首先介绍一下原理,其实很简单,磁力对悬浮物的控制,其基本原理是:霍尔传感器在浮子的正下方,当检测到浮子向左运动时,两边的线圈一个吸一个拉,把它推向右;反之如果浮子想右运动,那么两个线圈的电流都反向,总共两组共四个这样的线圈,就可以把浮子限制在二维平面之内了。但是线圈产生的力是比较小的,因此只能够推动浮子在水平面移动,要克服浮子的重力让它悬浮起来,就要在四个线圈下面再加一个大的环形磁铁提供斥力。
为了让悬浮更加稳定,我们采用了PID控制的平衡算法,对PID算法的了解有助于我们对整个实验原理的理解,借用网上对PID的一段介绍:在工程实际中,PID控制是应用最为广泛的调节器控制机制。PID控制中得P代表比例,即proportion;I代表积分,即integral;D代表微分,即differential;因此,PID控制,即比例-积分-微分控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或者得不到精确的数学模型时,其他的控制方法难以采用,那么控制器的结构和参数必须结合经验和现场调试来决定,在这种情况下采用PID调节最为方便。首先,比例控制是一种最简单的控制方式,就像胡克公式中的比例系数一样,当控制器的输出与输入信号成比例关系,那么就可以得到一个比例系数。其次,积分控制是指控制器的输出与输入的误差信号的积分有关。就如同电路中的电感元件,某个时刻的电压与电流的积分有关。类似的,有时候信号的输出必须综合之前信号的输入,而这种综合往往是求和关系,因此使用积分控制简单易行。最后,微分控制是指控制器的输出与输入信号的微分有关。最简单的微分关系就是速度是位矢的微分。我们在控制悬浮物的平衡时,光知道悬浮物偏离平衡位置的位移从而采用比例控制是不够的,对于同样的偏离位移,悬浮物可能有不同的速度,那么要求我们对悬浮物有不同的处理方法,而恰恰速度是位矢的微分,于是我们可以通过对位移输入数据进行微分操作,来实现对悬浮物的精确实时控制。可见,PID控制器是一种那个动态的控制机制。 以上就是实现下推式磁悬浮的基本原理,借助以上的基本原理,结合一定的软件算法实现,我们就可以对悬浮物进行动态控制。
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