为：
[0014] 式中，N为电磁铁线圈的匝数，&表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积， ?C)表示脉宽调制信号基波角频率，1表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源 电压，a表不PWM信号占空比，1表不磁路中铁芯的长度，]^表不铁芯相对磁导率。
[0015] 本发明具有以下有益效果：
[0016] 利用锁相放大技术，处理磁悬浮机构气隙测量问题，与基于普通整流滤波解调的 其他无位置传感器方法相比，测量更精确；考虑了控制信号占空比对气隙测量的影响，提高 了测量精度；电磁铁即作为执行机构，又作为磁阻测量的敏感器件，与现有的利用激光位置 传感器、以及电涡流测量的方案相比，本方法成本更低，更易于集成，更适合安装和调试。
【附图说明】
[0017] 图1本发明实施例一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度系统的结构图。
[0018] 图2为图1的简化图。
[0019] 图3为本发明实施例中磁悬浮装置的等效磁路模型示意图。
[0020] 图4为本发明实施例中磁悬浮装置的等效的等效电路图。
[0021] 图5为本发明实施例中线圈输入的PWM驱动电压波形图。
[0022] 图6为本发明实施例中AD630锁相放大电路。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0024] 如图1-2所示，本发明实施例提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的 测量系统，所述测量系统由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大（LIA)单元和数字信 号处理单元构成，所述悬浮机构由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H 桥式电路和霍尔电流传感器，所述锁相放大（LIA)单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器 (PSD)和低通滤波器（LPF)，所述数字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单 元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相连。
[0025] 如图6所示，所述锁相放大（LIA)单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经 过信号调理，滤波放大后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中，同时CPU将与PWM波同频， 且经过移相处理的方波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考信号；Sig_Input信 号在AD630中被锁相放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电流基频分量的幅值 信息的信号Output;此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理单元中。
[0026] 本发明实施例还提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，包 括如下步骤：
[0027] Sl、CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在 电磁力控制下运动使气隙x发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流；
[0028] S2、利用锁相放大（LIA)技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出 来；
[0029] S3、根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算 出气隙长度。
[0030] 所述运动使气隙x的计算公式为：
[0 032] 式中，N为电磁铁线圈的匝数，y(l表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积， 表示脉宽调制信号基波角频率，1表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源 电压，a表不PWM信号占空比，1表不磁路中铁芯的长度，]^表不铁芯相对磁导率。
[0033] 所述运动使气隙x的计算公式通过以下步骤获得：
[0034] 如图3-4所示，取N为线圈匝数，i为线圈电流，则Ni为系统的磁动势，Rm为系统 的磁阻；若忽略漏磁和端面效应，则系统的磁阻可表示为：
[0036] 其中1表示磁路中铁芯长度（含悬浮体），x表示气隙长度，h为真空磁导率，y^ 为铁芯材料的相对磁导率，A表不铁芯的面积
[0037] 根据磁阻与电感的关系，有：
[0039] 电磁铁的磁链为：步=Li(3)
[0040] 如图5所示，若电磁铁两端加电压u，电磁铁线圈电阻为R，则可以列出电磁铁电回 路方程为：
[0042] 若忽略电磁铁的反电势项，S卩，
，则有
[0044] 将L与Rm的关系⑵带入（5)式，有
[0046] 其中，u为输入到线圈中的脉宽调制信号，其周期为T，其占空比为
;
[0047] 将脉宽调制信号进行傅立叶分析可以得到：
[0049] 其中，U为电桥电源电压
[0050] u⑴的基波分量为
[0051] 根据电磁铁系统回路方程得到的系统电压电流关系如下：
[0053] 系统中设置基频信号的频率为lOKHz以上，在此频率下有
，因此有，u> >iR，即
[0055]对于（10)式，考虑基频激励的情况，有：
[0057]对（11)式积分得到：
[0059]若iuCI(t)的幅值&已知，则气隙长度可以表示为：
[0061] 本具体实施采用锁相放大技术测量电流基频分量的幅值Ui。采用相敏放大技术， 在电流信号中提取气隙长度信息的原因如下：
[0062]a)电磁铁通过PWM脉冲信号激励产生电磁力，PWM基频信号是载波信号，位置信息 被调制在PWM基频信号中，因此直接利用PWM信号中的基频分量作为参考信号；
[0063]b)利用相敏检测器实现调制信号的解调过程，可以同时利用频率和相位进行检 测，干扰噪声与信号同频又同相的概率很低；
[0064]c)相比普通解调器而言，锁相放大器采用低通滤波，其通频带可以做得很窄，而且 其带宽不受调制频率影响，具有很好的稳定性
[0065] 本具体实施的实现过程中，CPU所用的处理器，可以是单片机、DSP、ARM、FPGA， PC104，PC机等；参考信号可由CPU处理器发出，也可以采用专门的锁相环（PLL)电路，生成 用于锁相放大的参考信号；锁相放大单元可以采用AD630为核心的锁相放大电路，也可以 采用由高速模拟开关电路搭建的锁相放大电路，或直接通过数字锁相放大方式实现锁相放 大功能；霍尔电流传感器的功能可以用采样电阻取代，即在H桥下端串联一个锰铜低温漂 采样电阻，再用差动放大电路测出电阻电压，进而计算电流的方式测出。
[0066] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统，其特征在于，所述测量系统 由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构 由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所 述锁相放大单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器和低通滤波器，所述数字信号处理单元 采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相 连。2. 根据权利要求1所述的PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征 在于，所述锁相放大单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经过信号调理，滤波放大 后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中，同时CPU将与PWM波同频，且经过移相处理的方 波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考信号；Sig_Input信号在AD630中被锁相 放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电流基频分量的幅值信息的信号Output ; 此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理单元中。3. -种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在电磁 力控制下运动使气隙X发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流； 52、 利用锁相放大技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出来； 53、 根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算出气 隙长度。4. 根据权利要求3所述的PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征在 于，所述运动使气隙X的计算公式为：式中，N为电磁铁线圈的匝数，Utl表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积，ω ^表 示脉宽调制信号基波角频率，仏表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源电压， a表示PWM信号占空比，/表示磁路中铁芯的长度，μ ^表示铁芯相对磁导率。
【专利摘要】本发明公开了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统及方法，该测量系统由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所述锁相放大单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器和低通滤波器，所述数字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相连。本发明在不使用位置传感器的情况下，只利用电磁铁电流信息和脉宽调制信息就可以计算出磁悬浮机构的气隙长度；系统从整体结构上简化为两部分，磁悬浮机构和驱动控制电路板，无需在磁悬浮机构上额外安装位置传感器。
【IPC分类】G01B7/14
【公开号】CN104897041
【申请号】CN201510221210
【发明人】于占东, 郑建英, 张鹏
【申请人】渤海大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月26日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无位置传感器磁悬浮系统的领域，具体涉及一种PWM主动控制型磁悬 浮机构气隙长度的测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]PWM主动控制型磁悬浮技术是利用PWM信号驱动的电磁铁装置，采用闭环控制手 段调节磁场力，使悬浮体与电磁铁之间保持一定的间隙，实现悬浮的目的。磁悬浮可有效的 避免物体之间接触摩擦，因此具有广阔的应用前景。磁悬浮技术已在很多的领域得到了广 泛的应用，如磁悬浮列车、磁悬浮轴承、高速磁悬浮电机等。
[0003] 目前大多数主动控制型磁悬浮机构采用位置传感器测量气隙长度。传感器大体分 为两类，激光测距传感器，电涡流位移传感器。由于位置传感器的存在，增加了系统的成本 和装配的难度，不利于磁悬浮机构的小型化和低成本化。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量 系统及方法，在不使用位置传感器的情况下，只利用电磁铁电流信息和脉宽调制信息就可 以计算出磁悬浮机构的气隙长度；系统从整体结构上简化为两部分，磁悬浮机构和驱动控 制电路板，无需在磁悬浮机构上额外安装位置传感器。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0006] 一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统，所述测量系统由悬浮机 构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大（LIA)单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构由 电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所述 锁相放大（LIA)单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器（PSD)和低通滤波器（LPF)，所述数 字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆 与悬浮机构相连。
[0007] 其中，所述锁相放大（LIA)单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经过信 号调理，滤波放大后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中（网络标号为Sig_Input)，同时 CPU将与PWM波同频，且经过移相处理的方波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考 信号；Sig_Input信号在AD630中被锁相放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电 流基频分量的幅值信息的信号Output;此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理 单元中。
[0008] 为解决上述问题，本发明还提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测 量方法，包括如下步骤：
[0009] Sl、CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在 电磁力控制下运动使气隙x发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流；
[0010] S2、利用锁相放大（LIA)技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出 来；
[0011] S3、根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算 出气隙长度。
[0012] 其中，所述运动使气隙x的计算公式为：
[0014] 式中，N为电磁铁线圈的匝数，&表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积， ?C)表示脉宽调制信号基波角频率，1表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源 电压，a表不PWM信号占空比，1表不磁路中铁芯的长度，]^表不铁芯相对磁导率。
[0015] 本发明具有以下有益效果：
[0016] 利用锁相放大技术，处理磁悬浮机构气隙测量问题，与基于普通整流滤波解调的 其他无位置传感器方法相比，测量更精确；考虑了控制信号占空比对气隙测量的影响，提高 了测量精度；电磁铁即作为执行机构，又作为磁阻测量的敏感器件，与现有的利用激光位置 传感器、以及电涡流测量的方案相比，本方法成本更低，更易于集成，更适合安装和调试。
【附图说明】
[0017] 图1本发明实施例一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度系统的结构图。
[0018] 图2为图1的简化图。
[0019] 图3为本发明实施例中磁悬浮装置的等效磁路模型示意图。
[0020] 图4为本发明实施例中磁悬浮装置的等效的等效电路图。
[0021] 图5为本发明实施例中线圈输入的PWM驱动电压波形图。
[0022] 图6为本发明实施例中AD630锁相放大电路。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0024] 如图1-2所示，本发明实施例提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的 测量系统，所述测量系统由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大（LIA)单元和数字信 号处理单元构成，所述悬浮机构由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H 桥式电路和霍尔电流传感器，所述锁相放大（LIA)单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器 (PSD)和低通滤波器（LPF)，所述数字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单 元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相连。
[0025] 如图6所示，所述锁相放大（LIA)单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经 过信号调理，滤波放大后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中，同时CPU将与PWM波同频， 且经过移相处理的方波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考信号；Sig_Input信 号在AD630中被锁相放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电流基频分量的幅值 信息的信号Output;此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理单元中。
[0026] 本发明实施例还提供了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，包 括如下步骤：
[0027] Sl、CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在 电磁力控制下运动使气隙x发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流；
[0028] S2、利用锁相放大（LIA)技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出 来；
[0029] S3、根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算 出气隙长度。
[0030] 所述运动使气隙x的计算公式为：
[0 032] 式中，N为电磁铁线圈的匝数，y(l表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积， 表示脉宽调制信号基波角频率，1表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源 电压，a表不PWM信号占空比，1表不磁路中铁芯的长度，]^表不铁芯相对磁导率。
[0033] 所述运动使气隙x的计算公式通过以下步骤获得：
[0034] 如图3-4所示，取N为线圈匝数，i为线圈电流，则Ni为系统的磁动势，Rm为系统 的磁阻；若忽略漏磁和端面效应，则系统的磁阻可表示为：
[0036] 其中1表示磁路中铁芯长度（含悬浮体），x表示气隙长度，h为真空磁导率，y^ 为铁芯材料的相对磁导率，A表不铁芯的面积
[0037] 根据磁阻与电感的关系，有：
[0039] 电磁铁的磁链为：步=Li(3)
[0040] 如图5所示，若电磁铁两端加电压u，电磁铁线圈电阻为R，则可以列出电磁铁电回 路方程为：
[0042] 若忽略电磁铁的反电势项，S卩，
，则有
[0044] 将L与Rm的关系⑵带入（5)式，有
[0046] 其中，u为输入到线圈中的脉宽调制信号，其周期为T，其占空比为
;
[0047] 将脉宽调制信号进行傅立叶分析可以得到：
[0049] 其中，U为电桥电源电压
[0050] u⑴的基波分量为
[0051] 根据电磁铁系统回路方程得到的系统电压电流关系如下：
[0053] 系统中设置基频信号的频率为lOKHz以上，在此频率下有
，因此有，u> >iR，即
[0055]对于（10)式，考虑基频激励的情况，有：
[0057]对（11)式积分得到：
[0059]若iuCI(t)的幅值&已知，则气隙长度可以表示为：
[0061] 本具体实施采用锁相放大技术测量电流基频分量的幅值Ui。采用相敏放大技术， 在电流信号中提取气隙长度信息的原因如下：
[0062]a)电磁铁通过PWM脉冲信号激励产生电磁力，PWM基频信号是载波信号，位置信息 被调制在PWM基频信号中，因此直接利用PWM信号中的基频分量作为参考信号；
[0063]b)利用相敏检测器实现调制信号的解调过程，可以同时利用频率和相位进行检 测，干扰噪声与信号同频又同相的概率很低；
[0064]c)相比普通解调器而言，锁相放大器采用低通滤波，其通频带可以做得很窄，而且 其带宽不受调制频率影响，具有很好的稳定性
[0065] 本具体实施的实现过程中，CPU所用的处理器，可以是单片机、DSP、ARM、FPGA， PC104，PC机等；参考信号可由CPU处理器发出，也可以采用专门的锁相环（PLL)电路，生成 用于锁相放大的参考信号；锁相放大单元可以采用AD630为核心的锁相放大电路，也可以 采用由高速模拟开关电路搭建的锁相放大电路，或直接通过数字锁相放大方式实现锁相放 大功能；霍尔电流传感器的功能可以用采样电阻取代，即在H桥下端串联一个锰铜低温漂 采样电阻，再用差动放大电路测出电阻电压，进而计算电流的方式测出。
[0066] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统，其特征在于，所述测量系统 由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构 由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所 述锁相放大单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器和低通滤波器，所述数字信号处理单元 采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相 连。2. 根据权利要求1所述的PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征 在于，所述锁相放大单元采用AD630芯片；霍尔电流传感器的输出经过信号调理，滤波放大 后，输入到相敏解调芯片AD630的1脚中，同时CPU将与PWM波同频，且经过移相处理的方 波，输入到AD630的9脚中，作为锁相放大的参考信号；Sig_Input信号在AD630中被锁相 放大，AD630的输出信号经过低通滤波后，得到含电流基频分量的幅值信息的信号Output ; 此信号经过简单信号调理后，输入到数字信号处理单元中。3. -种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 CPU向发出功率驱动单元发出PWM驱动信号，电磁铁线圈产生电流，悬浮体在电磁 力控制下运动使气隙X发生改变，进而改变磁路的磁阻和线圈电流； 52、 利用锁相放大技术，将淹没于电流谐波信号中的位置变化信息提取出来； 53、 根据PWM信号中基频激励电压分量的幅值和电流的关系，在CUP处理器中计算出气 隙长度。4. 根据权利要求3所述的PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量方法，其特征在 于，所述运动使气隙X的计算公式为：式中，N为电磁铁线圈的匝数，Utl表示真空磁导率，A表示电磁铁铁芯的截面积，ω ^表 示脉宽调制信号基波角频率，仏表示测量出的电流基波信号的幅值，U表示H桥电源电压， a表示PWM信号占空比，/表示磁路中铁芯的长度，μ ^表示铁芯相对磁导率。
【专利摘要】本发明公开了一种PWM主动控制型磁悬浮机构气隙长度的测量系统及方法，该测量系统由悬浮机构、电磁铁功率驱动单元、锁相放大单元和数字信号处理单元构成，所述悬浮机构由电磁铁和悬浮体构成，所述电磁铁功率驱动单元包括H桥式电路和霍尔电流传感器，所述锁相放大单元，包括前置滤波放大器，相敏检测器和低通滤波器，所述数字信号处理单元采用CPU处理器，所述数字信号处理单元通过用于驱动电磁铁线圈的线缆与悬浮机构相连。本发明在不使用位置传感器的情况下，只利用电磁铁电流信息和脉宽调制信息就可以计算出磁悬浮机构的气隙长度；系统从整体结构上简化为两部分，磁悬浮机构和驱动控制电路板，无需在磁悬浮机构上额外安装位置传感器。
【IPC分类】G01B7/14
【公开号】CN104897041
【申请号】CN201510221210
【发明人】于占东, 郑建英, 张鹏
【申请人】渤海大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月26日
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