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基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计

摘 要

随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几

年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可

与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导磁悬浮的实现

过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁

（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以

利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例

入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、

过程和原理。

在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点——磁悬

浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利

用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬

浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能

As more and more maglev technology is applied to each field in actual life, the

word of magnetic suspension a several years ago was very strange has already widely

known by the people. Magnetic suspension is classified and can be divided into

superconductive magnetic suspension and electromagnetic magnetic suspension from

the material which produces lift force. It is a very complicated problem to control the

magnetism suspension system. The focal point that this text studies is that these two

kinds of magnetic suspension demonstrate the design about question of controlling of

the experimental provision.

Superconductive magnetic suspension is to utilize the superconductor in

progressively.

Compared with superconductive magnetic suspension, the application that

electromagnetic magnetic suspension is much more extensive , because the realization

course that electromagnetic magnetic suspension is much simpler. Magnetic suspension

that electromagnetic magnetic suspension and can be divided into the magnetic

suspension which use the electro-magnet and quoted the non- electric magnetic magnet

(tombarthite permanent magnet, ordinary magnet ,etc. ). But because the electro-magnet

is more convenient and utilizes controlling, it is more extensive to use the magnetic

suspension of the electro-magnet. The research in electromagnetic magnetic suspension

of this text is to proceed with a instance , analyse that according to the principle of

electro-magnet type magnetic suspension , thus study electromagnetic type magnetic

that this suspends, reach the result of suspending on the vision . This is it control square

different principle to suspend with real electro-magnet, simple means this can achieve

the the same goal too.

This instance has given us one to enlighten: The simple demonstration

experimental provision can state the operation principle of new and high technology ,

such as maglev train ,etc. too, magnetic suspension is not out of reach.

KEY WORDS： electromagnetic magnetic suspension , superconductive magnetic

目 录

磁悬浮技术是起源于德国，早在 1922 年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电

磁悬浮原理，并于 1934 年申请了磁悬浮列车的专利。1970 年代以后，随着世界工

德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运

输系统的开发。利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦，

但实现起来并不容易。因为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技术(高新技术)。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

展，磁悬浮技术得到了长足的发展..

电磁悬浮技术（electromagnetic levitation ）简称 EML 技术。它的主要原理是

利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。将一个金属样品

放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，

这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适

的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使

电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。

磁悬浮带来了地面交通的最高速度，同时它也需要高昂的造价，但专家认为，

更重要的意义是，磁悬浮线带来了科技的创新与发展。“尽管磁悬浮发明在德国，

但中国是第一个将磁悬浮技术成功运用于商业运行的国家，我认为，第一个模仿

能降低，而且成本高、可靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬