一种基于自由摆的平板控制系统的制作方法
【专利摘要】一种应用于自动控制原理实验的基于自由摆的平板控制系统，本系统主要由三大部分组成，分别为机械部分、硬件部分和软件部分，机械部分主要由三角支架、摆杆和平板组成，并根据其结构对其理论计算和数学建模；硬件部分主要有电源模块、MC9S12XS128最小系统、增量式光电编码器传感器、电机驱动和各外围设备；软件部分主要分为信号采集部分、信号处理部分、电机随动控制部分和各外设辅助部分，增加了系统各环节的性能指标，实现较高程度的自动化，提高现有的角随动系统的自动化水平，适应多种控制算法的实验验证。
【专利说明】一种基于自由摆的平板控制系统
【技术领域】
[0001]本发明是一种平板角度控制系统，具体的说就是应用于自动控制原理实验的基于自由摆的平板控制系统。
【背景技术】
[0002]传统的角随动实验系统采用自整角机与力矩电机配合模拟电路实现角度控制，自整角机和模拟电路本身的非线性特性使得角随动控制精度大打折扣，不适合经典控制理论实验课程的开展。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种自动化程度高、能够对多种控制算法进行验证的基于自由摆的平板控制系统平台。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]它主要包机械框架平台(I)、主控制器(2)、信号采集(3)、电机驱动(4)四大部分组成。
[0006]它的工作原理是这样的:
[0007]机械装置的位移变化会被角度传感器感应，并传输给单片机经计算后输出信号控制电机模块运转，带动机械装置实现相应功能，最终实现实时反馈控制。为更好的完成此功能，加入显示、通讯、键盘与拨码开关等各外围设备，最大限度的实现系统的自动化。
[0008]它的工作动作过程是这样的:
[0009]本课题的主要工作是设计一个自由摆平衡系统，使其能在自由摆摆动过程中，控制执行元件动作，带动摆杆末端的平板，使其能完成以下三点主要功能:
[0010]1、系统机械结构应可靠稳定，摆杆摩擦阻力力小，能自由转动。将摆杆推起至30°处释放后，摆杆至少可以作5个周期以上的自由阻尼摆动。
[0011]2、控制电机使平板可以在摆杆的自由摆动过程中，始终保持水平状态。可以在平板上放一个硬币来测试效果。
[0012]3、在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使光斑照射在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。在自由摆动作过程中控制平板角度使激光始终打到中心线上。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]增加了系统各环节的性能指标
[0015]实现较高程度的自动化。
[0016]提高现有的角随动系统的自动化水平。
[0017]适应多种控制算法的实验验证。
【专利附图】
【附图说明】[0018]图1是本发明的结构示意图【具体实施方式】
[0019]结合图1，在电机驱动模块电路设计中，使用L298N电机驱动模块，电机驱动模块与其在主板上的输入接口的连接、步进电机与电机驱动的连接、传感器与传感器接口连接、IXD1602与控制其最小系统端口连接等。系统硬件电路部分与机械框架之间的连接组装主要是传感器与摆杆摆动轴的同轴刚性连接、步进电机与摆杆末端的刚性连接以及传感器与步进电机的同轴刚性连接。在此，经调试证明连接的同轴与刚性非常重要，会直接影响传感器采集数据的准确性。
【权利要求】
1.一种应用于自动控制原理实验的基于自由摆的平板控制系统，它主要包机械框架平台、主控制器、信号采集、电机驱动，机械装置的位移变化会被角度传感器感应，并传输给单片机经计算后输出信号控制电机模块运转，带动机械装置实现相应功能，最终实现实时反馈控制，为更好的完成此功能，加入显示、通讯、键盘与拨码开关等各外围设备，最大限度的实现系统的自动化。
2.根据权利要求1所述的基于自由摆的平板控制系统，其特征是:摆架系统包括摆架座、摆杆、轴承及弹性元件等，起支撑平板工作台的作用，在其结构设计中，选择的材料要保证摆架有足够的刚度，要选择适当的支撑方式，确定框架的结构形式，同时，为保证控制方便，有较高的灵敏度，要求摆杆重量适当。
3.根据权利要求1所述的基于自由摆的平板控制系统，其特征是:选择线性稳压电源模块，使用一块LM2940-5单独对MC9S12XS128单片机供电，而其它模块则使用另一块LM2940-5供电，因控制系统和执行部分开供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。
4.根据权利要求1所述的基于自由摆的平板控制系统，其特征是:在本系统中传感器实现对自由摆摆动角度，以及平板转动角度的检测，是对系统实现控制的先决条件，它的好坏直接影响整个系统的精确，因此，对传感器的选择就至关重要，最简单的方法是采用线绕电位器，把电位器安装摆杆的旋转轴上，当摆杆转动时电位器阻值发生变化以改变输出电压，采集电压数值以得到摆杆倾角，该方法安装方便、使用简单，但是测量分辨率不佳，测量精度不高，本设计中采用增量式光电编码器。
【文档编号】G05D3/12GK103869827SQ201210525352
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月7日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】王瑛, 李忠喜 申请人:哈尔滨恒誉名翔科技有限公司