[發明專利]一種便攜式運動控制課堂教學實驗系統及使用方法

在審

• 申請號: 201610235207.6
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105719558A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 萬其;盛黨紅;潘雯;高金鳳;陳桂;楊皓文
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 鄧麗

1.一種便攜式運動控制課堂教學實驗系統，其特征在于，包括計算機、USB數據采集器、直流電機控制電路、直流電機和增量編碼器；所述計算機與USB數據采集器之間通過USB總線連接，實現計算機與USB數據采集器之間的通訊，且計算機同時通過USB總線為USB數據采集器提供工作電源；所述計算機安裝USB數據采集器配備的虛擬儀器工作軟件，用于觀察控制結果；所述USB數據采集器具備兩路數據采集通道及USB通訊接口，且帶有計算機安裝驅動顯示軟件；所述直流電機控制電路通過連接器連接直流電機；所述增量編碼器與直流電機同軸安裝，且增量編碼器輸出信號通過連接器連接到直流電機控制電路，用于測量電機的實際速度及實際位置；所述USB數據采集器、直流電機控制電路、直流電機和增量編碼器固定在安裝平板上。

2.根據權利要求1所述的一種便攜式運動控制課堂教學實驗系統，其特征在于：所述的直流電機控制電路包括微處理器、驅動電路、H橋功率放大電路、電流反饋檢測電路、增量編碼器接口電路、控制方式撥碼開關、控制參數撥碼開關、電位器、測試點1和測試點2，上述組成均通過印制電路連接；所述的控制方式撥碼開關為2位撥碼開關，連接到微處理器的數字輸入端口，可實現4種狀態，即00、01、10、11，分別對應直流電機的位置控制模式、速度控制模式、電流控制模式、開環控制模式；所述控制參數撥碼開關設計為3位撥碼開關，連接到微處理器的數字輸入端口，可實現8種狀態，即000、001、010、011、100、101、110、111，這8種狀態可對應8種不同的控制參數；所述的電位器通過印制電路連接到微處理器的模擬數字轉換端口，用于產生電機控制的輸入給定；所述的測試點1、測試點2分別通過印制電路連接到微處理器的數字模擬轉換端口,同時測試點1、測試點2通過USB數據采集器的測試探頭與USB數據采集器相連，測試點1、測試點2輸出信息由控制方式撥碼開關決定，不同的控制方式輸出內容不同。

3.根據權利要求2所述的一種便攜式運動控制課堂教學實驗系統，其特征在于：所述的微處理器軟件控制功能模塊包括位置控制器、速度控制器、電流控制器、脈寬調制器、位置計算、速度計算、電流計算、電位器值、控制方式撥碼開關值、控制參數撥碼開關值、選擇開關1、選擇開關2、選擇開關3；所述位置計算、速度計算是依據增量編碼器的值計算電機的實際位置和實際速度，分別作為位置控制器和速度控制器的反饋；所述軟件控制中依據控制方式撥碼開關值來設置選擇開關1、選擇開關2、選擇開關3的連接，實現電機不同工作模式的轉換；所述位置控制器、速度控制器、電流控制器依據控制參數撥碼開關值，設置不同的控制參數，直觀演示不同的控制效果。

4.根據權利要求3所述的一種便攜式運動控制課堂教學實驗系統，其特征在于：所述的選擇開關1、選擇開關2、選擇開關3分別具有兩個輸入端（1,2）和一個輸出端，輸出端連接到兩個輸入端（1,2）的哪一端由控制方式撥碼值決定；當控制方式撥碼值為00時，選擇開關1的輸入端2連接到輸出端，實現速度控制器的輸入是位置控制器的輸出，直流電機控制電路工作在位置控制方式；當控制方式撥碼值為01時，選擇開關1的輸入端1連接到輸出端，實現速度控制器的輸入是電位器，此時直流電機控制電路工作在速度控制方式，位置控制器不工作，其他以此類推。

5.一種權利要求1-4任一項所述的便攜式運動控制課堂教學實驗系統的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）將USB數據采集器的USB連接線連接到計算機；

2）在計算機上運行USB數據采集器的虛擬儀器軟件；

3）根據運動控制系統的課程進度，設置控制方式撥碼開關值、控制參數撥碼開關值；

4）調整電位器，改變電機輸入給定值，通過計算機屏幕，觀察控制結果。