电磁悬浮(自制电磁悬浮)

religion

在折腾数字的PID电机控制之前，我想再弄一个模拟电路的磁悬浮东东，来加深对PID的理解。这个磁悬浮，就是让一块磁铁悬浮在一个电磁铁下面，属于下拉式的，相对比较简单，不过也是很锻炼动手能力的东西。
先说说PID，PID算法最早是根据船员控制轮船的行为发明的。早期的模块都是模拟电路的，后来才慢慢过渡到数字电路。看看下面这个模块，真是当时的科技精华啊：



PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e t）与输出u t）的关系为
ut=kp[et+1/TI∫etdt+TD*det/dt] 式中积分的上下限分别是0和t
具体代表的含义和意思google去，不乏很透彻的解释。比例、积分、微分单元，刚好是运放的典型电路电磁悬浮，大致就是先拿到输入和输出的差，构造三个单元电路相加即可。
所以，一步一步来，这篇先做一个只有P的电路，后面再加上I和D，这样也有一个比较，加深理解。
电路图，霍尔传感器一定要买线性的，一个典型的差动比例运算电路：



电路很简单电磁悬浮，弄好了像下面这样，黑乎乎的是电磁铁支架，霍尔传感器放在最底部（桌面）。



只有P单元的情况下，磁铁震动比较来还，而且振动容易越来越大，最后磁铁掉下来，符合理论估计。
OK，先到这，后面加上I和D看看，到时候再上文章。
视频：
前面发过一个制作磁悬浮的帖子，这几天有空抽出时间做了改进，加进了PID部分。先上图：





原理图如下。网上基于单片机的方案不少，不过模拟电路的真不多。原理并不复杂，就是根据PID的公式来做。先用电压比较电路得到error，即你想要磁铁停留位置po的霍尔器件的输出电压值和实际霍尔器件返回的真实值的差。后面三路并联，分别是P\I\D，最后通过相加器得到Vout。Vout再和一个固定的输入电压相加，（这个固定电压相当于让电磁铁磁力在po位置对磁铁的吸力和磁铁重力相等的值，这样才符合PID的原理），就是最终给电磁铁供电的电压。



最终的悬浮视频：
原帖地址：

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胡赵

那些路人甲乙丙丁在年生散场的剧场里将五彩纷呈和苍白无力潇洒的演绎。