本實用新型涉及一種教學(xué)儀器，特別涉及一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，該示教儀可用于磁懸浮電梯運行控制原理演示，提供學(xué)生進(jìn)行控制算法調(diào)試的實物仿真平臺。

背景技術(shù)：

磁懸浮電梯基于電磁感應(yīng)原理，由于免除了鋼絲繩等磨損部件，受到廣泛關(guān)注。電梯屬于特種設(shè)備，難以搬進(jìn)教學(xué)課堂。現(xiàn)場調(diào)試機會缺乏使得學(xué)生在掌握磁懸浮電梯控制原理時，僅能通過課本或軟件仿真進(jìn)行，老師講解困難，學(xué)生缺乏實踐動手機會。目前，關(guān)于磁懸浮電梯控制設(shè)備的報道較少，市場上也沒有相關(guān)磁懸浮電梯控制示教產(chǎn)品銷售?；谏鲜霈F(xiàn)狀，有必要研發(fā)一套實物仿真設(shè)備，能夠用于磁懸浮電梯控制原理講解與演示，提供學(xué)生控制算法設(shè)計與調(diào)試的實物仿真平臺，由此引出了本實用新型技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型的目的是提供一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，該示教儀可以向?qū)W生演示磁懸浮電梯控制原理，提供學(xué)生進(jìn)行控制算法設(shè)計與調(diào)試的實物仿真平臺。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，主要包括內(nèi)容如下：

(1)該示教儀包括單相異步直線電機、電梯導(dǎo)軌、仿真轎廂、梯井支架以及傳感器檢測與控制單元等主要部件，電梯導(dǎo)軌被法蘭座固定在梯井支架。

(2)加速度(速度)檢測模塊可以檢測仿真轎廂的運行加速度和速度；基于霍爾元件的位置檢測模塊可以檢測轎廂的運行位置；質(zhì)量檢測模塊可以獲得仿真轎廂的載重。

(3)轎廂載重信息、位置信息通過(信號)導(dǎo)線發(fā)送到控制處理模塊，加速度(速度)信息通過無線通信模塊發(fā)送到控制處理模塊。

(4)控制單元的控制算法，能夠結(jié)合傳感器檢測信息對直線電機進(jìn)行控制，模擬電梯完成加減速、勻速、懸停運行，實現(xiàn)模擬磁懸浮電梯運行控制演示。

(5)控制處理模塊支持程序上傳調(diào)試，為學(xué)生提供算法調(diào)試平臺，控制處理模塊具有數(shù)據(jù)存儲功能，可以存儲仿真轎廂的運行數(shù)據(jù)?？刂铺幚砟K具有控制算法評估功能可根據(jù)運行數(shù)據(jù)，對不同控制算法進(jìn)行性能比較。

本實用新型的效果是：能夠?qū)崿F(xiàn)仿真轎廂沿導(dǎo)軌在模擬電梯井道內(nèi)進(jìn)行勻速運行，模擬電梯加減速、勻速運行并在不同樓層?？浚瓿蓱彝?。對單相異步直線電機的反饋控制、磁懸浮電梯的運行控制機理進(jìn)行演示。質(zhì)量檢測模塊、霍爾元件、加速度(速度)傳感器的檢測分別能夠提供控制處理模塊轎廂的載重信息、運行位置信息和速度、加速度信息。多類傳感器的使用有助于教學(xué)活動對傳感器的講解演示?？刂铺幚砟K能夠?qū)Ψ抡骐娞葸\行過程信息(速度、加速度)和轎廂載重信息進(jìn)行記錄存儲，并設(shè)計有控制算法評估部對控制算法性能進(jìn)行評估，控制程序可上傳，方便學(xué)生基于該仿真實物平臺設(shè)計、調(diào)試控制算法。本實用新型可用于傳感器教學(xué)、磁懸浮電梯控制演示、電機控制演示、電機控制算法設(shè)計與調(diào)試等教學(xué)活動中，有效提升教學(xué)效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的示教儀系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實用新型的示教儀控制處理模塊功能框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖1、和附圖2對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實施方案的示教儀系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實施方案的示教儀控制處理模塊功能框圖。

如圖1所示，示教儀結(jié)構(gòu)系由電梯導(dǎo)軌1、無線通信模塊2、加速度(速度)傳感器3、磁鐵塊4、霍爾元件5、質(zhì)量檢測模塊6、法蘭座7、梯井支架8、仿真轎廂9、單相異步直線電機10、電機控制線11、電機驅(qū)動模塊12、控制處理模塊13、顯示模塊14、導(dǎo)線15、220V電源16、數(shù)據(jù)線17、按鍵18組成。

電梯導(dǎo)軌1、法蘭座7、梯井支架8、仿真轎廂9、單相異步直線電機10構(gòu)成示教儀基本物理結(jié)構(gòu)，法蘭座7用于將電梯導(dǎo)軌1固定于梯井支架8上。示教儀在運行過程中，220V電源16對電機驅(qū)動模塊12進(jìn)行供電。按鍵18發(fā)送控制指令經(jīng)數(shù)據(jù)線17至控制處理模塊13，產(chǎn)生控制信號再通過數(shù)據(jù)線17發(fā)送給電機驅(qū)動模塊12，電機驅(qū)動模塊通過電機控制線11驅(qū)動單相異步直線電機10，控制仿真轎廂9加減速、勻速與懸停運行。

加速度(速度)傳感器3、磁鐵塊4、霍爾元件5、質(zhì)量檢測模塊6用于示教儀系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)采集，霍爾元件5通過感應(yīng)磁鐵塊4測量轎廂位移量，質(zhì)量檢測模塊6用于測量轎廂總重量(載重)，加速度(速度)傳感器3用于測量轎廂運行過程中的加速度(速度)，無線通信模塊2將加速度(速度)數(shù)據(jù)發(fā)送給控制處理模塊13，而轎廂位移量、載重均通過導(dǎo)線15傳輸?shù)娇刂铺幚砟K13。

如圖2所示，控制處理模塊完成了本示教儀的核心功能。從邏輯功能角度劃分，其由控制處理單元19、數(shù)據(jù)存儲部20、控制算法設(shè)計部21和算法評估部22組成?？刂铺幚韱卧?9將采集到的加速度(速度)信息、位置、質(zhì)量等運行信息存儲在數(shù)據(jù)存儲部20，存儲方式可以是SD卡、硬盤存儲、云端存儲?？刂扑惴ㄔO(shè)計部21可以上傳至控制處理單元19，并根據(jù)數(shù)據(jù)存儲部20中的歷史運行數(shù)據(jù)設(shè)計控制算法，即控制處理單元19結(jié)合加速度(速度)、位置信息以及仿真轎廂載重信息，可支持設(shè)計、調(diào)試不同的控制算法。算法評估部22同樣作為控制處理模塊13的重要組件，可以根據(jù)數(shù)據(jù)存儲部20中仿真轎廂的運行數(shù)據(jù)(不同控制算法)，比較控制算法的控制性能。控制算法的評估指標(biāo)可以是控制精度J_c，懸停精度J_end，控制舒適度J_a。以下分別定義J_c、J_end和J_a：

J_end＝s_n-s_r(end)，

其中，t表示仿真轎廂運行過程的時間變量，1，2…n表示運行全過程所用時間，v_t和s_t表示運行速度和運行位移，v_r和s_r表示目標(biāo)運行速度和目標(biāo)運行位移，事先可以由運行曲線給出。J_c表示控制精度，包括速度跟蹤精度J_c1和位移跟蹤精度J_c2。s_n表示末端懸停時的位置，s_r(end)表示目標(biāo)末端懸停位置，J_end表示末端的懸停精度。a_cmft模擬人體舒適加速度，既不能太大也不能過小，太小會使運行時間過長，a_t表示實際控制加速度，J_a反映了仿真電梯的控制舒適度。

圖1中的顯示模塊14用于顯示控制處理模塊13檢測的傳感器信息、控制參數(shù)以及算法評估信息，提供示教對象可視化反饋信息。