基于LabVIEW8.20与PID的静电悬浮控制系统设计与性能验证

该篇文章《材料静电悬浮控制系统的设计与应用 (2009年)》主要介绍了作者杨晓光、鲁晓宇和曹崇德在西北工业大学理学院研发的一种新型静电悬浮控制系统。该系统基于静电悬浮的基本原理，即通过利用静电场中带电样品的库仑力来抵消其重力，实现样品在无容器状态下悬浮。文章特别强调了系统的创新之处，即采用了 LabVIEW8.20这款虚拟仪器编程软件以及PID（比例-积分-微分）控制技术。 系统的核心组成部分包括悬浮电极、直流高压稳压电源、高精度位置灵敏探测器和控制系统。其中，位置灵敏探测器使用的是980纳米的InGaAs应变量子阱激光器，确保了极高的探测精度，小于0.5微米。这些部件协同工作，使得系统能够实时监测并调整悬浮物体的位置，实现精确控制。 模拟结果显示，该系统设计得相当高效，能够使质量仅为0.037克的铜球、铝球和玻璃球在30秒内达到稳定悬浮状态。即使悬浮样品受到脉冲扰动，也能在大约17秒的时间内迅速恢复到稳定悬浮。这证明了系统不仅能够维持静态悬浮，还具有良好的动态响应能力，对于材料在超真空环境下，特别是在过冷条件下进行制备和凝固理论研究具有重要的应用价值。 通过将PID控制和虚拟仪器技术相结合，控制系统实现了自动调节输出电压，使得整个过程自动化且精确，显著提高了悬浮控制的效率和稳定性。这项研究成果不仅提升了静电悬浮技术的实际应用能力，也为相关领域的研究提供了新的思路和技术支持。