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【摘 要】 本文主要是通过霍尔传感器检测磁性悬浮物的磁场通过PID控制方式来控制电磁线圈，这样就可以把悬浮物限制在二维平面内，使其悬浮在电磁线圈的上方。
【关键词】 arduino；磁悬浮；PID
一、概述
磁悬浮是基于悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮貌似简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却需要很多的技术及学科支撑。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，这一新技术逐渐引入到生活当中，目前的应用就是上海市的磁悬浮列车。
虽然其技术非常复杂，但简单的应用还是可行的，本文就磁悬浮的简易控制做个简单说明。
二、硬件构成
针对磁悬浮，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。所以本设计中主要用到霍尔传感器来采集磁力，大电磁线圈来提供斥力，arduino通过PID控制来控制大线圈使悬浮物悬浮。其硬件构成如图1
霍尔传感器测量磁场强度的元件，可以把通过它垂直面的磁力线强度转化为不同的电压值，这样我们用单片机ADC读取之后就可以得到浮子的位置信息了。霍尔传感器的安裝位置很有讲究，前面说了它是测量通过其垂直面的磁力线，也就是浮子发出的磁力线，而我们电磁线圈在调节的同时磁力线也在变，如果这个变化被霍尔感应到了结果就很不可靠了，所以霍尔的安装位置应该是位于四个线圈的中间高度，这里的磁力线刚好是与霍尔平行，不产生影响。安装位置如图2
三、软件设计
硬件设计完成后，为了让悬浮物更加稳定，本文采用PID平衡算法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。程序代码如下：
四、总结
通过本文的设计与制作后发现，其实就是痛PID算法来控制电磁线圈的磁性，由于悬浮物本身也有磁性，这样就可以通过磁性的排斥来实现悬浮现象。但要想使其悬浮稳定，必须选择线性度好，并具有放大功能的霍尔传感器模块。
参考文献：
[1]史敬灼，刘玉.超声电机简单专家PID速度控制[J].中国电机工程学报，2013，（36）：120-125.
[2]赵凯瑞，陶模，王明亮等.电磁引导智能汽车设计与关键技术研究[J].西北工业大学学报，2013，（3）：487-490.DOI：10.3969/j.issn.1000-2758.2013.03.036.
[3]王伟，张晶涛，柴天佑等.PID参数先进整定方法综述[J].自动化学报，2000，26（3）：347-355.
[4]王宝国，王凤翔.磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析[J].中国电机工程学报，2002，22（5）：105-108.DOI：10.3321/j.issn：0258-8013.2002.05.021.
[5]马凤莲，江东，张翔等.混合磁悬浮球系统吸引子及稳定性研究[J].电机与控制学报，2012，16（8）：11-16.DOI：10.3969/j.issn.1007-449X.2012.08.002.
[6]王英广，房建成，郑世强等.磁悬浮电机的高效高精度在线动平衡[J].光学精密工程，2013，21（11）：2884-2892.DOI：10.3788/OPE.20132111.2884.
【关键词】 arduino；磁悬浮；PID
一、概述
磁悬浮是基于悬浮磁力使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，磁悬浮貌似简单，但是具体磁悬浮悬浮特性的实现却需要很多的技术及学科支撑。磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，这一新技术逐渐引入到生活当中，目前的应用就是上海市的磁悬浮列车。
虽然其技术非常复杂，但简单的应用还是可行的，本文就磁悬浮的简易控制做个简单说明。
二、硬件构成
针对磁悬浮，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。所以本设计中主要用到霍尔传感器来采集磁力，大电磁线圈来提供斥力，arduino通过PID控制来控制大线圈使悬浮物悬浮。其硬件构成如图1
霍尔传感器测量磁场强度的元件，可以把通过它垂直面的磁力线强度转化为不同的电压值，这样我们用单片机ADC读取之后就可以得到浮子的位置信息了。霍尔传感器的安裝位置很有讲究，前面说了它是测量通过其垂直面的磁力线，也就是浮子发出的磁力线，而我们电磁线圈在调节的同时磁力线也在变，如果这个变化被霍尔感应到了结果就很不可靠了，所以霍尔的安装位置应该是位于四个线圈的中间高度，这里的磁力线刚好是与霍尔平行，不产生影响。安装位置如图2
三、软件设计
硬件设计完成后，为了让悬浮物更加稳定，本文采用PID平衡算法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。程序代码如下：
四、总结
通过本文的设计与制作后发现，其实就是痛PID算法来控制电磁线圈的磁性，由于悬浮物本身也有磁性，这样就可以通过磁性的排斥来实现悬浮现象。但要想使其悬浮稳定，必须选择线性度好，并具有放大功能的霍尔传感器模块。
参考文献：
[1]史敬灼，刘玉.超声电机简单专家PID速度控制[J].中国电机工程学报，2013，（36）：120-125.
[2]赵凯瑞，陶模，王明亮等.电磁引导智能汽车设计与关键技术研究[J].西北工业大学学报，2013，（3）：487-490.DOI：10.3969/j.issn.1000-2758.2013.03.036.
[3]王伟，张晶涛，柴天佑等.PID参数先进整定方法综述[J].自动化学报，2000，26（3）：347-355.
[4]王宝国，王凤翔.磁悬浮无轴承电机悬浮力绕组励磁及控制方式分析[J].中国电机工程学报，2002，22（5）：105-108.DOI：10.3321/j.issn：0258-8013.2002.05.021.
[5]马凤莲，江东，张翔等.混合磁悬浮球系统吸引子及稳定性研究[J].电机与控制学报，2012，16（8）：11-16.DOI：10.3969/j.issn.1007-449X.2012.08.002.
[6]王英广，房建成，郑世强等.磁悬浮电机的高效高精度在线动平衡[J].光学精密工程，2013，21（11）：2884-2892.DOI：10.3788/OPE.20132111.2884.