[發(fā)明專利]欠驅(qū)動(dòng)懸擺運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810064459.2
• 申請(qǐng)日: 2008-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101261784A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉華;趙旖旎;程紅太;石如冬;陳宏鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G09B25/02
• 分類(lèi)號(hào): G09B25/02;G09B25/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張果瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適合控制理論與控制工程學(xué)科以及電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科學(xué)術(shù)研究要求的欠驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置，屬于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在過(guò)去的50年間，空間飛行器及機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用不斷地推動(dòng)著機(jī)械系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)分析和控制。一直以來(lái)，機(jī)械系統(tǒng)和非線性控制理論的發(fā)展都是相輔相成，相互促進(jìn)的。機(jī)械系統(tǒng)的多體控制問(wèn)題和非線性系統(tǒng)仿射控制問(wèn)題的分析(如能控性、能觀性等)和控制設(shè)計(jì)(如穩(wěn)定性、輸出跟蹤等)都是這種促進(jìn)在理論上的產(chǎn)物，其中仿射控制問(wèn)題也成為了非線性控制理論的新篇章。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)是指控制輸入量少于系統(tǒng)自由度的機(jī)械系統(tǒng)。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制問(wèn)題已經(jīng)受到了重視并成為非線性控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廣泛存在，包括機(jī)器人、空間飛行器系統(tǒng)、航海系統(tǒng)、柔性系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)車(chē)系統(tǒng)。因此，欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制問(wèn)題依然是當(dāng)今控制界的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

欠驅(qū)動(dòng)懸擺系統(tǒng)是欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，是指一個(gè)垂直平面兩桿機(jī)械裝置，其結(jié)構(gòu)由一根連桿和一根擺桿組成，擺桿連接有一驅(qū)動(dòng)輸入，連桿繞肩部自由轉(zhuǎn)動(dòng)，它具有兩個(gè)自由度卻只有一個(gè)控制輸入，是一個(gè)典型的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，并已成為非線性控制理論研究的經(jīng)典模型。但是，目前針對(duì)該類(lèi)問(wèn)題的研究還僅停留在數(shù)字仿真層面，缺少相應(yīng)的實(shí)物系統(tǒng)，對(duì)于相關(guān)理論的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程的認(rèn)識(shí)不夠直觀，使理論與實(shí)際脫節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決目前高等院校或相關(guān)科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行非線性控制理論學(xué)術(shù)研究還停留在數(shù)值仿真層面、缺少相應(yīng)的實(shí)物系統(tǒng)、對(duì)于相關(guān)理論在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的認(rèn)識(shí)不夠直觀以及理論與實(shí)際脫節(jié)等問(wèn)題，提供一種欠驅(qū)動(dòng)懸擺運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明由上位計(jì)算機(jī)、兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流伺服電機(jī)、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)和角度檢測(cè)器組成，上位計(jì)算機(jī)的輸入輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡的上位輸入輸出端連接，兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡的驅(qū)動(dòng)輸入輸出端與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出端連接，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制輸出端與直流伺服電機(jī)的控制輸入端連接，直流伺服電機(jī)的信號(hào)輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡的電機(jī)信號(hào)輸入端連接，直流伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)的輸入軸連接，欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)的輸入軸的輸入驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)的雙擺輸出軸，角度檢測(cè)器設(shè)置在雙擺輸出軸上，角度檢測(cè)器的信號(hào)輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接。

有益效果：本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低的優(yōu)點(diǎn)，它適用于欠驅(qū)動(dòng)非線性機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械電子裝置非線性控制、非線性控制理論應(yīng)用等學(xué)術(shù)研究，同時(shí)也適用于高等學(xué)校機(jī)電一體化、電力電子與電力傳動(dòng)、控制理論與控制工程等專業(yè)的專業(yè)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)研究，可作為電機(jī)類(lèi)、控制類(lèi)本科生及研究生的開(kāi)放性試驗(yàn)平臺(tái)，為其認(rèn)識(shí)和掌握現(xiàn)代直流伺服系統(tǒng)的組成、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器應(yīng)用以及控制理論的應(yīng)用奠定必要的基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式由上位計(jì)算機(jī)1、兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3、直流伺服電機(jī)4、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5、欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)6和角度檢測(cè)器7組成，上位計(jì)算機(jī)1的輸入輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2的上位輸入輸出端連接，兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2的驅(qū)動(dòng)輸入輸出端與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3的輸入輸出端連接，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3的控制輸出端與直流伺服電機(jī)4的控制輸入端連接，直流伺服電機(jī)4的信號(hào)輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2的電機(jī)信號(hào)輸入端連接，直流伺服電機(jī)4的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)8與欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)6的輸入軸連接，欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)6的輸入軸6-1的輸入驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5傳遞給欠驅(qū)動(dòng)懸擺機(jī)構(gòu)6的雙擺輸出軸6-2，角度檢測(cè)器7設(shè)置在雙擺輸出軸6-2上，角度檢測(cè)器7的信號(hào)輸出端與兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2的檢測(cè)信號(hào)輸入端連接。

兩軸運(yùn)動(dòng)控制卡2可采用基于LPC2119的雙軸運(yùn)動(dòng)控制卡，并且采用Philip公司生產(chǎn)的ARM7芯片作為該雙軸運(yùn)動(dòng)控制卡的核心控制器；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3可采用PWM方式驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，由UC3637芯片和L6203芯片分別承擔(dān)PWM波和直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；直流伺服電機(jī)4可采用SANYO511T型伺服電機(jī)，同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5可采用伏龍120-XL-037、36-XL-BF、12-XL-BF型傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)比為3∶1。