开放性试验： 《磁悬浮原理实验仪制作及 P ID 控制》 试验报告 指导老师：徐学武 姜歌东 小组成员： 机测控 51 班 徐学卫 05013028 机测控 51 班 王昊 05013003 机测控 51 班 孙超 05013028 机自 57班 李永荣 05014012 实验内容：学生通过磁悬浮有关知识的学习，根据已有的试验模型，设计出磁悬浮实验仪器，并进行制作，进而在计算机上用PID 技术进行调节和控制。 难点：PID 控制程序的编写及调试。 创新点：该实验以机械学院数控所得科研成果为依托，以一种新颖的方式，用磁悬浮小球直观的展示了PID 控制理论的应用。该仪器构造简单，成本低廉。此实验综合应用了电磁场、计算机、机械控制等相关知识，具有一定的研究创新性特点。该仪器有望成为中学物理实验仪器，和高校PID 控制实验仪器。 关键问题 1. 悬浮线圈的优化设计 2. 磁悬浮小球系统模型 3. 磁悬浮小球的PID 控制 电磁绕组优化设计 小球质量：钢 小球质量：15~20g 小球直径：15mm 悬浮高度：3mm 要求：根据悬浮高度、小球大小、小球重量设计悬浮绕组 绕组铁芯尺寸、线圈匝数、额定电流、线径。 电磁绕组优化设计： 由磁路的基尔霍夫定律、毕奥-萨格尔定律和能量守恒定律，可得电磁吸力为： 式中：μ 0——空气磁导率，4π X10-7H/m； A——铁芯的极面积，单位 m2； N——电磁铁线圈匝数； z——小球质心到电磁铁磁极表面的瞬时气隙，单位 m； i——电磁铁绕组中的瞬时电流，单位 A。 功率放大器中放大元器件的最大允许电压为15V。为了降低功率放大器件上的压力差，减少功率放大器件的发热，设定悬浮绕组线圈电压该值为12V。 约束条件：U ＝12V 电流、电压与电阻的关系 电阻： L——漆包线的总长度/m 2202ziANFUiRLRSS——漆包线的横截面积/m2 d——线径的大小/m 是漆包线线的电阻率，查表可知： ＝1.5*1.75*e-8，单位：Ω *m 根据线圈的结构，可以得出漆包线的总长度为： 11()niLLaid d 线圈的匝数为： 综上所述，电磁力为： 在线圈骨架几何尺寸和所加的电压固定的情况下，线圈漆包线线径d 越大，漆包线的长度L 越小，电磁力F 越大 。 另外，漆包线线径和电流之间还存在下述关系： 因此，线径d 越大通过线圈的电流也大，线圈发热越严重。 优化漆包线线径和线长必须综合考虑电磁力大小、线圈额定电流。 由最优的漆包线线径和线长，就可以得到合理的电...
