前面我們了解到了電磁懸浮型磁浮列車（比如上海的磁浮列車）是利用電磁鐵的吸力讓列車懸浮起來的！讓很多同學(xué)感到疑惑不解的是，它是怎么做到穩(wěn)穩(wěn)地“飄”在軌道上的？

讓我來告訴你們吧！高速磁浮列車的貼地飛行，控制難度比飛機(jī)在天上飛還要大。我們的秘密武器就是兩樣?xùn)|西：靈敏的“感覺器官”和超快的“大腦”！

1. 靈敏的“感覺器官”——懸浮傳感器（位移+加速度傳感器）

圖源：李君 攝

位移傳感器（電感式）： 想象在列車的“肚子”下面，裝著一個(gè)超級(jí)精密的電感式傳感器。它的任務(wù)就是時(shí)時(shí)刻刻、毫不停歇地利用互感變化來判斷列車電磁鐵與軌道定子面的間隙大小。它的目標(biāo)非常明確：死死盯住那1厘米的間隙！

就像你們玩‘一二三木頭人’時(shí)，裁判會(huì)死死盯著你有沒有動(dòng)一樣，這個(gè)傳感器就死死盯著列車電磁鐵與軌道定子面的間隙，目標(biāo)就是保持剛好1厘米！

加速度傳感器（平衡感應(yīng)器）： 光知道距離還不夠！列車在運(yùn)行中會(huì)遇到彎道、上下坡，甚至風(fēng)吹或者軌道微小的不平整，都會(huì)讓列車產(chǎn)生晃動(dòng)（上下顛簸、左右搖擺）。這個(gè)傳感器就像我們耳朵里的平衡器官，能瞬間感覺到列車任何微小的晃動(dòng)趨勢(shì)和速度變化。

想想你們走平衡木時(shí)，身體稍微一歪，是不是馬上就能感覺到？這個(gè)加速度傳感器就是列車的‘平衡感’，任何輕微的顛簸它都能立刻察覺到！

這兩個(gè)傳感器組合在一起，就是列車的‘懸浮感覺系統(tǒng)’。它們每秒幾千次甚至上萬次地向列車的‘大腦’報(bào)告：“現(xiàn)在離軌道多遠(yuǎn)了？正在以多快的速度靠近還是遠(yuǎn)離？有沒有在晃？”

2. 超快的“大腦”——懸浮控制器

圖源：李君 攝

這個(gè)“大腦”（其實(shí)就是一臺(tái)超高速計(jì)算機(jī)）每時(shí)每刻都在接收傳感器發(fā)來的海量數(shù)據(jù)。

它的核心任務(wù)只有一個(gè)：無論如何都要把懸浮間隙穩(wěn)定在1厘米！

怎么控制呢？靠調(diào)節(jié)“磁力的大小”！ 列車底部裝有產(chǎn)生磁力的裝置（懸浮電磁鐵）。磁力越大，吸力越強(qiáng)，間隙越小；磁力越小，吸力越弱，間隙越大。就像有一雙無形的手穩(wěn)穩(wěn)地托著它，關(guān)鍵在于精準(zhǔn)控制！

毫秒級(jí)響應(yīng)，當(dāng)傳感器報(bào)告：“間隙正在變大！快到1.1厘米了！”或者“間隙正在變小！快到0.9厘米了！”或者“列車正在加速下沉！”，控制器在千分之幾秒（毫秒）內(nèi)就能做出判斷：“需要加大磁力浮高一點(diǎn)？”或者“需要減小磁力下落一點(diǎn)？”。它立刻發(fā)出指令，精確調(diào)節(jié)供給電磁鐵的電流大小。

正常人眨一下眼睛大約需要100毫秒，而這個(gè)控制器思考加行動(dòng)，只需要不到10毫秒！比你們打游戲時(shí)按手柄的速度快幾百倍！它必須這么快，因?yàn)榱熊嚺艿蔑w快，任何一點(diǎn)延遲都可能讓懸浮不穩(wěn)。

3. 完美的配合：感覺+大腦+執(zhí)行 = 穩(wěn)定懸浮

傳感器不斷報(bào)告：“現(xiàn)在間隙是1.01厘米，正在快速下降...”

控制器閃電般計(jì)算：“下降趨勢(shì)！需要微增電流，加大一點(diǎn)點(diǎn)磁力！”

電磁鐵立刻執(zhí)行：電流微微增大，磁力微增，輕輕把列車向上托回一點(diǎn)。

傳感器馬上報(bào)告：“間隙回到0.999厘米，穩(wěn)定了...”

控制器：“很好，保持當(dāng)前電流...”

這個(gè)過程每秒要重復(fù)成百上千次！ 正是靠著這套無比靈敏的“感覺系統(tǒng)”（傳感器）和反應(yīng)超快、計(jì)算精準(zhǔn)的“大腦”（控制器）毫不停歇地工作，磁浮列車才能在高速飛馳中，穩(wěn)穩(wěn)地懸浮在那精確的1厘米高度上，既不會(huì)吸到軌道上，也不會(huì)掉下來！

作者：李君、孫國(guó)鑫

審稿：徐俊起

來源: 國(guó)家磁浮交通工程技術(shù)研究中心