一种用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置的制作方法

本实用新型涉及磁悬浮试验技术领域，特别涉及一种用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置。

背景技术：

磁悬浮技术是利用磁铁对金属体的吸引作用，通过一定的控制算法将金属体稳定悬浮，从而进行相应的悬浮算法验证。

为了研究磁浮控制技术，一般采用单点悬浮装置进行控制研究。现有的悬浮球试验装置平台一般包括电磁铁、传感器、控制电路、悬浮球、支架和底座，在底座上设有支架，在支架上部设有电磁铁，支架两边装上传感器。其工作原理是：接通电源，电磁铁的线圈产生磁场将悬浮小球吸引起来，传感器检测悬浮球的位置，通过控制算法改变流过电磁铁电流大小，进而改变对悬浮小球的吸引力，当电磁铁对小球的吸引力和小球的重力相等时，悬浮小球会稳定悬浮在空中。但是，该装置只能进行简单的悬浮算法验证，当控制小球悬浮失败后，小球会因为距离电磁铁距离较远，无法重新起浮，不能自动学习控制器参数，并且在悬浮稳定状态下无法验证抗外接干扰能力，无法改进算法从而提高控制器的鲁棒性。

因此，如何能够提供一种既能够完成简单的悬浮球控制、也能够完成控制算法自主学习控制参数的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置是本领域技术人员急需的试验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置，当悬浮球稳定悬浮时，干扰电磁铁通电扰动悬浮球，从而达到验证控制算法的目的；如果悬浮球悬浮失败或扰动幅度过大导致坠落，保护装置撑起悬浮球，避免悬浮球掉到地上，控制算法就可以将其再次吸引悬浮，既能够完成简单的悬浮球控制，也能够完成控制算法自主学习控制参数。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置，包括设于支架内部、且设于悬浮球上方的吸引电磁铁以及设于所述悬浮球两侧的传感器信号发出装置和传感器信号接收装置，所述支架内部设有对所述悬浮球进行干扰的干扰电磁铁，设于所述悬浮球下方的保护装置，以实现当所述悬浮球悬浮失败并掉落时的撑起。

优选地，所述保护装置的中部设有与所述悬浮球的轮廓吻合的贴合支撑部。

优选地，所述保护装置为具有弹性的网兜，所述网兜的两端吊挂于所述支架内部。

优选地，所述网兜的形状为截面面积大于所述悬浮球的最大圆截面面积的圆形。

优选地，所述保护装置位于所述吸引电磁铁的下方，所述干扰电磁铁位于所述吸引电磁铁的下方。

优选地，所述保护装置位于所述吸引电磁铁和所述干扰电磁铁之间。

优选地，所述干扰电磁铁的吸引力方向与所述吸引电磁铁的吸引力方向相反。

优选地，所述干扰电磁铁通过安装固定于所述支架内部的固定件安装固定。

相对于上述背景技术，本实用新型所提供的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置包括支架，支架内部设有吸引电磁铁、传感器信号发出装置和传感器信号接收装置，吸引电磁铁设于悬浮球的上方，传感器信号发出装置和传感器信号接收装置分别设于悬浮球的两侧，支架内部还设有保护装置和干扰电磁铁，保护装置设于悬浮球的下方，该用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置通过支架以实现吸引电磁铁、干扰电磁铁、保护装置、传感器信号发出装置和传感器信号接收装置的安装固定，通过传感器信号发出装置和传感器信号接收装置以实现悬浮球的位置的检测，通过吸引电磁铁以实现通过控制电流的大小将悬浮球吸引稳定悬浮，能够完成简单的悬浮球控制；通过干扰电磁铁以实现通电扰动悬浮球，进而验证控制算法；通过保护装置以实现悬浮球悬浮失败或因扰动幅度过大而坠落后的撑起，避免悬浮球掉到地上并脱离吸引电磁铁的作用范围导致无法重新起浮，从而使得悬浮球能够再次吸引悬浮，能够完成控制算法自主学习控制参数。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置的结构示意图；

图2为现有技术中悬浮球试验装置的结构示意图。

其中：

1-吸引电磁铁、2-传感器信号发出装置、3-传感器信号接收装置、4-网兜、5-干扰电磁铁。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，其中，图1为本实用新型实施例提供的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置的结构示意图，图2为现有技术中悬浮球试验装置的结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本实用新型提供的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置包括支架、吸引电磁铁1、传感器信号发出装置2、传感器信号接收装置3、保护装置和干扰电磁铁5，其中，本实施例中的支架、吸引电磁铁1、传感器信号发出装置2和传感器信号接收装置3，与现有技术中悬浮球试验装置的设置形式相同，区别在于本实施例增设了保护装置和干扰电磁铁5，干扰电磁铁5对悬浮球进行干扰，保护装置对悬浮失败并掉落的悬浮球进行撑起。

具体而言，支架作为该用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置的主要支撑架构，供试验用的各部件进行安装固定，传感器信号发出装置2和传感器信号接收装置3共同组成一套传感器装置，一个发出信号而一个接收信号，用于悬浮球的位置检测；其中，吸引电磁铁1、传感器信号发出装置2、传感器信号接收装置3、保护装置干扰电磁铁5均设于支架内部，悬浮球位于支架内部的中心处，吸引电磁铁1设于悬浮球上方的支架上面内侧，传感器信号发出装置2和传感器信号接收装置3设于悬浮球两侧的支架左右面内侧，保护装置设于悬浮球下方并于支架固定安装，干扰电磁铁5可根据试验需要设置于支架内部的任意位置，只要能够实现通电后对悬浮球的干扰均应属于本实施例的说明范围。

在本实施例中，该用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置既能够完成简单的悬浮球控制，也能够完成控制算法自主学习控制参数的装置。在试验过程中，设置有控制算法的处理器依次与吸引电磁铁1、传感器信号发出装置2和传感器信号接收装置3连通并与电源构成闭合回路，先将悬浮球静置于保护装置，启动控制电路，通过传感器信号发出装置2和传感器信号接收装置3检测悬浮球的位置，控制算法根据悬浮球的位置控制吸引电磁铁1的电流大小，将悬浮球吸引稳定悬浮，即可完成简单的悬浮控制；如果外界存在扰动等情况，导致控制算法无法在外界扰动的情况下保证悬浮球的稳定悬浮，使得悬浮球悬浮失败，悬浮球向下掉落于保护装置处，保护装置撑起悬浮球并避免悬浮球掉到地上，此时吸引电磁铁1与悬浮球之间的距离不会过大，可在原先控制算法的基础上优化并将悬浮球再次吸引悬浮，从而有效的促进控制算法自主学习控制参数的开发。

其中，干扰电磁铁5参照与吸引电磁铁1相似的方式接入处理器，干扰电磁铁5的作用在于，通电后对悬浮球产生轻微作用力，从而扰动悬浮球，主动向悬浮球发出外界扰动，从而增加试验变量，检验控制算法的悬浮效果，使得该用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置不仅可以实现简单的悬浮球悬浮控制，还可以解决现有悬浮球试验装置无法进行控制算法自主学习控制参数研究的问题。

为了更好的技术效果，保护装置的中部设有与悬浮球的轮廓吻合的贴合支撑部；示例性的，当保护装置采用硬质板壳材料时，保护装置绝缘不导电，保护装置的中部具有向下凹陷并与悬浮球的球面吻合的球面孔，球面孔既可供悬浮球静止放置时的稳固固定，也可供悬浮球向下掉落后的承接托起，球面孔的径向尺寸应略大于悬浮球的径向尺寸。

在另一种具体的实施方式中，保护装置为具有弹性的网兜4，网兜4的两端吊挂于支架内部；也就是说，网兜4本身具有可伸缩的特性，因此不仅能够在悬浮球静置时与悬浮球的外轮廓贴合以提供更为稳定的支撑，还能够在悬浮球悬浮失败并向下掉落时兜住悬浮球，网兜4自身的弹性变化缓解了悬浮球下落的冲击力，使得悬浮球落入网兜4时平缓稳定。

进一步的，网兜4的形状圆形，圆形的截面面积大于悬浮球的最大圆截面面积，以确保悬浮球向下掉落后能够落入网兜4中，实现保护装置撑起悬浮球、避免悬浮球掉在地上的效果。

示例性的，干扰电磁铁5通过安装固定于支架内部的固定件安装固定；保护装置位于吸引电磁铁1的下方，干扰电磁铁5位于吸引电磁铁1的下方，也即网兜4位于吸引电磁铁1的下方；更进一步的，保护装置位于吸引电磁铁1和干扰电磁铁5之间，也即网兜4位于吸引电磁铁1和干扰电磁铁5之间。

在本实施例中，干扰电磁铁5的吸引力方向与吸引电磁铁1的吸引力方向相反；吸引电磁铁1对悬浮球产生向上的吸引力以试图或达成与悬浮球的重力的平衡，干扰电磁铁5对悬浮球产生向下的吸引力以试图或达成对悬浮球的扰动。

在进一步进行控制算法自主学习控制参数的研究试验中，此时已完成上述简单的悬浮控制，再给下方的干扰电磁铁5供电，使其对上方的悬浮球造成一定的扰动，以此来检验控制算法在有外界扰动的情况下能否稳定悬浮，如果控制算法无法在有外接干扰的情况下保证悬浮球稳定悬浮、导致悬浮球落下，也会落入网兜4而不是掉到地上，这样控制算法就可以将其再次吸引悬浮，从而可以有效的促进控制算法自主学习控制参数的开发。

需要强调的是，与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本装置的结构简单，通过控制干扰电磁铁5可以对悬浮球进行干扰，此时可以验证控制算法是否具有较好的抗干扰性能，观察系统的鲁棒性，有网兜4可以将下落的悬浮球兜住，此时悬浮球依旧在吸引电磁铁1的作用范围内，通过控制算法可以将悬浮球重新吸引起来，完成再次悬浮，在不断的起浮下落过程中，处理器的控制算法不断自主学习优化控制参数，在稳定悬浮状态下不断的用干扰电磁铁5扰动悬浮球，反复打破悬浮平衡再重归悬浮平衡，观察控制系统的鲁棒性；既可以实现悬浮球控制，也能够满足控制算法自主学习控制参数的装置要求以及系统鲁棒性的观察。

以上对本实用新型所提供的用于控制算法研究的悬浮球抗扰测试装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

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