电力悬浮板控制系统设计
基于FPGA的磁悬浮轴承电控系统设计
ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆＦＰＧＡ ｉ ｉ ｌｐｏ ｒａ ｌ ｅ ，ｔ ｅ ｎ ｗ ｙ ｔｍ ｓａ ｐ ｉ ｄ ｆｒｍａ ｎ ｔ ｕ ｐ ｎ ｙ ａ ｃｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓｏ ｄ ｇｔ ｗｅ ｍｐｉ ｒ ｈ ｅ ｓ ｓｅ ｗａ ｐ ｌｅ ｏ ｇ ｅ ｉ ｓ ｓ ｅ — ａ ｉ ｆ ｃ
大的局 限性 ， 计 了一种基 于现 场 可 编程 门阵列 （ Ｐ Ａ） 设 Ｆ Ｇ 的磁 悬浮 轴承 电控 系统． 先应 用 Ｍ Ｔ 首 Ａ—
Ｌ Ｂ对各部分进行 了建模 ， Ａ 然后针对各部分参数对其性能的影响进行 了仿真研 究， 最后 对基于 Ｆ — Ｐ Ｇ Ａ的数 字功 率放 大器 的纹波 与动 态特 性进 行 了试 验 ， 并将 它们 应 用 到磁 悬浮球 系统 中 实现 了悬
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ｓｏ ａ ｌｓ ｓｅ ｔ ｅ ｌ ｅ ｂａｌｓ ｐｅ ｄ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｍａ ｎｉ ｄ ｆｔ ｅ ｂａｌｃ ｎ ｉｎ ｂ ｌ ｙ ｔｍ ｏ ｒ ａ ｉ ｌ ｕｓ ｎ ｉ ｇ ｚ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｉ ｒ ｔｏ ｇ ｔ ｅ ｏ ｈ ｌ ａ ｕ ｂ ｏ ｔｏｌ ｄ ａ ｒ１ ｅ ｃ ｎ ｒｌｅ ｔ１ Ｏ ．Ｕｎ ｅ ｈ ｐｅ ａｉ ｇ ｃ ｎ ｉｉｎ ｂｕ ｏｔ ｇ ｆ１ ０ Ｖ，ｓ ｔｈｉｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ５ ５ ａ ｄ ｒｔ ｅ ｏ ｒ ｔｎ ｏ ｄ ｔ ｓ， ｓｖ ｌａ ｅ ｏ ｏ ５ ｗｉｃ ｎ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ２
浮球 的稳 定 悬浮． 结果表 明 ： 该数 字控制 器使磁 悬浮球 悬浮 时 的振 动 量控 制在 １ ｍ； ５ｔ 设计 的 数 字 ｘ 功 率放 大 器在 母线 电压 为 １０Ｖ， 关频 率 为 ２ Ｈ ， ５ 开 ５ｋ ｚ 负载 线 圈 电感 为 ４ Ｈ， 态电流 为 ２Ａ 时 ， ０ｍ 静
磁悬浮列车
磁悬浮列车磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。
时速可达到５００公里。
它的结合能，是利用常导或超导电磁铁与感应磁场之间产生相互吸引或排斥力，使列车“悬浮”在轨道后或下面，作无摩擦的运行，从而克服了传统列车车轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，并且具有启动、停车快和爬坡能力强等优点。
时至今日，磁悬浮技术形成了分别以德国和日本为代表的两大研究方向——ＥＭＳ系统和ＥＤＳ系统。
德国认准的ＥＭＳ（常导磁吸型）系统，是利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸附上来悬浮运行。
日本看好的ＥＤＳ（排斥式悬浮）系统，则是用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行。
目前两种车型都达到了５００公里左右的时速，两种方案都切实可行，孰优孰劣，也确实难分高下。
“常导型”世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。
上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。
是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力使车辆浮起来。
列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。
这必须精确控制电磁铁的电流。
悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。
通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它与列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。
列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。
列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。
悬浮充电的原理
悬浮充电的原理悬浮充电是一种无线充电技术，它的原理是通过电磁感应实现对电器设备的充电。
悬浮充电的过程可分为两个主要步骤：功率传输和悬浮控制。
首先，功率传输是悬浮充电的核心步骤。
功率传输主要通过电磁感应实现。
在发送端，有一个AC电源供电，经过一个电力传输系统，将电能转化为高频电磁场能量。
这个电力传输系统一般由电源、功率逆变器、谐振电容器和发射线圈组成。
电源将电能转化为直流电能，然后通过功率逆变器将直流电能转换为高频交流电能，通过谐振电容器调整电流和电压的波形，最后通过发射线圈产生高频电磁场。
在接收端的设备上，也有一个系统来接收电磁能量并将其转化为电能。
这个系统一般由接收线圈、整流器和充电电池组成。
接收线圈用来接收发射端发出的高频电磁波，并将其转换为电能。
整流器主要通过整流技术将接收到的交流电转换成直流电，并将其用来给充电电池充电。
接下来是悬浮控制的过程。
悬浮控制主要是通过控制电力传输系统中的参数来实现的。
在电力传输系统中，电磁感应强度随着距离减小而增大。
所以控制系统会通过调整谐振电容器的参数，使得电磁感应场中的电流和电压达到匹配的状态，从而实现最大功率传输。
这样一来，无论接收设备在空中的位置如何移动，传输的电能都能保持稳定。
此外，悬浮充电还需要考虑到安全和效率问题。
为了确保安全，悬浮充电系统通常会采用电磁屏蔽技术来防止电磁辐射对人体的伤害。
同时，系统还会通过电流和电压的控制，避免对设备造成过度的热量或电流冲击。
对于效率方面，悬浮充电系统通常会通过功率传输和悬浮控制的优化来提高电能的传输效率。
例如，通过谐振电容器的调整和电磁屏蔽技术的应用，可以减少能量的损耗，提高充电效率。
综上所述，悬浮充电的原理是通过电磁感应将电能转化为电磁场能量，然后再将其转化为电能，通过控制电力传输系统中的参数来实现功率传输和悬浮控制。
悬浮充电技术不仅可以提供方便的无线充电方式，还可以提高整个充电过程的效率和安全性。
磁悬浮列车到底是利用排斥力还是吸引力使它浮起来的
磁悬浮列车到底是利用排斥力还是吸引力使它浮起来的？一、磁性悬浮原理磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，人们称之为磁悬浮之父，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。
大家知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互吸引，反之，把相反的一极靠近，它们就相互吸引。
托起物体的悬浮力，其实就是这两种力。
斥力使物体悬浮不难理解（图1）。
吸引力使物体悬浮是当物体向下的重力与向上电磁吸引力平衡时，物体便处于悬浮状态（图2）。
但是，利用一般的磁铁并不能把物体稳定地浮起。
要是你将两块磁铁的N极相对，你会发现无法使一块磁铁稳定地浮在另一块上。
所以，要把物体浮起并不如想像般简单。
二、磁悬浮技术的应用磁悬浮技术主要应用在运载技术上。
它不仅能够用于地面运载，也可以用于海上运载，还能用于垂直发射，美国就在试验用磁悬浮技术发射火箭。
磁悬浮技术在直线驱动、低温超导、电力电子、计算机控制与信息技术、医疗等多个领域都有极重要的价值。
概括地说，它是一种能带动众多高新技术发展的基础科学，又是一种具有极广泛前景的应用技术。
近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路在各国交通运输格局中占有举足轻重的地位。
法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200千米向300千米飞速发展。
20世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速达到360千米。
要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统已经无能为力了。
所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。
要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车——磁悬浮列车。
三、磁悬浮列车是什么磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。
应用准确的定义来说，磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车车厢托起悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触，从根本上克服传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，只是在离轨道10mm或100mm的高度快速“飞行”。
悬浮式飞行器的控制系统设计与实现
悬浮式飞行器的控制系统设计与实现悬浮式飞行器作为一种新兴的航空器，受到了越来越多的关注。
它具有飞行高度低、飞行速度快、无需跑道即可起降等诸多优点，因此在民用和军用领域都有广泛的应用。
为了实现悬浮式飞行器的准确控制，需要设计一套稳定可靠的控制系统。
本文将介绍悬浮式飞行器的控制系统设计与实现。
一、悬浮式飞行器的基本原理悬浮式飞行器主要由机身、动力系统、悬浮系统、控制系统和载荷系统等组成。
其中，悬浮系统是悬浮式飞行器最核心的部分，它利用空气动力学原理和电动机等动力装置来保持飞行器的悬浮，同时实现飞行方向和高度的调节。
悬浮系统主要分为两种类型，一种是微型喷气式悬浮系统，另一种是电磁悬浮系统。
前者利用反推原理，靠喷气产生的向下推力来抵消重力，从而实现悬浮；后者则利用电磁感应原理，在磁场作用下使悬浮体浮起，从而实现悬浮。
二、悬浮式飞行器的控制系统设计1.悬浮控制悬浮控制是悬浮式飞行器控制系统中最基本、最重要的一部分。
它通过不断调节悬浮系统中的推力或电磁力，使飞行器保持稳定和平衡状态。
在微型喷气式悬浮系统中，悬浮推力的大小与喷气速度和喷气口的面积有关，因此需要根据飞行器的重量、外部环境等因素来调节喷气速度和面积，以确保推力能够平衡重力。
在电磁悬浮系统中，则需要利用反馈控制方法来调节电流和磁场等参数，使悬浮体在磁场作用下保持稳定悬浮。
2.姿态控制姿态控制是悬浮式飞行器控制系统中另一个重要的部分。
它通过调节飞行器的姿态角度，使其保持在指定的飞行方向和角度。
姿态控制主要分为三种方式，即纯机械方式、传感器方式和混合方式。
其中，纯机械方式采用旋转机械结构来调节姿态，无需电子元器件，但精度低、稳定性差；传感器方式则利用陀螺仪、加速度计等传感器来检测姿态变化，精度高、稳定性好，但成本较高，复杂度也较高；混合方式则结合了机械和电子元器件的优点，既能够保证控制精度，又能够降低成本。
3.高度控制高度控制是悬浮式飞行器控制系统中的另一个重要部分。
磁浮铁路技术标准(试行)
磁浮铁路技术标准(试行)引言随着科技的发展和社会的进步，交通运输逐渐成为现代社会生活不可或缺的一部分。
磁浮铁路作为一种新型的高速交通方式，具有运行速度快、能耗低、环保等优势，受到了越来越多的关注和重视。
为了推动磁浮铁路技术的发展和应用，制定并实施磁浮铁路技术标准(试行)具有重要意义。
一、磁悬浮系统1.磁悬浮系统的构成磁悬浮系统由车辆、轨道、供电系统和控制系统等组成。
车辆应具有良好的运行性能和安全性能，能够适应高速运行的要求；轨道应具有稳定的支撑和导向作用，能够承受列车运行产生的动载荷；供电系统应能够为列车提供稳定的电能，同时具备自动保护和故障检测功能；控制系统应能够保证列车的安全运行和运行的平稳性。
2.磁悬浮系统的技术要求磁悬浮系统应具有良好的高速运行性能、稳定的悬浮和导向能力、可靠的供电系统和安全的控制系统。
在设计和制造过程中，应严格遵循相关的技术标准和规范，确保系统的可靠性和安全性。
二、磁悬浮列车1.磁悬浮列车的设计要求磁悬浮列车的设计应充分考虑运行速度、载客量、节能环保和舒适性等因素，确保列车具有良好的运行性能和乘坐体验。
在车辆结构、车辆控制、供电系统和动力系统等方面，应注重技术创新和性能提升，以满足不同运营需求。
2.磁悬浮列车的安全要求磁悬浮列车在高速运行过程中，应具备可靠的安全保护措施，能够有效应对各种突发情况和故障。
在列车设计、制造和运行过程中，应加强安全管理和监控，确保列车运行的安全性和稳定性。
三、磁悬浮轨道1.磁悬浮轨道的建设要求磁悬浮轨道的建设应符合相关的规划和设计要求，确保轨道的平整度、强度和稳定性。
轨道应采用适当的材料和工艺，能够承受列车运行产生的荷载和动态力，同时具备良好的防腐和防尘性能。
2.磁悬浮轨道的检测和维护要求磁悬浮轨道在运行过程中需要进行定期的检测和维护，包括轨道平整度、轨道几何参数、轨道强度等方面的检测，以及轨道清洁、沟槽清理和防腐处理等方面的维护工作。
检测和维护工作应符合相关的标准和规范，确保轨道的安全和可靠运行。
电动悬浮门原理
电动悬浮门原理悬浮门，又称为滑动门或自动门，是一种常见的门类，广泛应用于商场、酒店、医院等公共场所。
而电动悬浮门则是指悬浮门中的电动部分，通过电力驱动实现门的开启和关闭。
本文将从电动悬浮门的原理出发，介绍其工作原理以及相关的技术细节。
一、悬浮门的基本结构悬浮门由门体、导轨、电机和控制系统等组成。
其中，门体是由多个门扇组成，通过滑轮和导轨的配合，可以实现门的平稳开启和关闭。
电机作为驱动装置，负责提供动力使门体运行。
控制系统则是悬浮门的“大脑”，通过接收信号和控制电机的转动，实现门体的自动化操作。
二、电动悬浮门的工作原理1. 传感器检测：电动悬浮门通常会安装红外线或微波传感器，用于检测门口的人员或障碍物。
当有人或物体进入传感器范围时，传感器会向控制系统发送信号。
2. 控制系统判断：控制系统接收到传感器发送的信号后，会进行判断和逻辑处理。
根据不同的信号，控制系统会决定门体是继续保持关闭状态还是开启。
3. 电机驱动：当控制系统判断门体需要开启时，会向电机发送指令。
电机接收到指令后，开始转动。
电机通常与门体连接，通过滑轮和导轨的配合，使门体沿轨道平稳开启。
4. 定位传感器：在门体开启的过程中，通常会安装定位传感器，用于检测门体的位置。
一旦门体达到预设的开启位置，定位传感器会向控制系统发送信号，控制系统则会停止电机的转动。
5. 关闭操作：当门体需要关闭时，控制系统会向电机发送相反的指令，使电机反向转动。
门体通过滑轮和导轨的配合，沿轨道平稳关闭。
三、电动悬浮门的特点和技术细节1. 平稳静音：电动悬浮门在开启和关闭的过程中采用滑轮和导轨的结构，使门体运行平稳，减少噪音。
同时，电机也采用静音设计，提高使用的舒适性。
2. 安全可靠：电动悬浮门安装了多种安全装置，如红外线传感器、防夹传感器等，可以有效避免人员和物体被门夹伤。
同时，控制系统也会对电机的运行状态进行监控，确保门体运行的安全可靠。
3. 多种控制方式：电动悬浮门支持多种控制方式，如手动按钮控制、感应开关控制、遥控器控制等。
高速磁悬浮交通技术：牵引供电系统
轨旁馈电电缆组
馈电电缆组的作用是连接牵引模块和定子段。 采用两步法，需要两个馈电电缆组；采用三步法 时，则需要三个馈电电缆组。
每个馈电电缆组为一个定子段供电，由于定子 段相当于是一台电动机，因此，馈电电缆组也是 由三相组成。
高速磁悬浮交通技术
牵引变电站
牵引变电站是放置牵引模块和牵引控制系统的建 筑。
高速磁悬浮交通技术
两步法
两步法也称为错步法。要求每个牵引模块有两个 变流器单元，供电电缆也只有两组，每组给固定一 侧轨道的定子段供电。
在定子段切换过程中，首先使车辆正在离开的定 子段的电流关断并下降到零，然后使车辆正在进入 的定子段的电流导通并上升。在定子段切换的过程 中，对列车的牵引力会产生脉动和下降。
高速磁悬浮交通技术
上海线牵引供电系统的基本结构与特点
上海示范运营线的牵引供电系统设110KV 主变电站2座，全线共划分为5个牵引供电区间。 牵引供电区间是指相对于每条线路轨道来说， 两个相邻的牵引变电站之间的长定子和馈电线 路的逻辑分区。在一个牵引供电区间内，只允 许一列磁悬浮列车运行。
高速磁悬浮交通技术
高速磁悬浮交通技术
中间直流环节与制动斩波器
12脉波整流桥的输出电压必须通过大电容滤波， 变成平稳的直流电压。
制动斩波器使制动电能的回馈处于可控状态：即 当列车制动时直流环节的电压超过一定值时，斩 波器导通，将制动电能引入电阻消耗。制动斩波 器由GTO元件构成。供电。
高速磁悬浮交通技术
制动电阻
高速磁悬浮交通技术
高速磁悬浮交通技术
牵引控制系统分类
① SIMADYN D SIMADYN D系统是一种全数字实时控制系统，它主要应用于
工作环境较好但控制任务很复杂的控制领域，例如钢铁、 化工和采矿等领域的变流器控制。 在牵引变电站中，SIMADYN D应用于MRS、URS、变流器单元 功率部分子装置URL和输入/输出开关柜的控制。
磁悬浮列车控制系统的设计与优化
磁悬浮列车控制系统的设计与优化随着现代科技的飞速发展，交通运输业也在不断革新和变革中。
其中，科技最为先进的交通工具之一就是磁悬浮列车。
其以高速、舒适、环保的特点，已成为未来交通运输的重要发展方向。
而磁悬浮列车的控制系统，则是磁悬浮列车能否正常运行和保持稳定的关键所在。
本文将从磁悬浮列车控制系统的设计与优化两个方面入手，来探讨如何实现磁悬浮列车的高效、安全、稳定运行。
一、磁悬浮列车控制系统设计1、系统整体架构磁悬浮列车控制系统包括GUID（车辆控制部分）、TMS（列车监控与信号控制系统）、ATS（自动列车停车系统）等组成部分。
其中，GUID主要控制列车的运行、悬浮和制动等功能；TMS 则是对整个线路进行监控和控制，并发送相关信号控制车辆运行；ATS则是对列车停车进行控制和安全保障。
这三个部分相互配合，才能让整个磁悬浮列车系统运行如常。
2、控制系统设计原则在磁悬浮列车控制系统的设计中，需要遵循以下原则：（1）安全性原则。
磁悬浮列车的运行中，安全永远是第一位的。
因此，在设计控制系统时，需要充分考虑安全策略，并设置安全保护机制。
（2）高效性原则。
磁悬浮列车是高速运行的交通工具，因此，在设计控制系统时，需要考虑全方位控制，并提高整个系统的运行效率。
（3）灵活性原则。
磁悬浮列车的控制系统需要针对不同线路、车辆和客流量等因素，进行灵活的调整和配合，才能最大限度地发挥其作用。
3、控制系统设计流程控制系统的设计流程，一般包括三个部分：（1）需求分析。
通过对磁悬浮列车的使用情况、客流量、线路参数和环境特点等进行分析和评估，明确设计控制系统的需求和目标。
（2）方案设计。
根据需求分析，设计出合适的磁悬浮列车控制系统方案，包括整体架构、硬件和软件系统等。
（3）实施与调试。
在系统设计完成后，需要进行实施和调试，确保各个部分协调运行、稳定性好、安全性强。
二、磁悬浮列车控制系统优化1、优化控制系统性能在磁悬浮列车控制系统的设计过程中，需要充分考虑控制系统的性能优化。
帆板控制系统设计报告
帆板控制系统设计报告（F题）摘要：该系统，以STC12C5A60S2单片机作为主控制器，产生PWM波，经过大功率功管IRF530芯片驱动电机让风叶转动，使帆板发生角度偏移，由角度传感器(型号WDJ22G—A6)将角度的变化转化为电压，然后经OP07放大器传送到单片机的P1.2口（即ADC口），通过单片机的A/D进行AD 采样转换，对角度传感器采集到的电压进行分析和处理，转换成代表角度的数字信号，采集的信号最终由LCD12864显示。
此外系统还可以通过按键随时控制风力大小，使帆板固定在某一转角上，并有声光、语音提示，以便进行测试。
整个测量的分辨力为1度左右，绝对误差为1度。
关键字: 单片机、机械式角度传感器、PID，PWM目录1系统方案论证及方案选择2 本系统软硬件设计2.1单元硬件电路设计2.1.1 MCU系统及外围电路2.1.2 角度传感器信号采集电路设计2.1.3 直流电机风扇的驱动设计2.1.4 语音提示电路设计2.2 软件部分设计2.2.1 PWM波的产生2.2.2 STC12C5A60S2单片机AD转换的设计2.2.3 LCD液晶显示部分的设计2.2.4 帆板角度控制PID算法设计3. 系统连调及测试3.1指标测试和测试结果4.结论参考文献附录1 原器件清单附录2电路原理图及印制板图附录3程序1. 系统方案论证及方案选择1.1 总体设计方案题目要求设计一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力的大小，改变帆板Ø，并能实时显示其转角大小。
设计主要由主控单片机STC12C5A60S2驱动直流电机，使风扇工作，带动帆板的转动，由角度传感器将偏移量进行电阻—电压的转换，转换结果通过运算放大器OP07进行传输，单片机的AD口对采集到的数据进行分析与处理，最后将转换的数字信号显示在LCD12864上,APR9600进行语音提示，当帆板角度到达所设定角度后，会进行提示，或者每变化多少度后进行一次提示。
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电力悬浮板控制系统设计
摘要：此研究项目的目标是设计并研发一种新型的电力悬浮板。
这种悬浮板的主要用途是用于短距离个人交通以及高性能竞速娱乐。
本文主要论述了电力悬浮板的电子控制系统设计。
关键词：悬浮板 控制信号 导航无线传输
0 前言
民族志研究方法表明用户们对于更加快捷方便的短途交通方式
有一定的需求。同时，用户也在期待一种与传统交通方式不同的旅行
体验。因此本文中探讨了一种新型单人电力悬浮板的创意以及技术问
题。此研究项目的目标是研发一台真人大小的悬浮板模型，并建立完
整的电子控制系统。
1 电子控制系统概述
本项目的电子控制系统采用使用者导向设计理念，即通过调查研
究用户需求然后再以此确定性能设计。
电子系统设计的基本原则是建立一套得以高效控制悬浮板运转
的电子探测与控制系统。所有电力与电子元件均由同一台微控制器控
制。其功能可以被归类为四个方面，分别是动力控制功能、导航矫正
功能、无线通信功能以及安全功能。
2 动力控制功能
根据研究以及产品比较，最终导管风扇（DFS）被选定为悬浮板
主要的悬浮和动力系统。选定的具体元件为New Dynamic Power
Series EDF - New DPS2 series 90mm 10S。此种导管风扇由高能无电刷
电动机提供动力，标准工作电压为37V，最高转速为45,000rpm。选
用的电子转速控制器(ESC)型号为Platinum-120A-HV-PRO。
控制信号的终端由Arduino Mega 2560微控制器担任。微控制器
生成PWM波形信号并通过数据线路传递给电子转速控制器(ESC)。
初始PWM控制信号频率为50Hz，波形振幅为5V。控制信号经过ESC
后进行放大以及变频，最终传输给电动机。
PWM控制信号的占空因数(duty cycle)取决于用户对于微控制器
模拟频道的信号输入。电动机的转速也将取决于控制信号的占空因数
(duty cycle)。
3 导航矫正功能
由于悬浮板在工作中需要悬浮在地面之上，所以悬浮板底部与地
面之间的摩擦力极小。悬浮工作原理大大提升了动力系统的效率，但
同时由于摩擦力过小，使得悬浮板自身的精确控制也极为困难。所以
自动导航以及矫正功能被引入到电子系统中。
导航矫正功能的核心元件是惯性测量单元(IMU)，它的作用主要
是随时获取悬浮板的方向信息。惯性测量单元会时刻监测悬浮板的行
进方向并把信号反馈给微控制器，微控制器通过方向余弦矩阵算法
(DCM)得到精确信息。这些信息将用来矫正悬浮板的运动方向。
导航功能的工作原理见图1。
4 无线通信功能
无线通信功能有两大主要用途：第一是在测试阶段进行方便快捷
的无人测试；第二是在运行中即时反馈各项机器参数。一款配套的电
脑用户界面也同时建立，使研发团队可以方便地对悬浮板进行远程控
制以及记录各项运行数据。
无线传输系统由发射和接收装置两部分组成。传输仪器选择
XBee ZNet 2.5。为确保信号传输的稳定以及数据的准确，传输系统使
用API无线传输协议。传输协议设定在图2中进行了简单的演示。
5 实验数据
动力系统测试：
下面两组实验数据表明不同负载量对于动力系统需求的影响。
在不同负载量下，不同悬浮以及推进动力系统输出的组合可以达
到摩擦力近似为零的“悬浮界限”。悬浮动力输出表如表1所示：
悬浮动力输出图3中的数据表明，越过“悬浮界限后”悬浮系统的
动力增加并不会带来明显的加速度提升。
表2中数据则表明，悬浮动力不变的情况下，系统加速度与推进
系统的动力输出成正比。
6 结束语
整套电子控制系统的建立使得电力悬浮板的精确控制成为可能。
经过真人测试，这种电力悬浮板拥有成为新式小范围交通工具的潜
力。研发团队也同时希望电力悬浮板完整真人模型的研发可以为日后
的新市交通工具发展提供创意与灵感。
7 参考文献
[1]王葵.电力系统自动化[M]. 电力出版社
[2]Arbortech. Airboard [OL]. Available.
http://www.arbortech.com.au/view/airboard-information
[3] K. Gonzalez. MagSurf skateboard gives whole new meaning to
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[4]吴贵生等. 技术创新管理[M] .清华大学出版社
[5]孙旭东等. 电机学[M]. 清华大学出版社