为了简化模型,让我们来做几个假设。
1. 距离不变时,电磁铁对螺丝钉的吸引力,正比于电磁铁电流大小。
2. 稳态下,电磁铁电流大小正比于PWM占空比。
3. 电流不变时,电磁铁对螺丝钉的吸引力,与距离成反比。
4. 光敏接收管输出电流,与螺丝钉和电磁铁之间的距离,成正比。
于是可以作出下面的图像。
紫色线是蓝色和红色线的乘积,表示电磁铁对螺丝钉吸附力随距离的变化规律。
假设螺丝钉所受的重力为 F = mg,显然对于某个固定的m,绿色直线F = mg与紫色曲线有横轴坐标为d1和d2的两个交点。
这预示着:如果我们把螺丝钉靠近电磁铁,令距离小于d2,那么这颗螺丝钉最终会稳定在d1的位置上,而不会紧贴在磁铁上,也就实现了悬浮。
如果我们把螺丝钉拉远,令距离大于d2,那么这颗螺丝钉就会跌落(吸力小于重力)。
因此,如果希望在不悬浮物体时省电,可以使用一个比较器,令PWM芯片在光敏接收管输出电流所代表的距离大于d2时停止工作。