[科普中國(guó)]-磁線

釋義

磁線是相對(duì)于電線的另一新名詞，利用的是電流的傳輸來(lái)分配能源，當(dāng)代物理學(xué)家們想通過(guò)磁的傳輸來(lái)分配能源，于是有了磁流一說(shuō)，顧名思義，磁流也可以在用磁終端轉(zhuǎn)化為能量。

雙穩(wěn)態(tài)磁線傳感器的分析與應(yīng)用雙穩(wěn)態(tài)磁線傳感器是一種新型固態(tài)傳感器，有獨(dú)待的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)速等量的檢測(cè)中。分析它的工作原理，介紹了各種應(yīng)用。1

雙穩(wěn)態(tài)磁線傳感器的優(yōu)點(diǎn)1、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。在溫度和濕度變化較大、噪聲很嚴(yán)重的環(huán)境中，也具有很高的可靠性。

2 、接觸式測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體幾乎不發(fā)生影響。

3、體積小，靈敏度和分辨率高。

4 、可以不需要電源激勵(lì)。1

轉(zhuǎn)速測(cè)量利用雙穩(wěn)態(tài)磁線傳感器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速計(jì)結(jié)構(gòu)，安裝在旋轉(zhuǎn)物體上的磁性線將在線圈前面的永久磁鐵作用下按箭頭方向磁化。然后隨著旋轉(zhuǎn)，磁性線將通過(guò)線圈磁輪的上方，這時(shí)因極性相反的磁鐵而產(chǎn)生反向磁化，這樣在線圈兩端就產(chǎn)生脈沖狀的感應(yīng)電壓。這種方式的特點(diǎn)是從超低速旋轉(zhuǎn)一 直到高速旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的脈沖電壓幅值基本相同，而且不需要電源。1

位移檢側(cè)基座平板上鑲嵌著永久磁鐵，它們的極性是相反的。在基座平板上方，有一 根磁性線，它與永久磁鐵相平行，線上繞著探測(cè)線圈，線圈所接的轉(zhuǎn)換電路是翻轉(zhuǎn)電路、累加器和自動(dòng)記錄器，永久磁鐵使磁性線磁化，當(dāng)基座平板沿x方向移動(dòng)時(shí)，磁性線的磁化方向就會(huì)改變，探測(cè)線圈輸出正、負(fù)尖脈沖電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路，就可檢測(cè)位移量的大小。1

觸覺傳感磁性線上繞著探側(cè)線圈，在它們下方安放著一塊永久磁鐵，使磁性線磁化。當(dāng)上面的鍵向下移動(dòng)至接觸時(shí)，鍵中的磁鐵更靠近磁性線，而它的極性與下面的磁鐵正相反，所以，上面磁鐵的磁場(chǎng)克服下面磁鐵磁場(chǎng)的作用，使磁性線中磁化方向翻轉(zhuǎn)，探測(cè)線圈輸出尖脈沖電壓。1

磁線導(dǎo)引的雙轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)AGV應(yīng)用對(duì)于磁導(dǎo)引AGV的研究有很多，介紹了單舵輪驅(qū)動(dòng)磁導(dǎo)引AGV的一種導(dǎo)航算法，對(duì)差速驅(qū)動(dòng)磁導(dǎo)引AGV進(jìn)行了研究論述，對(duì)AGV在汽車保險(xiǎn)桿生產(chǎn)線上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，其驅(qū)動(dòng)方式為前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)。為達(dá)到平移、車身高度低、載重大等需求，選取雙轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)AGV進(jìn)行研究，同時(shí)實(shí)現(xiàn)AGV全方位行走。2

運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制模塊接收車載控制系統(tǒng)的速度信號(hào)與快速停車信號(hào)，以及外部的急停信號(hào)作為輸入。計(jì)數(shù)器提供速度反饋，磁傳感器與編碼器做偏差反饋。輸出為四路電機(jī)控制信號(hào)傳給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制永磁電機(jī)，永磁電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向架運(yùn)轉(zhuǎn)。2

糾偏算法采用的糾偏算法為傳統(tǒng)的PID算法。將模糊控制應(yīng)用于AGV上的研究很多，但對(duì)于磁線導(dǎo)航，AGV行進(jìn)路線簡(jiǎn)單固定，又為連續(xù)導(dǎo)航，并且并沒有設(shè)計(jì)自動(dòng)避障功能。所以模糊控制較于PID算法的高實(shí)時(shí)性在基于磁線導(dǎo)引的應(yīng)用環(huán)境中體現(xiàn)不明顯，PID算法同樣能得到較好的魯棒性，并且可靠性高更適合此環(huán)境。對(duì)此問(wèn)題也有論述。

由于AGV小車本身的慣性起到了PID控制中積分I控制的作用，所以采取PD控制，D取值不當(dāng)容易造成系統(tǒng)震蕩，所以根據(jù)實(shí)際情況有選擇使用。2

為了實(shí)現(xiàn)控制AGV全向行走，設(shè)計(jì)了三種模式：尋線模式、平移模式、差速模式。尋線模式用于常規(guī)行進(jìn)與轉(zhuǎn)彎，平移模式用于平移運(yùn)動(dòng)與蟹形前進(jìn)，差速模式用于?？空九_(tái)。三種模式實(shí)際應(yīng)用在第三節(jié)——運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中有所展示。三種模式的控制流程相同，都采取PID控制器，但輸入e(t)不同。

所研究的AGV系統(tǒng)除了要糾正沿磁條行走時(shí)產(chǎn)生的姿態(tài)偏差e(t)，還要對(duì)AGV小車當(dāng)前位置信息進(jìn)行修正。位置計(jì)算由永磁電機(jī)計(jì)數(shù)器反饋值進(jìn)行速度換算，積分后得到位置信息。位置誤差主要有計(jì)數(shù)器的累積誤差產(chǎn)生，采用RFID傳感器來(lái)修正位置誤差。在AGV行駛路徑上，固定位置放置RFID碼片，當(dāng)AGV經(jīng)過(guò)時(shí)，RFID讀寫器讀取碼片信息，修正當(dāng)前位置。編寫控制程序，當(dāng)AGV知道自己位置后，通過(guò)比對(duì)預(yù)先存入控制系統(tǒng)中的地圖信息，根據(jù)運(yùn)行需求切換動(dòng)作模式。

采取基于PID控制的糾偏算法，結(jié)合RFID的位置糾偏與設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)流程，保證AGV小車精確可靠的沿磁條前進(jìn)，并設(shè)計(jì)了三種運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)全方位行走。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)