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[2018参赛作品] 【脑洞大赛】第5组 磁悬浮行星模型

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做这个的原因是看到了: 图片1.jpg

所以想做个移动的星系模型,比如:
图片2.jpg


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:
webwxgetmsgimg (1).jpg webwxgetmsgimg (2).jpg webwxgetmsgimg (3).jpg webwxgetmsgimg (4).jpg webwxgetmsgimg.jpg

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):
图片3.png

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。
图片4.jpg

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。








Rockets  NPC

发表于 2016-7-25 19:08:06

非常遗憾没有在现场看到你们的作品。
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。
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井底添蛙  学徒

发表于 2016-7-25 19:31:57

这个,很棒;线圈在上面吸用一个霍尔元件是可以的,放在盒子里演示效果并不太好,可能放在一个玻璃罩里比较好,因为透明的方便各方向去观看。
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
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dsweiliang  初级技神

发表于 2016-7-26 08:18:09

感谢分享
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yoyojacky  初级技匠

发表于 2016-7-26 13:17:25

创意很赞,希望早日看到成品哦!加油!
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iooops  中级技匠

发表于 2016-7-31 22:21:35

感谢分享
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