一種基于自由擺的平板控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于自動控制原理實驗的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要由三大部分組成，分別為機械部分、硬件部分和軟件部分，機械部分主要由三角支架、擺桿和平板組成，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)對其理論計算和數(shù)學(xué)建模；硬件部分主要有電源模塊、MC9S12XS128最小系統(tǒng)、增量式光電編碼器傳感器、電機驅(qū)動和各外圍設(shè)備；軟件部分主要分為信號采集部分、信號處理部分、電機隨動控制部分和各外設(shè)輔助部分，增加了系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的性能指標(biāo)，實現(xiàn)較高程度的自動化，提高現(xiàn)有的角隨動系統(tǒng)的自動化水平，適應(yīng)多種控制算法的實驗驗證。
【專利說明】一種基于自由擺的平板控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種平板角度控制系統(tǒng)，具體的說就是應(yīng)用于自動控制原理實驗的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的角隨動實驗系統(tǒng)采用自整角機與力矩電機配合模擬電路實現(xiàn)角度控制，自整角機和模擬電路本身的非線性特性使得角隨動控制精度大打折扣，不適合經(jīng)典控制理論實驗課程的開展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種自動化程度高、能夠?qū)Χ喾N控制算法進行驗證的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)平臺。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]它主要包機械框架平臺(I)、主控制器(2)、信號采集(3)、電機驅(qū)動(4)四大部分組成。
[0006]它的工作原理是這樣的:
[0007]機械裝置的位移變化會被角度傳感器感應(yīng)，并傳輸給單片機經(jīng)計算后輸出信號控制電機模塊運轉(zhuǎn)，帶動機械裝置實現(xiàn)相應(yīng)功能，最終實現(xiàn)實時反饋控制。為更好的完成此功能，加入顯示、通訊、鍵盤與撥碼開關(guān)等各外圍設(shè)備，最大限度的實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。
[0008]它的工作動作過程是這樣的:
[0009]本課題的主要工作是設(shè)計一個自由擺平衡系統(tǒng)，使其能在自由擺擺動過程中，控制執(zhí)行元件動作，帶動擺桿末端的平板，使其能完成以下三點主要功能:
[0010]1、系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)應(yīng)可靠穩(wěn)定，擺桿摩擦阻力力小，能自由轉(zhuǎn)動。將擺桿推起至30°處釋放后，擺桿至少可以作5個周期以上的自由阻尼擺動。
[0011]2、控制電機使平板可以在擺桿的自由擺動過程中，始終保持水平狀態(tài)。可以在平板上放一個硬幣來測試效果。
[0012]3、在平板上固定一激光筆，光斑照射在距擺桿150cm距離處垂直放置的靶子上。擺桿垂直靜止且平板處于水平時，調(diào)節(jié)靶子高度，使光斑照射在靶紙的某一條線上，標(biāo)識此線為中心線。在自由擺動作過程中控制平板角度使激光始終打到中心線上。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]增加了系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的性能指標(biāo)
[0015]實現(xiàn)較高程度的自動化。
[0016]提高現(xiàn)有的角隨動系統(tǒng)的自動化水平。
[0017]適應(yīng)多種控制算法的實驗驗證。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖【具體實施方式】
[0019]結(jié)合圖1，在電機驅(qū)動模塊電路設(shè)計中，使用L298N電機驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊與其在主板上的輸入接口的連接、步進電機與電機驅(qū)動的連接、傳感器與傳感器接口連接、IXD1602與控制其最小系統(tǒng)端口連接等。系統(tǒng)硬件電路部分與機械框架之間的連接組裝主要是傳感器與擺桿擺動軸的同軸剛性連接、步進電機與擺桿末端的剛性連接以及傳感器與步進電機的同軸剛性連接。在此，經(jīng)調(diào)試證明連接的同軸與剛性非常重要，會直接影響傳感器采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于自動控制原理實驗的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)，它主要包機械框架平臺、主控制器、信號采集、電機驅(qū)動，機械裝置的位移變化會被角度傳感器感應(yīng)，并傳輸給單片機經(jīng)計算后輸出信號控制電機模塊運轉(zhuǎn)，帶動機械裝置實現(xiàn)相應(yīng)功能，最終實現(xiàn)實時反饋控制，為更好的完成此功能，加入顯示、通訊、鍵盤與撥碼開關(guān)等各外圍設(shè)備，最大限度的實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)，其特征是:擺架系統(tǒng)包括擺架座、擺桿、軸承及彈性元件等，起支撐平板工作臺的作用，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇的材料要保證擺架有足夠的剛度，要選擇適當(dāng)?shù)闹畏绞剑_定框架的結(jié)構(gòu)形式，同時，為保證控制方便，有較高的靈敏度，要求擺桿重量適當(dāng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)，其特征是:選擇線性穩(wěn)壓電源模塊，使用一塊LM2940-5單獨對MC9S12XS128單片機供電，而其它模塊則使用另一塊LM2940-5供電，因控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開供電，可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自由擺的平板控制系統(tǒng)，其特征是:在本系統(tǒng)中傳感器實現(xiàn)對自由擺擺動角度，以及平板轉(zhuǎn)動角度的檢測，是對系統(tǒng)實現(xiàn)控制的先決條件，它的好壞直接影響整個系統(tǒng)的精確，因此，對傳感器的選擇就至關(guān)重要，最簡單的方法是采用線繞電位器，把電位器安裝擺桿的旋轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)擺桿轉(zhuǎn)動時電位器阻值發(fā)生變化以改變輸出電壓，采集電壓數(shù)值以得到擺桿傾角，該方法安裝方便、使用簡單，但是測量分辨率不佳，測量精度不高，本設(shè)計中采用增量式光電編碼器。
【文檔編號】G05D3/12GK103869827SQ201210525352
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】王瑛, 李忠喜 申請人:哈爾濱恒譽名翔科技有限公司