實驗名稱：靜電懸浮裝置控(kong)制算法與懸浮實驗(yan)

　　研究方向：為(wei)了(le)實(shi)(shi)現材(cai)料(liao)樣品的懸浮控制(zhi)和(he)(he)加熱(re)測溫，靜電(dian)(dian)懸浮實(shi)(shi)驗(yan)裝置(zhi)配(pei)置(zhi)了(le)光(guang)電(dian)(dian)傳感器、測溫儀、激光(guang)器、CCD相機、電(dian)(dian)機等(deng)復(fu)雜(za)的光(guang)機電(dian)(dian)外圍設備。并且(qie)在實(shi)(shi)驗(yan)過程中還要配(pei)置(zhi)多種工(gong)程參(can)數(shu)(shu)，實(shi)(shi)時采集(ji)分析各種科(ke)學(xue)數(shu)(shu)據，所(suo)以采用綜合(he)監控軟件集(ji)成對流程控制(zhi)、參(can)數(shu)(shu)配(pei)置(zhi)、數(shu)(shu)據存(cun)儲和(he)(he)查看等(deng)功能(neng)，方便用戶操作實(shi)(shi)驗(yan)裝置(zhi)。

　　測試設備：高壓放大器、光電傳(chuan)感器、測(ce)溫儀(yi)、探(tan)測(ce)器等(deng)。

　　圖1：靜電懸浮位置控制(zhi)模型

　　實驗過程：

　　樣(yang)品懸浮(fu)位置的穩定(ding)控(kong)制是(shi)靜電懸浮(fu)的關鍵技(ji)術，懸浮(fu)控(kong)制過程包括樣(yang)品充(chong)電、脫離(li)極板和穩定(ding)懸浮(fu)。懸浮(fu)控(kong)制的難(nan)點(dian)在(zai)于(yu)直徑2mm樣(yang)品要在(zai)間(jian)距8mm的極板之間(jian)完成懸浮(fu)過程，穩定(ding)懸浮(fu)后樣(yang)品距離(li)上(shang)下極板只有3mm的間(jian)距，對位置測量精度要求高。如(ru)果(guo)不加(jia)控(kong)制，樣(yang)品在(zai)10ms的時(shi)間(jian)就從下極板撞到上(shang)極板，因此懸浮(fu)控(kong)制的周(zhou)期要很(hen)短(duan)。另外，樣(yang)品初始懸浮(fu)時(shi)受下極板鏡(jing)像(xiang)引(yin)力(li)的作用，當脫離(li)下極板后會急(ji)速上(shang)升(sheng)，增加(jia)了控(kong)制算(suan)法(fa)的難(nan)度。懸浮(fu)控(kong)制系統的模(mo)型如(ru)圖1所示。

　　懸浮樣(yang)(yang)品(pin)的位(wei)置(zhi)是(shi)(shi)被控(kong)(kong)對象，通(tong)過PSD傳感器檢測樣(yang)(yang)品(pin)的當前位(wei)置(zhi)作為(wei)反(fan)(fan)饋信號輸入，高(gao)壓放大(da)器是(shi)(shi)控(kong)(kong)制系統的輸出(chu)，高(gao)壓放大(da)器作用于(yu)上下電(dian)極，改變極板(ban)間的電(dian)場強(qiang)度，進(jin)而調節樣(yang)(yang)品(pin)的懸浮位(wei)置(zhi)。控(kong)(kong)制器根據反(fan)(fan)饋的當前時(shi)刻的位(wei)置(zhi)信號，通(tong)過PID運算，得(de)到下一時(shi)刻的輸出(chu)信號，形成負反(fan)(fan)饋的位(wei)置(zhi)控(kong)(kong)制。

　　實驗結果：

　　圖2：樣品穩定懸浮(fu)圖像

　　樣(yang)品放置于下極(ji)(ji)板(ban)(ban)中心(xin)位(wei)置，系統開始加(jia)電后，隨(sui)著極(ji)(ji)板(ban)(ban)電壓(ya)的增大，樣(yang)品開始產生微小的顫動(dong)，當極(ji)(ji)板(ban)(ban)間(jian)的電壓(ya)繼續增大，樣(yang)品所受庫侖(lun)力克服鏡像力的作用，加(jia)速向(xiang)上(shang)運動(dong)，隨(sui)著控制(zhi)算法調整極(ji)(ji)板(ban)(ban)間(jian)的電壓(ya)使樣(yang)品豎直方向(xiang)的位(wei)置穩(wen)定后，開啟水平方向(xiang)的控制(zhi)，抑制(zhi)樣(yang)品在水平方向(xiang)的振蕩，樣(yang)品最終穩(wen)定懸浮在上(shang)下極(ji)(ji)板(ban)(ban)之間(jian)，如圖2所示。

　　圖3：懸浮過程的位置和(he)電(dian)壓變化曲線

　　懸(xuan)浮過程(cheng)的位(wei)置和電壓曲線如圖(tu)3所示。通過積分分離的方(fang)法，減少樣品懸(xuan)浮初始(shi)過程(cheng)的超調，并且(qie)在樣品穩(wen)定后，改變控制參數，減弱(ruo)樣品的振蕩(dang)。

　　高壓放(fang)大(da)器推薦：ATA-7025

　　圖：ATA-7025高壓放大器指標參數

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