[發(fā)明專利]一種便攜式運動控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)及使用方法

在審

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• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105719558A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬其;盛黨紅;潘雯;高金鳳;陳桂;楊皓文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 鄧麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種便攜式運動控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)及使用方法，屬于運動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，目前課堂教學(xué)一般采用板書加多媒體教學(xué)的方式，多媒體采用投影儀，將文字、圖片等投影在教室屏幕，教師進行講解。基于電機控制的運動控制系統(tǒng)課程是自動控制相關(guān)專業(yè)重要專業(yè)課程之一，在教學(xué)過程中，僅通過理論講解往往難以到達較好的教學(xué)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種便攜式電機控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)及使用方法。利用虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計一種便攜式運動控制實驗系統(tǒng)，特別是在電機控制電路上設(shè)置控制方式撥碼開關(guān)、控制參數(shù)撥碼開關(guān)，實現(xiàn)在課堂演示不同工作模式和不同控制參數(shù)時不同的運動控制結(jié)果。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種便攜式運動控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)，包括計算機、USB數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集器之間通過通用串行總線(以下簡稱USB總線）連接，實現(xiàn)計算機與USB數(shù)據(jù)采集器之間的通訊，且計算機同時通過USB總線為USB數(shù)據(jù)采集器提供工作電源，計算機安裝USB數(shù)據(jù)采集器配備的虛擬儀器工作軟件，用于觀察控制結(jié)果；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(shù)據(jù)采集器、直流電機控制電路、直流電機和增量編碼器等固定在安裝平板上，便于攜帶。

所述的直流電機控制電路包括微處理器、驅(qū)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(guān)、控制參數(shù)撥碼開關(guān)、電位器、測試點1、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(guān)為2位撥碼開關(guān)，連接到微處理器的數(shù)字輸入端口，可實現(xiàn)4種狀態(tài)，即00、01、10、11，分別對應(yīng)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(huán)控制模式；控制參數(shù)撥碼開關(guān)設(shè)計為3位撥碼開關(guān)（也可根據(jù)需要設(shè)置更多位數(shù)的撥碼開關(guān)），連接到微處理器的數(shù)字輸入端口，可實現(xiàn)8種狀態(tài)，即000、001、010、011、100、101、110、111，這8種狀態(tài)可對應(yīng)8種不同的控制參數(shù)；所述的電位器通過印制電路連接到微處理器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換端口，用于產(chǎn)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(shù)字模擬轉(zhuǎn)換端口,同時測試點1、測試點2通過USB數(shù)據(jù)采集器的測試探頭與USB數(shù)據(jù)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(guān)決定，不同的控制方式輸出內(nèi)容不同。

所述的微處理器軟件控制功能包括位置控制器、速度控制器、電流控制器、脈寬調(diào)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(guān)值、控制參數(shù)撥碼開關(guān)值、選擇開關(guān)1、選擇開關(guān)2、選擇開關(guān)3等；所述位置計算、速度計算是依據(jù)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；位置控制器、速度控制器、電流控制器、脈寬調(diào)制器、位置計算、速度計算、電流計算等是直流電機控制的常規(guī)軟件模塊，不再贅述；所述的選擇開關(guān)1、選擇開關(guān)2、選擇開關(guān)3分別具有兩個輸入端（1,2）和一個輸出端；特別地，為在課堂上演示不同的電機控制模式，軟件控制中依據(jù)控制方式撥碼開關(guān)值來設(shè)置選擇開關(guān)1、選擇開關(guān)2、選擇開關(guān)3的連接，實現(xiàn)電機不同工作模式的轉(zhuǎn)換；為實現(xiàn)在課堂演示不同控制參數(shù)的控制效果，軟件控制中依據(jù)控制參數(shù)撥碼開關(guān)值，設(shè)置不同的控制參數(shù)，直觀演示不同的控制效果。

所述便攜式運動控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

1)將USB數(shù)據(jù)采集器的USB連接線連接到計算機；

2)在計算機上運行USB數(shù)據(jù)采集器的虛擬儀器軟件；

3)根據(jù)運動控制系統(tǒng)的課程進度，設(shè)置控制方式撥碼開關(guān)值、控制參數(shù)撥碼開關(guān)值；

4)調(diào)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(jié)果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的便攜式運動控制課堂教學(xué)實驗系統(tǒng)組成示意圖。

圖2是本發(fā)明的直流電機控制電路組成示意圖。

圖3是本發(fā)明的微處理器軟件控制功能模塊組成示意圖。

圖4控制方式撥碼值對應(yīng)控制方式及測試點輸出示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。