磁悬浮装置原理

大家可能都玩过这种磁悬浮玩具，它们的工作原理与此类似。

首先，让我们了解一下这个原理，其实非常简单。它主要依赖于磁力对悬浮物体的控制。基本原理如下：在浮子的正下方放置一个霍尔传感器。当传感器检测到浮子向左移动时，两边的线圈会分别产生吸引和排斥的力，从而将浮子推向右侧。相反，如果浮子向右移动，两个线圈的电流方向会同时反转，这样总共两组共四个线圈就能够将浮子限制在二维平面内。然而，线圈产生的力相对较小，因此只能推动浮子在水平面上移动。为了克服浮子的重力使其悬浮起来，需要在四个线圈下方增加一个大型环形磁铁来提供斥力。

为了实现浮子的稳定悬浮，我们使用了前后左右共四个线圈和两个霍尔传感器。

为了使悬浮更加稳定，我们采用了PID控制的平衡算法。了解PID算法有助于我们理解整个实验原理。以下是关于PID的一段介绍：

在工程实际中，PID控制是最广泛应用的调节器控制机制。PID控制中的P代表比例（Proportion），I代表积分（Integral），D代表微分（Differential）。因此，PID控制即比例-积分-微分控制。

当被控对象的结构和参数不完全已知，或者无法获得精确的数学模型时，其他控制方法难以采用。此时，控制器的结构和参数需要结合经验和现场调试来确定，采用PID调节最为方便。

首先，比例控制是最简单的控制方式，类似于胡克定律中的比例系数。当控制器的输出与输入信号成比例关系时，可以得到一个比例系数。

其次，积分控制是指控制器的输出与输入的误差信号的积分有关。就像电路中的电感元件，某个时刻的电压与电流的积分有关。有时，信号的输出需要综合考虑之前的输入，这种综合往往是求和关系，因此使用积分控制简单易行。

最后，微分控制是指控制器的输出与输入信号的微分有关。最简单的微分关系是速度是位矢的微分。在控制悬浮物的平衡时，仅知道悬浮物偏离平衡位置的位移并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，因此我们需要对悬浮物采取不同的处理方法。而速度恰好是位矢的微分，所以我们可以通过对位移输入数据进行微分操作，实现对悬浮物的精确实时控制。

可见，PID控制器是一种动态的控制机制。以上是实现下推式磁悬浮的基本原理。借助这些基本原理和一定的软件算法实现，我们可以对悬浮物进行动态控制。

如果你对这些理论不太理解，也没关系。简单来说，我们将霍尔元件的读数（即浮子的位置）作为输入变量输入到PID函数中，设定一个目标值（即浮子在中间位置时的读数值），然后将输出赋值给PWM驱动线圈。剩下的工作就是调整PID参数，让它自动控制浮子。

接下来是电路
这个其实电路并不复杂，回复中有人给了电路图了，这里再发一个简化一点的

最后的效果:

详细的文档和代码，资源下载:

精品－基于Arduino的简易磁悬浮装置（磁力对悬浮物的控制　原理图和源代码）