[收集]初识磁悬浮

gaoxianqu

什么是磁悬浮，以及如何DIY一个磁悬浮玩具，这些可以通过百度直接得到。

这里是想寻找一条”将感性认识上升到理性认识再放回现实“的通道，如何通过数学、物理或电子模型去分析这个问题并指导实践，但是这篇帖子仍不不是终点，只是一个跳板，为后续学习指明方向。

别人的方案
先看一下别人的一个方案（《模糊控制的磁悬浮系统的研究》孙英 杨鹏）。从图中我们可以大概抽象出一般磁悬浮系统的结构，浮体+电磁铁+位置传感器+控制部分。

浮体一般使用了永磁材料；电磁铁为增强磁力可添加磁芯；
力学模型：原文链接,P90

闭环控制：

控制策略：偏移小于1mm时用PID控制，偏移大于1mm时用模糊控制。

由此我们了解到了磁悬浮系统的组成，以及其力学模型。但是要指导我们实践还不够，这里的力学模型没有告诉我们电流/磁芯和受力/距离之间的细节。什么样的磁芯、电流、距离能实现多大的磁力及稳定性。其次位置传感器的选型，控制方式的选择也需要确定，还好这些方案比较好获取。

系统认识
这里推荐一本书《磁悬浮系统控制算法及实现》清华大学出版社 曹广忠,潘剑飞,黄苏丹,邱洪 2013-4-1。该书是我目前找到的讲解磁悬浮最全面的书籍，很有参考价值。
目录
第1章  绪论
     1.1  磁悬浮技术概述
     1.2  磁悬浮系统控制算法
     1.3  数字控制系统
     1.4  MATLAB平台
     1.5  dSPACE平台
第2章  磁悬浮系统设计及建模
     2.1  磁悬浮系统的工作原理
     2.2  磁悬浮系统的总体设计方案
     2.3  磁悬浮系统的机械设计
     2.4  磁悬浮系统的电路设计
     2.5  磁悬浮系统的电磁铁设计
     2.6  磁悬浮系统的线性化数学模型
     2.7  磁悬浮系统的非线性数学模型
第3章  磁悬浮系统PID控制
     3.1  磁悬浮系统控制规律的选择
     3.2  磁悬浮系统PD控制器参数的选择
     3.3  基于PID控制的磁悬浮系统
     附录
第4章  磁悬浮系统模糊控制
     4.1  模糊控制基本原理
     4.2  基于常规模糊控制的磁悬浮系统
     4.3  基于模糊PID控制的磁悬浮系统
     附录1
     附录2
第5章  磁悬浮系统鲁棒控制
     5.1  鲁棒控制基本原理
     5.2  基于鲁棒H∞控制的磁悬浮系统
     附录
第6章  磁悬浮系统神经网络控制
     6.1  神经网络控制基本原理
     6.2  基于BP神经网络PID控制的磁悬浮系统
     附录
第7章  磁悬浮系统滑模变结构控制
     7.1  滑模变结构控制基本原理
     7.2  基于滑模变结构控制的磁悬浮系统
     附录
第8章  磁悬浮系统线性二次型最优控制
     8.1  线性二次型最优控制基本原理
     8.2  基于线性二次型最优控制的磁悬浮系统
     附录
第9章  磁悬浮系统自适应控制
     9.1  自适应控制基本原理
     9.2  基于模型参考自适应控制的磁悬浮系统
     附录
第10章  基于dSPACE的磁悬浮系统
     10.1  dSPACE简介
     10.2  基于dSPACE的磁悬浮系统实时控制
     附录
第11章  基于DSP的磁悬浮系统
     11.1  DSP简介
     11.2  基于DSP的磁悬浮系统结构
当当链接

书中在电磁铁设计一节，对比了圆柱型磁芯、尖端型磁芯、M字型磁芯在2A电流、10mm间隙情况下的电磁特性曲线，给出了电磁力随电流或间隙距离的变化情况。
其中用到的仿真软件为ANSYS。试读链接

光说不练假把式
有了全面认识之后，当然需要动动手，实际验证一番。国外的极客们总是乐于分享（提供下载源程序和电路图），我们来看看他们的成果。
Electromagnetic Floater 介绍（原文链接）




该项目的由来，根据作者J_Hodgie同学的描述，是因为他被商店里的磁悬浮地球仪给迷住（fascinated）了，但是他又不想花钱买一个（"but I never wanted to pay their prices"，这也许就是成品略丑的原因），而且他也不喜欢买的东西只能悬浮一样东西，于是他就决定自己动手做一个可以悬浮任何东西的设备。

原文中分了6步来介绍它的实现过程：
Step 1: 准备元器件及必要材料
Step 2: 准备底座
Step 3: 安装磁铁和传感器
Step 4: 搭建控制电路
Step 5: 制作浮体
Step 6: 开始悬浮

其中他用了2个IR LED和1个IR光电二极管（Photodiode）来充当位置传感器，并且在电磁铁能承重的范围内实现了可自定义悬浮高度（可下载源码/电路图）。

linux

好～～～～

风火石

直接用两个永磁铁行不行呢？？可能不好控制

gaoxianqu

风火石 发表于 2015-11-26 21:18
直接用两个永磁铁行不行呢？？可能不好控制

百度了一下“永磁悬浮”，发现有很多信息，大多是讲中国的“永磁悬浮”多么多么厉害，但是一直没有看到它的详细原理。直到在某篇文献中看到“永磁补偿式悬浮”，查找了一下，有很多文献和专利信息。
用两块永磁体实现悬浮，从技术上说是可以实现的，问题是系统的稳定性。一般这样的系统其抗干扰性能会很差，对于干扰它没有自我修正的功能。

冬青

做个磁悬浮的娃娃吧

魔幻使者Jack

这玩意很有意思，做为玩具，工艺品什么的，觉得很有吸引力，前提价格不高...