专利名称：自动控制原理实验模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验产品，尤其涉及一种自动控制原理实验模块。
背景技术：
目前，教学所用的自动控制原理实验系统包括以下实验内容典型环节的时域响 应、典型系统的时域响应和稳定性分析、线性系统的根轨迹分析、线性系统的频率响应分 析、线性系统的校正、离散系统的稳定性分析、线性系统的状态空间分析、典型非线性环节 静态特性测试、直流电机的速度控制实验以及热电偶温度控制实验。传统的自动控制原理 实验系统大多是利用面包板搭建实验所需的电路，电路搭建完成后通过手动调节示波器上 的参数值进行波形显示，在面包板上搭建电路需要准备好电路所需的电线、元器件等，再将 准备好的元器件和电线逐一插入面包板中，且需要手动调节示波器，占用时间较多，并且由 于课堂时间的局限性，很多学生都不能按时完成实验。
实用新型内容鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于解决现有技术的缺 陷，提供一种节省课堂时间的自动控制原理实验模块。一种自动控制原理实验模块，其特征在于，所述自动控制原理实验模块包括一具 有一直流电机及一电机驱动电路的电机驱动装置、一从一实验平台接收比例、积分、微分控 制参数并根据接收的参数为所述电机驱动电路提供控制电压的电源输出端、一从所述实验 平台接收脉冲宽度调制信号并根据接收的脉冲宽度调制信号的占空比为所述电机驱动电 路提供脉冲宽度调制控制信号的脉冲宽度调制信号输出端，所述电机驱动装置根据所述控 制电压和脉冲宽度调制控制信号输出代表所述直流电机转速的脉冲信号，所述电机驱动电 路包括一将所述脉冲信号输出至所述实验平台的脉冲信号输出端。根据本实用新型的而技术构思，所述自动控制原理实验模块还包括一连接所述实 验平台的外围设备连接插槽.根据本实用新型的而技术构思，所述自动控制原理实验模块还包括一电源地端及 一脉冲宽度调制信号地端。根据本实用新型的而技术构思，所述电机驱动电路还包括一连接所述电源地端或 脉冲宽度调制信号地端的控制信号输入地端。根据本实用新型的而技术构思，所述电机驱动装置还包括一输出所述脉冲信号的 光电传感器。根据本实用新型的而技术构思，所述电机驱动电路还包括一接收所述控制电压或 脉冲宽度调制控制信号的控制信号输入端。根据本实用新型的而技术构思，所述电机驱动电路还包括一连接外部电源的外部 电源接入端、两保险管及两电源指示灯。本实用新型的有益效果为本实用新型预先将电机驱动装置集成在自动控制原理实验模块中，并代替传统的面包板连接NI ELVIS实验平台，可即插即用，实验者无需花费太 多的时间搭建实验电路，实验者可充分利用课堂时间完成实验并理解实验内容。
图1为本实用新型自动控制原理实验模块连接于一实验平台的模块图。图2为图1中的一自动控制原理实验模块安装在所述实验平台的一底座上的结构 图。图3为图2中的自动控制原理实验模块安装在所述底座上的俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。请参考图1，本实用新型自动控制原理实验模块1用于连接一 NI ELVIS实验平台 2，所述OT ELVIS实验平台2采集所述自动控制原理实验模块1的信号，并将采集到的信号 传送给一计算机3进行显示。所述计算机3包括一信号采集单元31、一参数调节单元32及 一信号模拟单元33。所述计算机3的信号采集单元31与一设于所述底座20上的所述NIELVIS实验平 台2的信号输出端相连，用于接收所述自动控制原理实验模块输出的信号，所述信号采集 单元31为USB接口或IEEE 1394接口。所述参数调节单元32通过一信号模拟操作界面设置信号采集参数，例如，使能通 道、触发方式、采样率等，本实施方式中，可通过计算机键盘、鼠标等输入设备在所述信号模 拟操作界面中设置所述信号采集参数。所述信号模拟单元33通过内设的软件产生所述自动控制原理实验模块输出信号 的波形，并将产生的波形显示在所述计算机3的屏幕上。请继续参考图2及图3，所述自动控制原理实验模块1可拆卸地安装在所述OT ELVIS实验平台2的一底座20上，具体操作时，可将传统的实验面包板从所述NI ELVIS实 验平台2的底座20上取下来，再将所述自动控制原理实验模块1固定在所述底座上20上， 所述自动控制原理实验模块1的较佳实施方式包括一电机驱动装置10、一光电传感器11、 一电源输出端12、一电源地端13、一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号输 出端 14、一 PWM 信号地端 15、以及一 PCI (Peripheral Component Interconnect，外围设备 连接)插槽17，当所述自动控制原理实验模块1固定在所述底座20上时，其PCI插槽17便 与所述底座20上的金手指接触。所述电机驱动装置10包括设于其中的一直流电机、一光 电传感器11及一电机驱动电路，所述电机驱动电路集成在所述电机驱动装置10中，用于控 制所述直流电机的转速。所述直流电机的转轴上负载有一带凹槽的圆盘18，所述直流电机带动所述圆盘 18旋转至某一位置时，所述圆盘的凹槽与所述光电传感器11的凹槽相对，使所述光电传感 器11产生的对射光线通过所述圆盘18和光电传感器11的凹槽，因此，所述直流电机带动 所述圆盘18转动时，便对所述对射光线进行切割，光电传感器11通过检测对射光线的通断 来产生脉冲信号，通过测量所述脉冲信号的频率，便可测出所述直流电机的转速。所述电机驱动电路包括两保险管41、42、一为所述直流电机提供工作电压的外部电源接入端43、一 +12V电源指示灯44、一 -12V电源指示灯45、一控制信号输入端46、一控 制信号输入地端47及一脉冲信号输出端48。当所述外部电源接入端43接入外部电源时， 所述+12V电源指示灯44、一 -12V电源指示灯45亮。所述脉冲信号输出端48连接至所述 NI ELVIS实验平台2，所述脉冲信号输出端48作为所述自动控制原理实验模块1的输出 端，将所述光电传感器11产生的脉冲信号传送至所述NI ELVIS实验平台2，所述脉冲信号 代表所述直流电机的转速。所述电源输出端12可通过所述NI ELVIS平台2接收比例、积分、微分控制参数， 并根据接收的参数为所述直流电机提供一控制电压。所述比例、积分、微分控制参数的值可 在所述计算机3的信号模拟操作界面中进行设置。当进行PID控制电机转速的实验内容 时，所述外部电源接入端43连接一外部电源，通过导线将所述控制信号输入端46与所述电 源输出端12相连，所述控制信号输入地端47与所述电源地端13相连，在所述信号模拟操 作界面中选择PID运行方式、设置使能通道等信号采集参数、直流电机的目标转速以及PID 参数(即控制直流电机转速的比例参数、积分参数和微分参数)后便可开始采集所述光电 传感器11产生的脉冲信号，所述计算机3接收所述脉冲信号并显示所述脉冲信号的波形， 实验者可通过所显示的波形得到所述直流电机的转速。在所述信号模拟操作界面中设置不 同的PID参数，以改变所述脉冲信号的波形，进一步分析PID参数对所述直流电机转速的影 响。所述PWM信号输出端14用于为所述电机驱动电路提供一预设占空比的PWM信号， 所述PWM信号是由所述NI ELVIS实验平台2的一计数器产生的，所述PWM信号的占空比可 在所述计算机3的信号模拟操作界面中进行设置，并通过所述OT ELVIS平台2传送至所述 PWM信号输出端14。当进行PWM控制电机转速的实验内容时，所述外部电源接入端43接入 外部电源，通过导线将所述控制信号输入端46与所述PWM信号输出端14相连，所述控制信 号输入地端47与所述PWM信号地端15相连，在所述信号模拟操作界面中选择PWM运行方 式、设置使能通道等信号采集参数、直流电机的目标转速以及PWM信号的占空比后便可开 始采集所述光电传感器11产生的脉冲信号，所述计算机3接收所述脉冲信号并显示所述脉 冲信号的波形。在所述信号模拟操作界面中设置不同的PWM信号的占空比，以改变所述脉 冲信号的波形，进一步分析PWM信号的占空比与所述直流电机转速之间的关系。本实用新型预先将电机驱动装置集成在自动控制原理实验模块中，并代替传统的 面包板连接NI ELVIS实验平台，可即插即用，实验者无需花费太多的时间搭建实验电路， 可在计算机上快速、准确地设置信号采集参数、控制参数(如PID参数、PWM信号的占空比 等)，并且直接通过所述计算机显示波形，实验者可充分利用课堂时间完成实验并理解实验 内容。
权利要求一种自动控制原理实验模块，其特征在于，所述自动控制原理实验模块包括一具有一直流电机及一电机驱动电路的电机驱动装置、一从一实验平台接收比例、积分、微分控制参数并根据接收的参数为所述电机驱动电路提供控制电压的电源输出端、一从所述实验平台接收脉冲宽度调制信号并根据接收的脉冲宽度调制信号的占空比为所述电机驱动电路提供脉冲宽度调制控制信号的脉冲宽度调制信号输出端，所述电机驱动装置根据所述控制电压和脉冲宽度调制控制信号输出代表所述直流电机转速的脉冲信号，所述电机驱动电路包括一将所述脉冲信号输出至所述实验平台的脉冲信号输出端。
2.如权利要求1所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述自动控制原理实验 模块还包括一连接所述实验平台的外围设备连接插槽.
3.如权利要求1所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述自动控制原理实验 模块还包括一电源地端及一脉冲宽度调制信号地端。
4.如权利要求3所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述电机驱动电路还包 括一连接所述电源地端或脉冲宽度调制信号地端的控制信号输入地端。
5.如权利要求1所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述电机驱动装置还包 括一输出所述脉冲信号的光电传感器。
6.如权利要求1所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述电机驱动电路还包 括一接收所述控制电压或脉冲宽度调制控制信号的控制信号输入端。
7.如权利要求1所述的自动控制原理实验模块，其特征在于所述电机驱动电路还包 括一连接外部电源的外部电源接入端、两保险管及两电源指示灯。
专利摘要一种自动控制原理实验模块，包括一具有一直流电机及一电机驱动电路的电机驱动装置、一从一实验平台接收比例、积分、微分控制参数并根据接收的参数为所述电机驱动电路提供控制电压的电源输出端、一从所述实验平台接收脉冲宽度调制信号并根据接收的脉冲宽度调制信号的占空比为所述电机驱动电路提供脉冲宽度调制控制信号的脉冲宽度调制信号输出端，所述电机驱动装置根据所述控制电压和脉冲宽度调制控制信号输出代表所述直流电机转速的脉冲信号，所述电机驱动电路包括一将所述脉冲信号输出至所述实验平台的脉冲信号输出端。所述自动控制原理实验模块无需实验者花费太多的时间在元器件的准备和实验电路的搭建上，节省了教学实验时间。
文档编号G09B23/18GK201741312SQ201020293329
公开日2011年2月9日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者吴学冲, 王雪峰, 秦莉娜, 高智俊 申请人:北京中科泛华测控技术有限公司