【脑洞大赛】第5组 磁悬浮行星模型
2016-07-248053
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本文介绍了磁悬浮行星模型的制作过程，包括硬件清单、设计原理和遇到的问题。项目使用了AVR128A控制器、线圈、霍尔传感器等元件，通过PID算法调整电压来控制磁场强度。尽管最终未能成功稳定，但提供了详细的调试经验和解决方案。适合对DIY项目感兴趣的初学者参考。
做这个的原因是看到了： 所以想做个移动的星系模型，比如：  遗憾的是没有成功，不过这里可以将我们的经验和做法和大家分享一下，也许能帮想做的朋友节约点时间。 首先，磁悬浮的方案大约有三种：超导体（零下200度液氮冷却），下推式，上拉式。就实现而言上拉最易，所以我们选择的也是这个方案。 元件清单：1、支架 2、线圈 3、霍尔传感器 4、磁铁 5、放大电路 控制器用的avr128a，虽然Arduino也可以，但感觉可能用到定时中断，就没有用arduino。 再传几张硬件图：      上面的图片分别是：整机，运放，磁场传感器，支架，和悬浮的磁铁。 整个设计是这样的：将电磁铁（线圈）固定在支架上，通过pwm控制电压来间接调整磁场(用到运放L293d)。在电磁铁的下方安装霍尔传感器（95a505）来得到磁场强度（磁铁离传感器近，磁场越强）。然后用PID算法来调整当前电压。大致公式是：电压=电压稳定值+（磁场测量值-磁场稳定值）*系数。这样测量磁场偏高，就会认为距离太近，增大电压。反之亦然。当然这是P算法（忽略了ID）。 下面附上原理图（几个器件画图时没找到，用别的客串一下）：  最后，悲催的没稳定。总结下可能的问题： 1、传感器有温飘的，想象一下当调好稳定的磁场测量值这个参数，传感器有了偏移。。。不是白干嘛。 解决方案：用变阻器接单片机的ad转换，将变阻器的转换值作为稳定值，这样可以手动调整磁场稳定值，也方便调试嘛。（我居然没有做，改参数-烧写循环的泪流满面）。 2、没有完整的数学模型。 事实证明，动手达人可以调好pid，但我显然还嫩。没有数学模型，这个看天吃饭。。。理论缺失确实是软肋。 3、线圈太小 我看完成的作品线圈比悬浮物大一圈，长度也较长，我的相较而言就太小了，而且5v供电，功率可能不足。这会导致我的调整范围小，吸引力不够（离远了就不行，可变力范围小）。 4、磁铁翻转 在家调了一上午，觉得最后重力好像平衡了。感觉就是：磁铁在接近平衡点时会振动（参看电压的调整），但到某处就不振动，可以慢慢松手。不过这时磁铁一边会略向上，然后悲剧，先是一边向上吸附在电磁铁上，然后整个吸附。 仔细考虑后确实可能有这种情况：因为重力平衡后还有力矩是否平衡的因素，最好的解决方案是增加悬浮物的长度，这样倾斜时会有重力产生的反力矩。  不过我吸力不够不能再加料了。如果在上端加吸铁石，可能由于线圈吸引力小，“喧宾夺主”。但如果增大线圈体积，加大电压（9v，甚至20v），应该可以在上端加磁铁。 总结就到这。如果觉得有帮助，甚是欣慰。 |
线圈需要多几圈，还要加铁芯，不然吸力肯定不大，然后旋转的功能还要好好考虑，加油，希望早日能看到成品
我其实非常希望你们能在现场展示你们的作品，虽然它并不一定work，但是你们在两天的时间里，用自己最大的努力去解决这些问题。这本身就是一种成功。而这个作品就是你们努力的最好见证。