一种旋转倒立摆实验教学平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于实验教学平台领域，尤其涉及一种旋转倒立摆实验教学平台。该平台包括：上位机，包括第一CPU、操作显示屏，其中操作显示屏第一CPU连接；控制器，包括第二CPU以及角度编码器，其中角度编码器与第二CPU连接，所述控制器与所述上位机通信连接；驱动单元，包括直流电机和电机驱动电路，所述电机驱动电路与所述第二CPU的输出端连接，所述电机驱动电路连接直流电机用于驱动倒立摆的摆动。本实用新型采用的结构测量摆杆角度，测量更精确，有利于学生观察微小的角度变化尺度。
【专利说明】
一种旋转倒立摆实验教学平台
技术领域
[0001]本实用新型属于实验教学平台领域，尤其涉及一种旋转倒立摆实验教学平台。
【背景技术】
[0002]目前普遍存在教师偏重课堂讲授，只做验证性实验，且实验设备集中于仪器仪表，导致实验效果并不理想。学生只是抽象地初步验证了现有的结论，对于处理实际测控系统中容易出现的问题和重要环节调试缺乏实践。将旋转倒立摆作为实验教学平台，有利于让学生在不断分析计算与实际调试的过程中，深入理解控制理论，实现了理论到实践的有效转化。
[0003]然而目前绝大多数用作实验教学的旋转倒立摆系统，难以满足学生对于整个控制过程的深入理解，如:CN 204189370U公开了一种《旋转倒立摆实验装置》，构成包括底座支架，底座支架上经电机支架设有直流减速电机，直流减速电机经第一联轴器设有横向设置的旋臂，第一联轴器经推力球轴承固定在底座支架上，所述旋臂的一端经螺栓设有第一角铝架，第一角铝架上经深沟球轴承设有连动轴，连动轴的外端设有第三联轴器，第三联轴器上设有纵向设置的摆杆，连动轴的内端设有第二联轴器，第二联轴器连接有角度编码器，角度编码器经第二角铝架固定在旋臂上。具有结构简单、体积小、重量轻、安装方便的特点，有利于学生理解和快速掌握所学内容。但缺乏相应调试模块，学生难以在调试中学习、总结经验。
[0004]CN 203930517 U公开了一种《一种旋转倒立摆控制实验系统》，包括电位器测角度模块、控制驱动模块、角度监控模块。这里测摆杆角度采用电位器，精度不够，不利于学生在微小的角度变化尺度内得到最优参数。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种旋转倒立摆实验教学平台，解决旋转倒立摆教学中直观性不强，控制精度低的问题。
[0006]本实用新型是这样实现的，一种旋转倒立摆实验教学平台，该平台包括:
[0007]上位机，包括第一 CPU、操作显示屏，其中操作显示屏第一 CPU连接；
[0008]控制器，包括第二CPU以及角度编码器，其中角度编码器与第二 CPU连接，所述控制器与所述上位机通信连接；
[0009 ] 驱动单元，包括直流电机和电机驱动电路，所述电机驱动电路与所述第二 CPU的输出端连接，所述电机驱动电路连接直流电机用于驱动倒立摆的摆动。
[0010]进一步地，所述上位机还包括与第一CPU连接的无线发射模块;所述控制器还包括与第二 CPU连接的无线接收模块，上位机通过无线发射模块发射信号、无线接收模块接收信号的与控制器通讯。
[0011]进一步地，所述上位机与所述控制器通过数据线连接。
[0012]进一步地，所述直流电机连接角度刻度板，角度刻度板根据直流电机的输出来摆动相应的刻度用于显示倒立摆的摆动角度。
[0013]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型采用的结构测量摆杆角度，测量更精确，有利于学生在微小的角度变化尺度内得到最优控制参数。结合上位机对倒立摆系统进行调试实验，有利于学生在调试中学习，总结经验。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型实施例提供的平台模块框图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0016]参见图1，旋转倒立摆实验教学平台，该平台包括:上位机用于远程的监控，包括第一CPU、操作显示屏，操作显示屏与第一CPU连接，操作显示屏为触摸屏，可进行数据的输入与显示。在倒立摆上设置控制器，该控制器用于控制倒立摆的摆动，包括有第二 CPU以及角度编码器，其中角度编码器与第二CPU连接；角度编码器测得的摆杆角度，通过第二上位机上传至第一CPU通过操作显示屏显示波形，其中，上位机还包括与第一CPU连接的无线发射模块;控制器还包括与第二 CPU连接的无线接收模块，上位机通过无线发射模块发射信号、无线接收模块接收信号的与控制器通讯。在另一个实施例中，上位机与所述控制器通过数据线连接。
[0017]还包括驱动单元包括直流电机和电机驱动电路，电机驱动电路与第二CHJ的输出端连接，电机驱动电路连接直流电机用于驱动倒立摆的摆动。直流电机连接角度刻度板，角度刻度板根据直流电机的输出来摆动相应的刻度用于显示倒立摆的摆动角度。
[0018]工作过程中所有待定参数及角度编码器测得的摆杆角度波形都实时显示在操作显示屏中，第一CHJ通过无线发射模块将参数信息发射给控制器的无线接收模块。
[0019]无线接收模块接收到控制参数信息，传递给第二CPU，第二CPU输出控制信号，电机驱动电路接收到这个控制信号后将电机转动信号施加于倒立摆的直流电机，完成控制。电机驱动电路通过12V直流稳压电源供电，角度刻度板指示摆杆的角度。
[0020]使用时，首先打开上位机，输入选择角度及位置的输入目标，分别输入P、1、D三个参数值，观察上位机绘制的角度波形图，并观察角度、角速度波形图，通过继续调整。最终通过观察倒立摆摆杆运动状态。
[0021]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种旋转倒立摆实验教学平台，其特征在于，该平台包括: 上位机，包括第一 CRJ、操作显示屏，其中操作显示屏与第一 CRJ连接； 控制器，包括第二 CPU以及角度编码器，其中角度编码器与第二 CPU连接，所述控制器与所述上位机通信连接； 驱动单元，包括直流电机和电机驱动电路，所述电机驱动电路与所述第二 CPU的输出端连接，所述电机驱动电路连接直流电机用于驱动倒立摆的摆动。2.如权利要求1所述的旋转倒立摆实验教学平台，其特征在于，所述上位机还包括与第一 CPU连接的无线发射模块;所述控制器还包括与第二 CPU连接的无线接收模块，上位机通过无线发射模块发射信号、无线接收模块接收信号与控制器通讯。3.如权利要求1所述的旋转倒立摆实验教学平台，其特征在于，所述上位机与所述控制器通过数据线连接。4.如权利要求1所述的旋转倒立摆实验教学平台，其特征在于，所述直流电机连接角度刻度板，角度刻度板根据直流电机的输出来摆动相应的刻度用于显示倒立摆的摆动角度。
【文档编号】G09B25/00GK205451648SQ201620146837
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】千承辉, 万云霞, 魏庆丽, 凌振宝, 白杨
【申请人】吉林大学