如何實現常導和超導磁懸浮演示試驗裝置的控制論文資料概述

　　本文目的是通過磁懸浮技術的理論研究，讓跟多的人認識磁懸浮，了解磁懸浮。通過本文的理論知識的介紹，我自己設計制作了一個簡單的磁懸浮裝置，用于實現磁懸浮原理。通過一個簡單的裝置就能實現磁懸浮原理，讓人們認識到磁懸浮并不是遙不可及的。本文的意義是通過對磁懸的原理分析，結合自做的小裝置，希望更多采用磁懸浮技術產品應用到高校的實驗室和日常生活中。讓人們更多的認識磁懸浮，普及磁懸浮知識。

　　了解磁懸浮的基本知識，磁懸浮技術的應用，磁懸浮技術在國外以及在國內的發展情況。了解超導體的性質，超導磁懸浮的基本原理，并且結合實際中應用最廣泛的超導磁懸浮列車說出其具體的工作原理。了解常導磁懸浮的基本知識及實現原理，并且能夠對現有的常導磁懸浮列車了解出其工作原理。理論分析在超導/常導磁懸浮系統中的控制過程，方法。學生根據自己所學習到的知識設計一個小模型，用來演示磁懸浮現象。整個裝置用于解釋和說明磁懸浮原理和現象。通過這個裝置，使磁懸浮的演示實驗內容更加豐富。

　　隨著越來越多的磁懸浮技術應用到現實生活中的各個領域，磁懸浮這個在幾年前還是很陌生的一個詞現在已經廣為人知。磁懸浮以懸浮力產生的原理分類可以分為超導磁懸浮和常導磁懸浮。磁懸浮的控制系統是一個很復雜的問題。本文研究的重點就是這兩種磁懸浮的控制問題。

　　超導磁懸浮是利用處于超導狀態下的超導體具有斥磁力的原理產生的。超導磁懸浮的懸浮物體就是超導體本身，所以超導磁懸浮的控制重點就落在了超導體上。本文從介紹超導磁懸浮的基本應用入手，逐步深入地介紹超導體的基本物理性質，然后介紹超導磁懸浮系統的控制方法、過程和原理。

　　與超導磁懸浮相比，常導磁懸浮的應用就更為廣泛，因為常導磁懸浮的實現過程要簡單得多。常導磁懸浮可以分為應用電磁鐵的磁懸浮和引用非電磁性磁鐵（稀土永磁鐵、普通磁鐵等）的磁懸浮。但是由于電磁鐵便于控制和利用，所以利用電磁鐵的磁懸浮義勇更為廣泛。本文在常導磁懸浮方面的研究是從一個實例入手，分析電磁鐵式磁懸浮的原理，從而進一步研究電磁鐵式磁懸浮的控制方法、過程和原理。

　　在本文的最后，我利用在大學里所學的知識，結合本文的研究重點——磁懸浮裝置的控制問題，做出了一個簡單的電磁懸浮裝置。這個懸浮裝置的原理是利用對電磁鐵電流的控制來實現一個鐵片在空中的來回反復運動，達到視覺上的懸浮效果。這雖然與實際的電磁鐵懸浮控制方原理不同，但是利用這簡單手段也能夠達到相同的目的。這個實例給了我們一個啟示：簡單的演示實驗裝置也能夠說明磁懸浮列車等高新技術的工作原理，磁懸浮并不是遙不可及的。

　　在這個設計中，電磁鐵，開關電路，電源和小鐵片組成整個系統。當電磁鐵開始通電時，就會使電磁鐵產生一個磁場，把小鐵片向電磁鐵吸引。開關電路的作用是控制通過電磁鐵的電流的通與斷，從而實現小鐵片在電磁鐵中間來回的運動。開關電路以時間來控制電流的斷開與導通，這雖然與真實的磁懸浮列車的電流控制方法有些不同，但是只要通過調整開關電路的時間參數、調整鐵片在離磁鐵的距離，也可能實現鐵片在電磁鐵下的短時間的懸浮。

　　555定時器的工作原理：

　　當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于?VDD的觸發信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩態觸發器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端（閾值電壓）為何種電平，由于雙穩態觸發器（VTl4-VTl7）中的4．7kΩ電阻的正反饋作用（VTl5的基極電流是通過該電阻提供的），3腳輸出高電平狀態一直保持到6腳出現高于?VDD的電平為止。當觸發信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩態不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使VT6也截止。當觸發信號加到6腳時，且電位高于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導通。此時，若2腳無外加觸發信號使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的觸發信號消失后，即該腳電位降至低于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發信號，則VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩態，使3腳輸出端維持在低電平狀態。同時，VTl8的導通，使放電級VT6飽和導通。通過上面兩種狀態的分析，可以發現：只要2腳的電位低于?VDD，即有觸發信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當6腳的電位高于?VDD時，即有觸發信號加進時，且同時2腳的電位高于?VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發信號，即其電位低于導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態。因VT8的發射極通過D3及VTl7的發射極到地，故VT8的發射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。

　　根據上面的分析， 555時基電路的內部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路（或者專556電路）內含兩個比較器A1和A2、一個觸發器、一個驅動器和一個放電晶體管。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構成的分壓器設定的?VDD和?VDD。參考電壓所限定。為進一步理解其電路功能，并靈活應用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖1—5可見，三個5kΩ電阻組成的分壓器，使內部的兩個比較器構成一個電平觸發器，上觸發電平為?VDD，下觸發電平為?VDD。在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上、下觸發電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個或非門組成的RS觸發器必須用負極極性信號觸發，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發信號，只有當電位高于反相端5腳的電位時，R—S觸發器才翻轉；而加到比較器A2反相端2腳的觸發信號，只有當電位低于A2同相端的電位?VDD時，R—S觸發器才翻轉。

　　通過上面對等效功能電路和555時基電路的內部等效電路的分析，可得出555各功能端的真值表。