ATmega8制作的下推式磁悬浮
哈工大_控制系统实践_磁悬浮实验报告
研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室
磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试
根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：
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。
磁悬浮系统的PID控制
磁悬浮系统的PID控制
本科毕业设计（论文）题目: 磁悬浮系统的PID控制 姓名: 学号: 专业: 指导教师: 职称: 日期: 华科学院
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。 本设计毕业设计在分析磁悬浮系统构成及工作原理的基础上，建立其数学模型，并以此为研究对象，设计了PID控制器，确定控制方案，运用MATLAB软件进行仿真研究，得出较好的控制参数。最后，本文对以后研究工作的重点进行了思考，提出了自己的见解。 关键词：磁悬浮系统控制器MATLAB软件PID控制
Abstract Magnetic suspension technology, which has a series of advantages such as contact-free, no friction, no wear, no need of lubrication and long life expectancy, is widely concerned and adopted in high-tech areas such as energy, transportation, aerospace, industrial machinery and life science．On the basis of analyzing of magnetic suspension system’s structure and working principle, its system mathematical model was established, this thesis describe PID controller designed and get control scheme. It get the better control parmeters by MATLAB software simulation studies.The key research works for further study are proposed at last． Key Word：Magnetic Levitation Ball System Digital Controller MATLAB PID Control
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
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
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。
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
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
磁悬浮球控制系统的仿真研究
磁悬浮球控制系统的仿真研究 王玲玲，王宏，梁勇 (海军航空工程学院，山东烟台 264000) 作者简介：王玲玲(1984—)，女，硕士，讲师，主要从事控制技术研究。 本文引用格式：王玲玲，王宏，梁勇.磁悬浮球控制系统的仿真研究[J].兵器装备工程学报，2017(4):122-126. Citation：format:WANG Ling-ling, WANG Hong, LIANG Yong.Simulation and Research of Magnetic Levitation Ball Control System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):122-126. 摘要：针对磁悬浮球系统的本质不稳定性，设计PID控制算法实现系统的稳定控制。建立磁悬浮球系统的动力学模型，并对其中的非线性部分进行平衡点处的线性化，采用根轨迹校正设计超前滞后控制器。最后采用PID控制设计，并使用根轨迹校正中零极点对系统性能影响的思想去调整PID参数，使系统的稳定性、动态性能和稳态性能满足要求。 关键词：磁悬浮球系统；PID；根轨迹法；校正 磁悬浮可以用于实现各种机械结构的高速、无摩擦运转，如高速磁悬浮列车、高速磁悬浮电机、磁悬浮轴承等。尽管磁悬浮的应用领域繁多，系统形式和结构各不相同，但究其本质都具有本质非线性、不确定性、开环不确定性等特征。这些特征增加了对其控制的难度，也正是由于磁悬浮的这些特性，使其更加具有研究价值和意义。本文针对磁悬浮球系统，研究其稳定控制，并使其性能指标满足要求。 1 磁悬浮球控制系统的基本原理 磁悬浮球控制系统主要由铁芯、线圈、光电源、位置传感器、放大及补偿装置、数字控制器和控制对象钢球等部件组成[1]，如图1所示。 当电磁铁上的线圈绕组通电时，位于磁场中的刚体受到电磁力的吸引作用。当产生的电磁力与球体的重力相等时，球体悬浮于空中，处于不稳定的平衡状态，当它受到外界扰动时，易失去平衡。因此，为了使系统稳定，就必须加上反馈环节，实现闭环控制，并设计控制算法，使稳定后的性能满足要求。
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
基于模拟电路的磁悬浮控制系统
基于模拟电路的磁悬浮控制系统 摘要：本文首先简要地介绍磁浮轴承的发展历程和国内外研究、应用状况，接着利用电磁学、电子学和控制理论对磁悬浮的原理进行了分析，建立了系统的数学模型。对电路参数进行分析，设计了基于模拟电路的磁悬浮控制系统。该系统采用电磁永磁混合支持，提高了系统稳定性并降低了系统功耗。 关键词：混合磁悬浮，霍尔传感器 0 引言 人类希望利用磁场力对物体进行无接触支撑的想法由来已久。20世纪初，科学家首次在实验室利用电流的磁效应实现了物体在空中自由悬浮。然而由于磁悬浮技术是一门涉及多种学科的综合性技术，其发展受到了多方面的制约。随着近几十年电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论、新型电磁材料及转子动力学的发展，磁悬浮技术才得到了长足的发展。特别是进入上世纪80年代，超导技术首先应用于磁悬浮。超导技术与磁悬浮技术的结合，新材料，新工艺，新器件的出现以及现代控制技术的发展，使电磁悬浮技术趋于成熟，磁悬浮技术有精度高、非接触和消耗能量少等优点。在能源紧张的今天,研究磁悬浮系统具有重要的实际意义。磁悬浮技术不仅可以应用于磁悬浮列车,而且在磁悬浮轴承、磁悬浮飞轮储能、航天器与电磁炮的磁悬浮发射、磁悬浮精密平台、磁悬浮冶炼等方面也有广泛应用。磁悬浮技术有着广阔的商业前景，适合商业应用。例如，磁悬浮可以用于广告牌悬浮、地球仪悬浮，科技展览、沙盘展示（空中楼阁）、悬空高档礼品等。因此，磁悬浮是一种能带动众多高新技术发展的具有广泛前景的应用技术。基于模拟电路的磁悬浮控制系统可以用来研究电磁式磁悬浮固有的开环不稳定性和非线性性。 1 磁悬浮系统的组成及原理分析 磁悬浮旋转装置主要由永磁体、铁芯、线圈、磁场传感器、功率放大器和控制器等组成。其结构如图a所示
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/5e14594138.html, //https://www.sodocs.net/doc/5e14594138.html,/ //ICC-A VR application builder : 2009-12-17 17:27:22 // Target : M8 // Crystal: 12.000Mhz //-------------------------------------------------------------------------- #include
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