磁悬浮电梯导轨磁力控制系统研究

摘要

磁悬浮电梯是磁悬浮技术应用到电梯控制的新型电梯技术。利用直线电机定子与转子之间的相互电磁作用力，让轿厢在垂直方向的电磁导轨上运行。磁悬浮电梯控制系统中的关键技术难点之一便是对轿厢定位后根据轿厢相对位移大小，调节定子线圈中电流大小使轿厢受力平衡。本文以磁悬浮电梯为研究对象，对磁悬浮电梯轿厢受力进行分析，以及对系统硬件和软件进行设计。
　　 本文首先介绍了磁悬浮电梯工作原理，以及磁悬浮电梯电磁导轨定子与转子结构，在建立磁悬浮电梯轿厢受力模型的基础上，根据电磁学和力学计算公式推导轿厢受力计算公式，分析电磁导轨对电梯轿厢在平衡位置作用力平衡性，并对水平方向分力和垂直方向位移受到扰动时分析轿厢平衡性，得到磁悬浮电梯在运行过程中定子线圈电流的控制规律。
　　 结合磁悬浮电梯实际参数计算选用直线电机参数，并对磁悬浮电梯模型直线电机定子与转子位置做出改进，新的方案减小了直线电机定子线圈电流或者线圈匝数。此外对磁悬浮电梯轿厢定位测速以及定子与转子间隙测量传感器进行选型，并给出了测量方案。
　　 在上述模型以及数据检测方案基础上，设计合理的磁悬浮电梯控制系统硬件平台。包括对双DSP+CPLD接口电路、位移检测和定子线圈电流检测电路、IPM模块及其驱动电路、SCI通讯和CAN通讯电路等。此硬件平台直接从传统的智能电梯控制系统硬件平台上升级，该传统电梯控制系统硬件平台DSP+CPLD的构架已申请专利，已投入市场运行，实际证明十分稳定可靠。
　　 在软件设计上，为了保证对数据检测和系统其他功能模块的实时性，移植入μC/OS-Ⅱ操作系统，该实时多任务系统在工业应用的较为广泛。分析该嵌入式系统较传统前后台系统的优势并结合磁悬浮电梯控制系统表明移植该系统是可行的也是必要的。较为详细介绍了μC/OS-Ⅱ在TMS320F2812移植过程，对移植过程中容易出错的文件重点分析。最后完成磁悬浮电梯控制系统中各个任务管理程序结构和流程，包括μC/OS-Ⅱ系统初始化程序流程、处理器初始化程序、多任务系统各个功能模块程序流程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1新型电梯发展现状

1.2磁悬浮技术研究现状及应用

1.3本文主要研究内容

第2章磁悬浮电梯轿厢受力模型分析

2.1单自由度磁悬浮系统受力分析

2.1.1电流控制型磁悬浮系统

2.1.2电压控制型磁悬浮系统

2.2磁悬浮电梯轿厢受力模型

2.2.1磁悬浮电梯工作原理

2.2.2磁悬浮电梯轿厢受力分析及计算

2.2.3水平或垂直方向存在干扰时磁悬浮电梯轿厢受力分析

2.3本章小结

第3章磁悬浮电梯导轨磁力控制系统总体设计

3.1磁悬浮电梯系统的组成框图

3.2磁悬浮电梯用直线电机

3.2.1直线电机原理以及分类

3.2.2直线电机参数确定

3.3磁悬浮电梯轿厢状态检测

3.3.1磁悬浮电梯轿厢测速定位传感器选择

3.3.2磁悬浮电梯测速定位方案

3.3.3磁悬浮电梯间隙测量方案

3.4本章小结

第4章磁悬浮电梯导轨磁力控制系统硬件设计

4.1磁悬浮电梯控制系统硬件电路总体方案

4.2主控制器选型

4.2.1主控CPU芯片TMS320LF2812特性

4.2.2 CPLD的应用

4.3信号采集处理电路

4.3.1传感器信号电压转换电路设计

4.3.2电流检测电路设计

4.4直线电机驱动电路

4.5通讯模块

4.5.1串行通讯接口

4.5.2 CAN总线接口

4.6本章小结

第5章基于μC／OS-Ⅱ的系统软件设计

5.1 μC／OS-Ⅱ移植的必要性和可行性

5.2 μC／OS-Ⅱ系统在TMS320F2812的移植

5.2.1 μC／OS-Ⅱ移植的准备工作

5.2.2 μC／OS-Ⅱ移植过程

5.3 μC／OS-Ⅱ对磁悬浮电梯导轨磁力控制系统管理

5.3.1磁悬浮电梯主控制器程序流程

5.3.2系统与处理器初始化

5.3.3多任务建立和处理

5.4本章小结

第6章全文总结和展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文