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上推式磁悬浮DIY(手把手教你玩转磁悬浮)

上推式磁悬浮DIY(手把手教你玩转磁悬浮)
上推式磁悬浮DIY(手把手教你玩转磁悬浮)

下推式磁悬浮制作方法(模拟电路)

线圈板

J4L2 B&D

焊接好之后是这个样子的电源方向

接线圈

接线圈接传感器

传感器的高度为线圈的二分之一位置

与对面的同一线头连在一起

(同名端相连)要焊好

这个孔就是焊接另一个

线头的(线圈最外圈的)

一根

基于微分电路的上拉式磁悬浮

基于微分电路的上拉式磁悬浮 这是一个基于微分电路的上拉式磁悬浮。它不使用单片机,仅靠电路实现上拉式磁悬浮的平衡。而且作者把它做成了“便携式”,用一个透明文具盒+电池就装下了。可以随身携带,随时演示,简直就是工科宅男的泡妞利器! 原文的图片链接都已经失效了,还好我这里曾经下载保存过 废话不多说了,以下是原文攻略部分。 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$华丽丽的昏鸽线$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 未组装阶段的通电悬浮图: 再来一张: 第三张

开始组装 它的心脏:比例微分控制电路 电路是由如下元件组成,一般家电维修处都能买到,其中运放,我用的是LM324 是因为我手头现有这个,其实用2 运放就行,线圈是自己饶的,漆包线挺贵的。

自制要点:被悬浮的必须是磁力强体积小的磁铁,推荐使用球形钕铁硼磁铁,非球形也行。漆包线很贵,线圈不必绕那么多圈,绕到我这个的一半就可以达到和我这个一样的磁场了,但是绕得越多,越省电. 两个可变电阻的阻值必须调试到合适才能悬浮且稳定. 霍尔元件的位置应该处于线圈中心。 霍尔元件在很多家电上都有用到,去家电维修部买就可以了,可以买3503,也可 以买别的型号,但是要注意买输出线形量的,不是开关量的。 那么我就整体原理解释一下,如果你水平高,你可以做一个,如果水平不行,我解释了你起码能知道是怎么回事: 小球在空中受重力,当小球处于某个高度时,电路使重力和磁力平衡;当小球高于这个高度时,电路使线圈磁力小于重力,从而使小球有下落趋势;反之,低于这个高度,电路使线圈磁力增大,小球就有上升趋势.从而小球能在一定的扰动范围内保持平衡。 其实学过控制的人可以看出电路中还有微分控制,就是那个电容.其实这个电路没有微分控制也能工作,小球稳定性会稍差些.如果不懂控制,完全可以按你理解的不加电容来做.另外线圈挡板的铝板也起到类似于微分控制的作用,抑制震荡. (本段系另一人回复,在帖中23楼,非作者叙述) 我说说我的理解:小球的轻微扰动会导致空间磁场变化,霍尔元件把这个变化感应成线性电位信号反馈。两个500K 电阻的分压可以让运放输出有一个直流偏压,防止三极管工作在截至区(调节静态工作点)。 200K 电位器的作用是调节霍尔元件信号的平衡位置, 500K 电位器的作用是调节控制电路的灵敏度(或者是调节前级放大倍数防止后面的放大电路饱和),两级运放间RC滤波器是滤除纹波 让线圈的磁场更平稳。霍尔元件的反馈信号被两级运放和三极管放大了很多倍,只要磁场一有扰动,就会驱动线圈电流变化让磁场趋于恒定。 23楼完全正解. 不过电容不是为了滤除波纹,而是微分控制,也就是根据小球的速度来改变线圈电流的大小. 如果不加电容,就只根据小球位置来改变了. 这种球形磁铁可以在淘宝上买到,搜“球形钕铁硼”即可,目前全国只此一家,所以是2元/个的“垄断价格”,不用球形的话,很多城市的卖电机的地方都有卖钕铁硼。

磁悬浮原理及控制

magnetic suspension technique 本文介绍磁悬浮主轴系统的组成及工作原理,提出了一种在常规PID基础上的智能PID控制器的新型数字控制器设计。其核心部件是TI公司的TMS320LF2407A,设计了五自由度磁悬浮主轴系统的硬件总体框图。用C2000作为开发平台,设计在常规PID基础上的智能PID控制器。理论分析结果表明:这种智能PID控制器能实现更好控制效果,达到更高的控制精度要求。1 引言 主动磁悬浮轴承(AMB,以下简称磁轴承)是集众多门学科于一体的,最能体现机电一体化的产品。磁悬浮轴承与传统的轴承相比具有以下优点:无接触、无摩擦、高速度、高精度。传统轴承使用时间长后,磨损严重,必须更换,对油润滑的轴承使用寿命会延长、但时间久了不可避免会出现漏油情况,对环境造成影响,这一点对磁悬浮轴承就可以避免,它可以说是一种环保型的产品。而且磁轴承不仅具有研究意义,还具有很广阔的应用空间:航空航天、交通、医疗、机械加工等领域。国外已有不少应用实例。 磁悬浮轴承系统是由以下五部分组成:控制器、转子、电磁铁、传感器和功率放大器。其中最为关键的部件就是控制器。控制器的性能基本上决定了整个磁悬浮轴承系统的性能。控制器的控制规律决定了磁轴承系统的动态性能以及刚度、阻尼和稳定性。控制器又分为两种:模拟控制器和数字控制器。虽然国内目前广泛采用的模拟控制器虽然在一定程度上满足了系统的稳定性,但模拟控制器与数字控制器相比有以下不足:(一)调节不方便、(二)难以实现复杂的控制、(三)不能同时实现两个及两个以上自由度的控制、(四)互换性差,即不同的磁悬浮轴承必须有相对应的控制器、(五)功耗大、体积大等。磁轴承要得到广泛的应用,模拟控制器的在线调节性能差不能不说是其原因之一,因此,数字化方向是磁轴承的发展趋势。同时,要实现磁轴承系统的智能化,显然模拟控制器是难以满足这方面的要求。因此从提高磁轴承性能、可靠性、增强控制器的柔性和减小体积、功耗和今后往网络化、智能化方向发展等角度,必须实现控制器数字化。近三十年来控制理论得到飞速发展并取得了广泛应用。磁悬浮轴承控制器的控制规律研究在近些年也取得了显著的进展,目前国外涉及到的控制规律有:常规PID和PD控制、自适应控制、H∞控制等,国内涉及到的控制规律主要是常规PID及PD控制和H∞控制,但H∞控制成功应用于磁悬浮轴承系统中的相关信息还未见报道。 从当前国内外发展情况来看,国外的研究状况和产品化方面都领先国内很多年。国外已有专门的磁悬浮轴承公司和磁悬浮研究中心从事这方面的研发和应用方面工作,如SKF公司、NASA等。其中SKF公司的磁轴承的控制器所用控制规律为自适应控制,其产品适用的范围:承载力50~2500N、转速1,800~100,000r/min,工作温度低于220℃。NASA是美国航天局,他们开展磁悬浮研究已有几十年,主要用于航天上,研究领域包括火箭发动机和磁悬浮轨道推进系统(2002年9月已完成在磁悬浮轨道上加2g加速度下可使火箭的初始发射速度达到643~965km/h 。目前国内还没有一家磁悬浮轴承公司,要赶上国外磁悬浮轴承发展水平,必须加大人力、物力等方面的投入。国内对磁悬浮轴承控制器的控制规律研究起步较晚,当前使用较多的都是常规PID和PD控制,实际电路中也有使用PIDD的。控制精度相对来说不是很高,而且每个系统都必须对应相应的KP,KI,KD,调节起来很麻烦,使用者同样会觉得很不方便。为了使磁悬浮轴承产品化,必须解决上述问题,任何人都能很方便的使用,必须把它做成象“傻瓜型设备一样的产品”,这就得首先解决控制器的问题。解决此问题就是使控制器智能化。智能化的内容包括硬件的智能化和软件的智能化。本文仅讨论控制器在控制算法方面的智能化问题以及实现手段,可为最终解决磁悬浮轴承智能化奠定

手把手教你DIY磁悬浮详细教程--吊悬式上推式

手把手教你DIY磁悬浮 吊悬电路图 R3为距离调节,这个距离是有一定的大小,小到磁铁会吸住上面的铁芯,大到上面电磁铁没有力吸住下机的磁铁。 R4 是放大调节器,在PID中可看作P。 R5R6组成电压中线中。 距离调节,也可这样做:R3去掉不用,直接调节A放大器的中线电压。 R8,C1这个值要通过调试才能达到完美。这个可增加稳定性 这个3503磁感应器在电动摩托车车把找到的,线性的,当没有磁力线通过时输出为电压的一半。

3503放在线圈(线圈可以加铁芯)的下面中心点,这个放置有正反面之分。吊悬用强磁铁。 线圈的圈数和线直径大慨个数,没有算出要多少才可以,多圈几圈正常下多可以用单组电路(整个完整电路应有两组这样的电路) 电路分析: 这个电路中可分成几个部份 R2,R3,D1,C1组成稳压供给3503和中线电压取样 A放大器与R8,R7组成输入放大 因霍尔是放在磁场中间,和霍尔自身的工艺因素,所出输不一定刚好是电压的一半,所以放大器的中性电压一定要用R6来调节 R9,R10,C3,组成PID Q1,Q3,B放大器可看成一个放大器,R1是RF,这样就好理解了,D2,D3是保护Q1,Q3的。 R11,R12,Q2,Q4,C放大器这是一组约为1:1放大,正好与B放大输出成反相 也可这样来说,后级的电路是推勉放大器 如果不用R11,R12,Q2,Q4,C放大器,这个电路其实就是吊悬电路改变而来的 在调试中先试一组电路 当磁铁在线圈上方左右移动时,手能感觉到磁铁被电磁铁在上方一个位置中吸卡住(有点轻微,要认真去感觉),调节R6可改变吸卡的位置,

霍尔放在相对一组线圈中间,上下也要居中(这个很关健) 如果线圈的磁力够推动磁铁的话可以放在下面大磁铁中(这个看起比较好看),但初做这个还是先放在大磁铁上面,当然这个前提是下面的环形磁铁的磁力足以托起上面的悬磁铁一定距离,够放住线圈。左右线圈输出的磁性是想反的。对悬磁铁来说正好一个线圈是拉,一个线圈是推。 当悬磁铁向左漂移时,电磁铁会把它拉到右过来(一个推,一个拉),当悬磁向右漂移时,电磁铁也会把它拉到左过来,这样的结果会使悬磁铁居在两个线圈拉力的中间。上下两个线圈也是这个道理。

自制磁悬浮装置

磁力悬浮器:玩儿的就是“气场”! chxmright发表于 2010-12-07 18:59 DIYer:J_Hodgie 制作时间:3-4小时 制作难度:★★★★☆ GEEK指数:★★★★☆ 这件小小的DIY作品向我们展现了一个磁力悬浮器是如何“神奇”地让各种物体漂浮在空中,而且仅仅利用了一个小小的磁铁而已哦~~简单易行,效果却是相当不凡的,一定能让围观者“大吃一斤”……

话说该神器和悬浮地球仪很神似~~但是我DIY的神器是电磁铁和永久磁铁配合的结果——这比简单的将几个永久磁铁捆绑了事,声称自己可以悬浮任何物体要高级多了,不是夸夸其谈,看我后续介绍吧。 我找来了一个微控制器(PLC或是单片机随你便)和一个红外传感器来侦查悬浮物的悬停高度,然后通过微处理器来设定电磁铁的电流值,从而让它乖乖地悬停在空中~ 当然咯,悬浮物的悬浮位置还是和悬浮物的重量与磁性大小有关滴。把物体放在磁铁和传感器之间时,我可以通过一个开关来侦测高度从而确定电流强度。 当物体悬浮时,物体的重力和磁铁对物体产生的吸引力是相等的,所以我们选择悬浮物体的时候一定要找使用非工业电磁铁,用较小的电磁力就可以摆平的物体啦~~而且这个小装置还能够进行动态调整以便物体保持完美的悬浮高度。 从前我总是被商店橱窗里的悬浮地球仪深深吸引,奈何钱包不鼓啊。何况那种玩意儿还非得捆绑销售那个悬浮物,而不能悬浮自己喜欢的物品! 因此呢,我决定自己利用磁铁DIY一个。先看看我的“神器”,酷吧? 双向电梯 ? 5 制作悬浮物 ? 6 飘起来向大家去炫耀吧 ?7 DIYer签到处

1 工具和材料 ○ATMega168微控制器○1个16-20MHz 晶体管○28针插座 ○双路全H桥集成电路卡○1个NPN型功率三极管○2个电磁铁 ○1个双色发光二极管 ○2个红外发光二极管 ○2个红外光敏二极管 ○1个5V稳压器

小学科学二年级下册第五单元第16课《制作磁悬浮笔架》

小学科学二年级下册第五单元第16课《制作磁悬浮笔架》 皇华小学备课组坚永芹 教材分析: 通过对本册第二单元磁铁的学习,学生已基本了解了磁铁的基本性质,也初步尝试了利用磁铁的性质制作指南针为人类服务。但是在真实的生活情景下,磁铁的性质还有哪些真实应用,利用磁铁的性质还可以进行哪些发明和创新呢?本可利用磁悬浮笔架这个技术与工程活动,让学生了解科学、技术与工程活动紧密结合,能够为生活带来更多的便利,为什会带来更多的进步。 教学目标: 1.能利用磁铁美工刀等材料和工具,在教师的指导下完成磁悬浮笔架的制作。 2.能对自己和他人的作品提出改进建议。 3.能如实讲述事实,当发现事实与自己原有的想法不同时,能尊重事实,养成用事实说话的意识。 4.了解到人类可以利用科技产品让生活环境得到改善。 教学重难点: 重点:探究磁悬浮实验的工作原理。 难点:利用磁悬浮实验的工作原理,完成磁悬浮笔架的制作。 活动准备:环形磁铁、纸盒、美工刀,双面胶、铅笔 教学过程: 一、问题与猜测 教师先演示"小猫钓鱼"的游戏(用磁铁吸引曲别针) ,让学生回忆学过的有关磁铁的知识,再展示磁悬浮地球仪和磁悬浮飞机等,激发学生探究其中原理的欲望。 师:同学们,我们知道了每块磁铁上都有两个磁极。不同的磁极靠近时会相互吸引,相同的磁极靠近时会相互排斥。这节课,我们就来利用磁铁间的这种奇妙的性质,制作一个可以悬浮的笔架。 (教师板书:制作磁悬浮笔架。) (设计意图:带领学生回顾已学知识。从学生喜欢的玩具人手,激发学生的学习兴趣,引导学生对悬浮现象进行猜测和探究。) 二、探究过程

(一)设计磁悬浮笔架 1、师提问:我们手中的铅笔可以飘浮在空中吗?谁能想到好方法?(学生积极回答。) 师:同学们的想法真棒。 (学生交流讨论,积极回答环形磁铁同学们能根据它联想到什么呢? 2、老师演示。我们可以先把假笔套在环形磁铁中,再把磁铁放在纸盒中,这样它们就会相互推开使铅笔悬浮在空中了。 3、(救师展示材料:环形磁铁、纸盒美工刀,双面胶、铅笔)师:哪位同学能说说这些工具的名称?(学生积极交流回答。) 师:哪位同学知道这些材料的作用? (学生小组内积极交流讨论。) 4、教师总结:美工刀可以用来切制纸盒;铅笔可以用来绘制线条:直尺可以用来测量物体的直径和厚度:纸盒可以用来做磁悬浮笔架的底座:双面胶可以用来固定位置。 (二)制作磁悬浮笔架 师:同学们,在开始制作前,老师遇到了一个难题.需要同学们一起帮忙解决:怎样能把磁铁牢固地固定在纸盒上呢? (学生积极讨论、汇报。) 师:可以用双面胶把磁铁粘在纸盒上,但是这个方法还不是太牢固。哪位同学还有其他的想法? (学生回答。) 师:我们可以先用直尺测量出环形磁铁的厚度和长度,再用铅笔在纸盒上绘制出宽度与环形磁铁厚度相同的、长度与纸盒相同的长方形,然后用直尺测量出环形磁铁的直径,用蜡笔在绘制的长方形两侧画出长度略小于环形碰铁直径的长方形,最后用美工刀将纸盒上绘制的4个长方形挖出来。 师提出活动要求: (1)学生小组内分工合作,互相配合。 (2)不能用美工刀嬉戏打闹,制作过程中要注意安全。 (3)安装磁铁时,,要注意磁铁的南北极方向。 (4)调试笔筒上两块磁铁间的位置,直至笔筒能悬浮。提示学生注意操作规范和安全。)学生开展实验活动,教师巡视并适时指导。 (设计意图:教师通过设置问题,发散学生思维;通过设计磁悬浮笔架的活动指向,培养

磁悬浮实验报告

实验报告课程名称:工程电子场与电磁波指导老师:________熊素铭 ________ 实验名称:_ 磁悬浮_实验类型:动手操作及仿真同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、观察自稳定的磁悬浮物理现象; 2、了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识; 3、在理论分析与实验研究相结合的基础上,力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。 二、实验内容 1、观察自稳定的磁悬浮物理现象 2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流 3、观察不同厚度的铝板对自稳定磁悬浮状态的影响 实验原理 1、自稳定的磁悬浮物理现象 由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置,如图2-6所示。该系统中可调节的扁平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供,从而在50 Hz正弦交变磁场作用下,铝质导板中将产生感应涡流,涡流所产生的去磁效应,即表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。

2、基于虚位移法的磁悬浮机理的分析 在自稳定磁悬浮现象的理想化分析的前提下,根据电磁场理论可知,铝质导板应被看作为完纯导体,但事实上当激磁频率为50 Hz时,铝质导板仅近似地满足这一要求。为此,在本实验装置的构造中,铝质导板设计的厚度b还必须远大于电磁波正入射平表面导体的透入深度d(b )。换句话说,在理想化的理论分析中,就交变磁场的作用而言,此时,该铝质导板可被看作为“透不过的导体”。 对于给定悬浮高度的自稳定磁悬浮现象,显然,作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该线圈的重量。本实验中,当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场,对盘状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时,线圈即浮离铝板,呈现自稳定的磁悬浮物理现象。现应用虚位移法来求取作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。 首先,将图2-1所示盘状载流线圈和铝板的组合看成一个磁系统,则其对应于力状态分析的磁场能量 式中,I为激磁电流的有效值。其次,取表征盘状载流线圈与铝板之间相对位移的广义坐标为h(即给定的悬浮高度),则按虚位移法可求得作用于该系统的电动推斥力,也就是作用于盘状载流线圈的向上的电磁悬浮力 (2-1) 在铝板被看作为完纯导体的理想化假设的前提下,应用镜像法,可以导得该磁系统的自感为 (2-2) 式中,a——盘状线圈被理想化为单匝圆形线圈时的平均半径;N——线匝数;R——导线被看作圆形导线时的等效圆半径。从而,由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系,即 式中,M ——盘状线圈的质量(kg);g——重力加速度(9.8 m/s2);进一步代入关系式(2-2),稍加整理,便可解出对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态,系统所需激磁电流为 三、主要仪器设备 磁悬浮装置 铝板:b=14mm,b=2mm,γ=3.82E7 S/m 盘状线圈:N=250,R1=31mm,R2=195mm,h=12.5mm,M=3.1kg 自耦变压器:0~100V,0~30A,50Hz

下推式动态磁悬浮试验论文

磁悬浮的制作 徐荣金谷巍徐瑞强 (北京邮电大学信息与通信工程学院) 摘要:介绍“下推式动态磁悬浮试验”的探索过程以及整个实验的基本原理和重要元件 的工作原理。 关键字:磁场,上拉式,动态,静态,线性霍尔元件,PID控制,平衡,算法,信号 c Xu Rong-jin, Gu Wei, Xu Rui-qiang School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications Abstract: Introduced "Push-pin designing Dynamic magnetic " and the entire experimental process to explore the basic principles and important elements. Keywords: Magnetic field, pull-up, dynamic, static, linear Hall element, PID control, balance, algorithms, signal. 一:引言 随着社会的不断进步,旧的交通工具已经不能满足人们对于快捷的追求,于是新兴的交通工具变雨后春笋般地涌现了出来。其中最有代表性的就是磁悬浮列车。磁悬浮列车以它高速,低噪音,环保,经济,安全的特点受到了各个国家的青睐。目前,全世界仅有我国上海浦东机场到市区的30公里长的磁悬浮列车线路正式投入了运营。从这里足以看出磁悬浮技术的复杂与不成熟,以磁悬浮列车为启发,我们物理实验小组意图设计出自己的悬浮作品,让我们足不出户,一睹磁悬浮的真容。 二:基本原理探索 为了实现小部分的磁悬浮,我们的前期工作是相当复杂的,首先作为刚刚步入大学校园的我们,基础知识还很不完善,一些诸如物理与计算机语言的知识还等待着我们去吸收。因此整个实验进程充满了艰辛和对未知的探索。还好借助互联网和大一上学期编程的基础,以及北京邮电大学物理实验中心的老师的帮助下,经过我们三个人的不懈努力,终于做出了最终的作品。一下就我们的整个实验过程以及原理和实验仪器的结果做简单介绍。

磁悬浮资料总结

磁悬浮技术和磁悬浮列车原理 磁体:具有磁性的物体 在它的上面 磁性最强的部分就是磁极 磁极是由环形电流元产生的,磁力是由于电荷运动所产生的基本力 常导电式磁悬浮需要用电力来产生磁悬浮力 三类磁悬浮超导电动磁悬浮 永磁悬浮——用特殊材料,不需要其他动力(国产) (1)电磁悬浮系统简称EML技术 原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 将一个金属样品防止在通有高频电流的线圈上时 高频电磁场会在金属材料表面产生高频涡流,这一高频涡流与外磁场相互作用,使金属样品受到一个洛伦磁力的作用。 在合适的空间配制下,可使洛伦磁力与重力方向相反,通过哦改变高频源的功率使电磁力与重力相等,即可实现电磁悬浮。一般通过希艾娜全的交变电流频率为104-105Hz。 (2)超导磁悬浮:利用超导体的磁绝缘性(超导体是唯一的磁绝缘体)以及超导体的磁钉扎现象,采用永磁体和超导磁体的联合悬浮。 (3)全永磁悬浮:采用“李氏拉推磁路”理论,完全由永磁体构成、不带任何控制系统的全永磁悬浮技术,突破了恩肖定理,是磁悬浮技术的原始性创新。

而谈及磁悬浮列车—— 背景:火车轮子和钢轨之间产生的猛烈冲击引起列车的强烈震动,发出很强的噪音,且不断提速,阻力越大,当火车行驶速度超过每小时300公里时,就很难再提速了。 于是——我们想到要消除车轮与铁轨之间的摩擦 有两种方法气悬浮 (在陆地上,会激扬起大量尘土,产生很大噪音) 磁悬浮 那么之后选择磁悬浮了 推斥式—— 是利用两个磁 铁统计性相对而产生的排斥力,使列车悬浮起来。这种磁悬 浮列车车厢的两侧,安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时,这种电池铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环,致使其中产生感应电流,同时产生一个同极性反磁场,并使车辆推离轨而在空中悬浮。 但,静止时,犹豫没有切割电势与电流,车辆不能产生悬浮,只能像飞机一样用

简易磁悬浮控制装置

2014年电子科技大学(第九届)电子设计竞赛试题 参赛注意事项 (1) 参赛队员认真填写参赛报名表,报名信息必须准确无误。 (2) 每队严格限制三人,开赛后不得中途更换队员和制作题目。 (3) 参赛队员可以借助互联网等工具进行辅助设计,但不得与其他参赛队进行 方案讨论和交流。 (4) 器件领取时间及地点:2014年清水河校区科研楼A431(5月17日、5月 18日9:00-12:00,15:00-18:00, 19:00-22:00) (5) 作品提交时间及地点:2014年6月8日在清水河校区科研楼A431(6月 8日9:00-12:00,15:00-17:00,19:00-22:00)提交作品,逾期提交即视为自动放弃比赛资格。提交时应包括:设计报告、制作实物。 简易磁悬浮控制装置(E 题) 一、任务 设计制作一个简易下推式磁悬浮及其控制装置。磁悬浮装置结构如下图所示(左图为正视图,右图为俯视图,俯视图中纸杯未画出)。环形磁铁A 位于最下方,用于提供主要磁力,四个线圈B 放在环形磁铁A 之上,当四个线圈通电后,产生磁力用于控制强磁铁C ,,使强磁铁C 悬浮于空中,纸杯D 粘贴在强磁铁C 上,用于盛放物体,霍尔传感器E 用于检测强磁铁C 位置,返回信号用于控制线 A 环形磁铁 B 线圈 D E 霍尔传感器

二、要求 1. 基本要求: (1)将强磁铁C放于该装置中,可用肉眼观测出强磁铁C处于明显悬浮状态; (2)强磁铁C处于悬浮状态时间不少于60s; (3)增设四个按键,控制强磁铁C向x轴、y轴某一指定方向摆动。 2. 发挥部分 (1)在纸杯D一侧粘贴一枚一元硬币,使纸杯D与强磁铁C所组成的系统中心发生偏移,此时纸杯D与强磁铁C所组成的系统仍能稳定悬浮, 悬浮时间不少于60s; (2)在此系统一侧放置电风扇,要求纸杯D能在有风条件下保持悬浮状态超过60s。改变电风扇与系统之间距离,测量纸杯D保持悬浮状态时 电风扇可摆放的最近距离;; (3)控制纸杯D以图示z轴为轴发生陀螺进动; (4)增加强磁铁C悬浮位置控制,使强磁铁C可向x轴或y轴某一指定方向移动,并能显示强磁铁C当前位置坐标; (5)外观精美、别致,节能; (6)其他。 三、说明 (1)题目为应用性、开放性试题,希望参赛者发挥想象力和创造力; (2)环形磁铁A可使用现成环形永磁体,也可使用亚克力板等板材,粘贴强磁铁产生所需磁场; (3)强磁铁C直径应小于30mm,可采用钕磁铁作为强磁材料。环形磁铁A (或亚克力板材)直径应小于150mm; (4)发挥部分(1)中硬币粘贴,可使用透明胶进行粘贴; (5)发挥部分(2)中,测试时使用同一电风扇,档位设为一确定档位,测试过程中只改变电风扇与系统距离; (6)基础部分(3)中摆动,指强磁铁可向某一方向移动,之后处于稳定状态。此稳定状态所处位置可为移动之前位置,亦可为移动之后位置。 若移动之后强磁铁没有自动弹回原位置,则视为发挥部分(4)中所述 移动。若能完成发挥部分(4),则基础部分(3)直接得满分。 (7)陀螺进动指下图所示运动。发挥部分(3)中,若偏转角θ越大,则此

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计

《Matlab仿真技术》 设计报告 题目磁悬浮系统建模及其PID控制器设计 专业班级电气工程及其自动化 11**班 学号 201110710247 学生姓名 ** 指导教师 ** 学院名称电气信息工程学院 完成日期: 2014 年 5 月 7 日

磁悬浮系统建模及其PID控制器设计 Magnetic levitation system based on PID controller simulation 摘要 磁悬浮技术具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命较长等一系列优点,在能源、交通、航空航天、机械工业和生命科学等高科技领域有着广泛的应用背景。 随着磁悬浮技术的广泛应用,对磁悬浮系统的控制已成为首要问题。本设计以PID 控制为原理,设计出PID控制器对磁悬浮系统进行控制。 在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上,建立磁悬浮控制系统的数学模型,并以此为研究对象,设计了PID控制器,确定控制方案,运用MATLAB软件进行仿真,得出较好的控制参数,并对磁悬浮控制系统进行实时控制,验证控制参数。最后,本设计对以后研究工作的重点进行了思考,提出了自己的见解。 PID控制器自产生以来,一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域,各种新型控制器不断涌现,但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,处于主导地位。 关键字:磁悬浮系统;PID控制器;MATLAB仿真

一、磁悬浮技术简介 1.概述: 磁悬浮是利用悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态,磁悬浮看起来简单,但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却经历了一个漫长的岁月。由于磁悬浮技术原理是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究,磁悬浮随之解开了其神秘一方面。 1900年初,美国,法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想--也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。然而,当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段,未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。 1842年,英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念,同时指出:单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。 1934年,德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。 在20世纪70、80年代,磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。 1966年,美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。 1970年代以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。 2009年时,国内外研究的热点是磁悬浮轴承和磁悬浮列车,而应用最广泛的是磁悬浮轴承。它的无接触、无摩擦、使用寿命长、不用润滑以及高精度等特殊的优点引起世界各国科学界的特别关注,国内外学者和企业界人士都对其倾注了极大的兴趣和研究热情。 2. 磁悬浮技术的应用及展望 20世纪60年代,世界上出现了3个载人的气垫车试验系统,它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展,特别是固体电子学的出现,使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧,这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年,德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车模型,以后命名为TR01型,该车在1km 轨道上的时速达165km,这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的

16制作磁悬浮笔架教案

《制作磁悬浮笔架》 一、教学目标: 1、知识目标: 通过对磁悬浮工作原理的探究,帮助儿童掌握磁的相关知识 2、能力目标: 锻炼学生利用简单器材完成实验能力 3、思维目标: 通过以上两点提升学生的观察、分析的思维能力 二、教学重点与难点: 1、教学重点: 探究磁悬浮实验的工作原理。 2、教学难点: 探究磁悬浮列车的工作原理 三、教学设计: 从一个小魔术开始回顾磁铁的性质及其作用——利用磁铁的性质探究磁悬浮原理——了解磁悬浮列车的运行原理——激发学生的兴趣,制作完成磁悬浮笔成品知识拓展,让学生了解各国对磁悬浮技术的应用。 四、教学方法: 演示、验证式、讨论式教学 五、教学准备: 教师演示器材学生器材 工具材料工具材料 无磁悬浮笔套件无磁悬浮笔套件 六、教学过程: 1、复习前课: 2、课程兴趣点:磁铁为什么可以漂浮? 3、引导质疑: 第一步通过演示一个小魔术,回顾磁铁的性质及其作用。 第二步利用磁铁的性质学习磁悬浮原理,并了解磁悬浮列车的运行原理。 第三步通过制作完成磁悬浮成品,激发学生的兴趣,并让学生了解各国对磁悬浮技术的应

用。 4、探究验证过程: ⑴实验器材:磁悬浮笔套件 ⑵实验目的:了解磁极同极相斥,异极相吸的性质 ⑶实验记录:当两磁铁靠近时,会出现两种情况,一种是两磁铁吸在一起,一种是上面的磁 铁悬浮起来。 学生实验:通过以上演示实验,让学生掌握实验规律,独立完成本节课实验(教师可以适当的点拨) 5、总结回顾: 磁悬浮也称作“磁浮”,是一种利用磁体间的吸引力和排斥力来使物件浮在空中的技术,还有利用电磁力的吸引或排斥,使物件不受引力束缚,从而自由浮动的。 6、拓展表达: (1)拓展视野: 磁悬浮列车是怎样运动的呢?当然靠磁力了,首先利用磁铁同性相斥的原理把列车悬浮 起来,再利用磁铁异性相吸、同性相斥的原理使列车前进,消耗了电能。根据我们现有的知 识可以这样理解,但是磁悬浮实际工作原理要复杂得多。 (2)表达知识: 磁悬浮就是运用磁体“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁体具有抗拒地心引力的能力 悬浮起来。 七、板书设计: 磁悬浮 一、磁铁为什么可以漂浮? 二、实验部分 1、了解磁极同极相斥,异极相吸的性质 三、总结 磁极:南极(S)、北极(N) 同极相斥,异极相吸 八、课后延伸: 课下总结整理磁铁在生活中的应用,通过本节课的学习,学生掌握磁悬浮的原理,回家 后可以利用相关材料制作磁悬浮玩具,并写出实验步骤。

磁悬浮演示装置设计设计报告

磁悬浮演示装置设计设计报告

毕业设计 题目:磁悬浮演示装置设计 院:电气信息学院 专业:电子信息工程班级: 1101 学号: 25 学生姓名:余东升 导师姓名:李延平 完成日期: 2015年 6月 10日

诚信声明 本人声明: 1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果; 2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料; 3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。 作者签名:日期:年月日

毕业设计(论文)任务书 题目:磁悬浮演示装置设计 姓名余东升学院电气信息学院专业电子信息工程班级1101 学号201101030125 指导老师李延平职称讲师教研室主任刘望军 一、基本任务及要求: 课题内容是以TI公司的Tiva C平台为基础实现一个磁悬浮实验演示装置,具体要求如下: 1、搭建实验装置的实物平台; 2、实现对磁铁的悬浮控制; 3、磁平衡的控制参数可调; 4、完成实物制作 二、进度安排及完成时间: 1、第一周至第二周:查阅资料、撰写文献综述和开题报告; 2、第三周至第四周:毕业实习; 3、第五周至第六周:各参数测试算法研究; 4、第七周至第八周:完成硬件的设计及模型组装;

5、第九周至第十一周:完成系统硬件电路的设计及调试; 6、第十二周至第十三周:完成单片机程序的编写及调试; 7、第十四周至第十五周:撰写设计说明书; 8、第十六周:毕业设计答辩

目录 摘要.................................................................... I Abstract ............................................................... II 第1章概述. (1) 1.1磁悬浮的研究背景 (1) 1.2磁悬浮研究的现状 (1) 第2章系统方案 (3) 2.1 系统总体方案设计 (3) 2.2 霍尔传感器 (3) 2.3 信号处理方案 (4) 2.4 线圈驱动器选型 (5) 2.5 主控芯片选择 (5) 第3章系统硬件设计 (7) 3.1 主控模块设计 (7) 3.2电源设计 (8) 3.3 传感器电路设计 (8) 3.4 控制线圈驱动模块设计 (8) 3.5霍尔元件与控制线圈的安装 (9) 第4章软件设计 (10) 4.1 编程语言的选择 (10) 4.2 主程序设计 (10) 4.3 模块程序设计 (11) 第5章调试与运行 (15) 5.1 编程工具CCS的介绍 (15) 5.2程序调试与下载 (16) 5.3 PID调试与结果 (17) 第6章结论与展望 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21) 附录程序 (22)

(完整版)基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计毕业设计

基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计 摘要 随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域,磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文 研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。 超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身,所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手,逐步深入地介绍超导体的基本物理性质,然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。 与超导磁悬浮相比,常导磁悬浮的应用就更为广泛,因为常导磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬

浮和引用非电磁性磁铁(稀土永磁铁、普通磁铁等)的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用,所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手,分析电磁铁式磁悬浮的原理,从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。 在本文的最后,我利用在大学里所学的知识,结合本文的研究重点——磁悬浮装置的控制问题,做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动,达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同,但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个实例给了我们一个启示:简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理,磁悬浮并不是遥不可及的。 关键词:常导磁悬浮,超导磁悬浮,磁悬浮的控制,演示实验装置,磁悬浮列车

下推式实验

源程序公开: //-------------------------------------------------------------------------- //下推式磁悬浮源程序2009.12.18 //liguang70217 //liguang70217@https://www.sodocs.net/doc/2d13229602.html, //https://www.sodocs.net/doc/2d13229602.html,/ //ICC-A VR application builder : 2009-12-17 17:27:22 // Target : M8 // Crystal: 12.000Mhz //-------------------------------------------------------------------------- #include #include #include"BIT.h" #define LED_A _PB0 #define LED_B _PB1 #define CA _PD0 #define CB _PD1 #define N 7 #define MAX_PID_OUTPUT 950 #define MAX_INTEGRATION_ERROR 100 #define X_DIRECTION_FLAG 0x01 #define Y_DIRECTION_FLAG 0x02 //-------------------------------------------------------------------------- typedef struct { int targetV alue; int Kp; int Ki; int Kd; int integrationError; int prevError; } PID; PID xPID,yPID; unsigned char direction; unsigned int value_buf_x[N],value_buf_y[N]; unsigned char ix=0,iy=0; unsigned int xpos,ypos; //AD转换后存放采集值

PID控制器设计磁悬浮小球控制系统

MATLAB课程设计 课程名称:采用PID控制器设计磁悬浮小球控制系统 学院:电气工程学院 学号:P101813409 姓名:徐敏敏 班级:10级自动化一班 指导教师:杨成慧老师

目录 摘要........................................................1 1.引言.........................................................2 2.系统分析与设计..................................... 5 2.1系统建模及仿真..............................................5 2.2建立磁悬浮小球系统框图....................................7 2.3 PID控制系统..........................................8 2.4 仿真结果分析..............................................13 2.5 总结.....................................................13 2.6 答谢.....................................................13 3.参考文献.......................................................14

摘要: 本文通过对一个磁悬浮小球的分析,简单的描述了磁悬浮列车的原理。控制要求通过调节电流使小球的位置始终保持在平衡位置。通过对磁悬浮小球系统进行数学建模,求出它的系统传递函数,采用PID算法设计调节器,对小球的稳定性进行了分析和仿真,在MATLAB平台仿真获得适当的PID参数范围,进行频域分析,使得磁悬浮小球系统处在平衡状态,在仿真过程中对PI,PD,及PID三种方式进行了比较和分析,对其加入扰动信号,即正弦扰动信号,观察输出波形,对扰动进行分析。本文通过对磁悬浮小球系统的分析,体现了MATLAB的强大功能,突出了它在运算以及作图仿真方面的优势。 关键字: MATLAB, PID控制器, 磁悬浮小球系统,稳定性 1.引言 磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称之为“磁垫车”。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁悬浮列车也有两种相应的形式:一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车,它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力,使车体悬浮运行的铁路;另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,它是在车体底部及两侧倒

磁悬浮模型

磁悬浮模型(6课时) 一、活动目的: 初步了解磁悬浮列车能悬浮的原理;通过模型的制作体会实际磁悬浮列车速度快的原因;锻炼解决实际问题的能力,锻炼动手实践能力。让学生体会到实验研究的艰辛,体会物理问题的解决不是一朝一夕的事情,需要长时间的不断努力与奋斗 二、课前准备: 1、学生准备材料:硬纸板、剪刀、透明胶带纸、30cm细线或细绳、长螺丝钉、拇指粗细的塑料管30cm长、牙膏盒 2、教师准备:统一购置磁铁、已完成的磁悬浮模型样本 三、科室安排:预计两课时,此模型学生要解决的问题较多,难度较大,根据实际情况可能需要3~4 课时完成。 四、活动安排 第一或第一、二课时主要任务 解决磁悬浮的轨道问题,后面课 时逐渐完成磁悬浮。. 每小组内商议轨道形状,可采取圆形或直线型。不论选用哪种形式的轨道,都要研究如何解决列车在斥力作用下偏离轨道的问题(这是本模型制作成败的关键,也是难度所在),各小组在确定轨道形状后,先从理论角度研究如何解决列车偏离轨道的问题。

备用方案:1、选择圆形轨道的,可采用公园玩具飞机的结构形式(如右图所示),即用塑料管将车体与轨道圆心连接,利用塑料管使车体始终悬浮于轨道上方,从而防止车体偏离轨道。制作技巧:塑料管长度等于或稍大于轨道半径,将塑料管一端粘在车体底部,另一端穿一小孔后架在长螺丝钉上,以螺丝钉作为转轴转动,螺丝钉经过轨道圆心,并穿透硬纸板且固定牢固。 2、选择直线型轨道:在轨道两侧间距等于车体宽度的距离上做两条纸板墙,利用纸板墙夹住车体,防止车体偏离轨道。 两种方案各有优势,圆形轨道做工相对复杂,但制作完成后,加上动力系统,列车则能连续运动。采用直线轨道的,制作工艺简单些,但列车运行距离受到限制,并且可能产生较大阻力,失去磁悬浮阻力小的特点。 第二或第三课时:完成车体的制作,完成车体与轨道的组合,最终完成磁悬浮模型的制作。 五、理论 1、磁悬浮的原理:磁体磁极间的相互作用力,即引力和斥力,实现悬浮。 2、磁悬浮特点:此项技术应用于列车,从而改变了传统列出的轮轨设计,使车体本身没有轮子,大大减小的阻力,是车速高达550km/h,可与飞机媲美。 六、制作过程 1、轨道设计:在纸板或木板中心位置固定一螺丝钉,以螺丝钉为圆

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