一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，主要包括電源總開關(guān)(1)、箱體(2)、負(fù)載旋鈕(3)、電機(jī)開關(guān)(4)、串口轉(zhuǎn)USB線(5)、光電編碼器(6)、直流電動(dòng)機(jī)(7)、直流發(fā)電機(jī)(8)、LCD液晶屏(9)、單片機(jī)控制器(10)、5V/24V直流電源(11)、負(fù)載(12)、A/D采集模塊(13)、上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)、皮帶(15)組成的基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，結(jié)合通用串口技術(shù)和Matlab實(shí)時(shí)串口仿真功能，教具能夠?qū)崟r(shí)采集和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并在GUI軟件界面同步運(yùn)行預(yù)建的仿真模型，將自動(dòng)控制運(yùn)用到直流電機(jī)調(diào)速中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、生動(dòng)，深化學(xué)生對自動(dòng)控制學(xué)科核心知識(shí)的理解，為同類教具的研發(fā)提供了技術(shù)模板。
【專利說明】
一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，具體涉及一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)廣泛用于現(xiàn)代工程教育中，是開展自動(dòng)控制學(xué)科教學(xué)的必要手段。許多高校相繼運(yùn)用MATLAB/Simulink仿真到具體的教學(xué)試驗(yàn)中，取得了較好的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果能直觀的展現(xiàn)，便于學(xué)生的理解。但是，仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)難以完整的表達(dá)實(shí)物運(yùn)行結(jié)果，并且許多仿真教學(xué)沒有做到實(shí)時(shí)仿真，脫離實(shí)物的仿真使得學(xué)生對仿真運(yùn)行過程的理解很難以與實(shí)物運(yùn)行過程銜接，使學(xué)生無法真正地掌握實(shí)物系統(tǒng)的運(yùn)行原理和控制方法，難以激發(fā)學(xué)生的積極性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型針對脫離實(shí)物的仿真使得學(xué)生對仿真運(yùn)行過程的理解難以與實(shí)物運(yùn)行過程銜接的現(xiàn)狀，結(jié)合通用串口技術(shù)和Matlab實(shí)時(shí)串口仿真功能，設(shè)計(jì)了基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，教具能夠?qū)崟r(shí)采集和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，并在GUI軟件界面同步運(yùn)行預(yù)建的仿真模型，將自動(dòng)控制學(xué)運(yùn)用到直流電機(jī)調(diào)速中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、生動(dòng)，深化學(xué)生對自動(dòng)控制學(xué)科核心知識(shí)的理解，為同類教具的研發(fā)提供了技術(shù)模板。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0005]—種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于5V/24V直流電源
(11)，將交流電220V轉(zhuǎn)化為5V和24V直流電，分別為單片機(jī)控制器(10)和直流電動(dòng)機(jī)(7)供電；電源總開關(guān)(I)，控制系統(tǒng)供電通斷；單片機(jī)控制器(10)，執(zhí)行上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)命令，控制和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)(7)，采集光電編碼器(6)脈沖和通過A/D采集模塊(13)采集直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)電壓，控制LCD液晶屏(9)顯示直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)兩端電壓；上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)，控制下位機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線的顯示，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和直流電動(dòng)機(jī)
(7)控制的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置工作；串口轉(zhuǎn)USB線(5)負(fù)責(zé)上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)和下位機(jī)通訊和信息交互；電機(jī)開關(guān)(4)，控制直流電動(dòng)機(jī)(7)的啟停；負(fù)載旋鈕(3)，連接多個(gè)不同負(fù)載
(12)，通過撥動(dòng)負(fù)載旋鈕(3)改變直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)大小;箱體(2)封裝下位機(jī)各硬件模塊，使系統(tǒng)能夠便攜，便于實(shí)際教學(xué)。
[0006]所述的單片機(jī)控制器(10)采用MC9S12XS128單片機(jī)為主控器芯片，通過片上內(nèi)置資源PWM和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(以BTS7960為驅(qū)動(dòng)芯片)實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速的控制，通過片上內(nèi)置資源I/O控制LCD液晶屏(9)顯示直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)兩端電壓，通過片上內(nèi)置資源SCI串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)和下位機(jī)硬件系統(tǒng)信息交互。
[0007]所述的上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)由MatlabGUI編寫，主要完成實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線顯示、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和直流電動(dòng)機(jī)(7)控制的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置工作，對P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的調(diào)節(jié)使得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定，準(zhǔn)確。
[0008]所述的直流電動(dòng)機(jī)(7)、直流發(fā)電機(jī)(8)、光電編碼器(6)，通過皮帶(15)同平面連接。
[0009]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧便攜，能夠?qū)⒂布?shí)物與計(jì)算機(jī)仿真有機(jī)結(jié)合起來，產(chǎn)生互補(bǔ)效果，深化學(xué)生對自動(dòng)控制學(xué)科核心知識(shí)的理解，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀生動(dòng)，提高了教學(xué)效果。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本實(shí)用新型一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖3為本實(shí)用新型一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器上位機(jī)軟件系統(tǒng)界面。
[0014]圖4為本實(shí)用新型一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器直流電機(jī)Simul ink 模型。
[0015]圖1中標(biāo)號(hào)名稱:1.電源總開關(guān)，2.箱體，3.負(fù)載旋鈕，4.電機(jī)開關(guān)，5.串口轉(zhuǎn)USB線，6.光電編碼器，7.直流電動(dòng)機(jī)，8.直流發(fā)電機(jī)，9.1XD液晶屏，15.皮帶。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0017]本實(shí)用新型一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，系統(tǒng)主要包括電源總開關(guān)(I)、箱體(2)、負(fù)載旋鈕(3)、電機(jī)開關(guān)(4)、串口轉(zhuǎn)USB線(5)、光電編碼器(6)、直流電動(dòng)機(jī)(7)、直流發(fā)電機(jī)(8)、LCD液晶屏(9)、單片機(jī)控制器(1)、5/24V直流電源(11)、負(fù)載
(12)、A/D采集模塊(13)，上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)，組成了基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于5V/24V直流電源(11)，將交流電220V轉(zhuǎn)化為5V和24V直流電，分別為單片機(jī)控制器(10)和直流電動(dòng)機(jī)(7)供電；電源總開關(guān)(I)，控制系統(tǒng)供電通斷，單片機(jī)控制器(10)，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)命令，控制和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)(7)，采集光電編碼器(6)脈沖和通過A/D采集模塊(13)采集直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)電壓，控制LCD液晶屏(9)顯示直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)兩端電壓;上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)，主要負(fù)責(zé)下位機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的曲線顯示，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和直流電動(dòng)機(jī)(7)控制的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置工作；串口轉(zhuǎn)USB線(5)負(fù)責(zé)上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)和下位機(jī)通訊和信息交互；電機(jī)開關(guān)(4)負(fù)責(zé)控制直流電動(dòng)機(jī)(7)的啟停;負(fù)載旋鈕(3)，負(fù)責(zé)變換直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)大小;箱體(2)封裝下位機(jī)各硬件模塊，使系統(tǒng)能夠便攜，便于實(shí)際教學(xué)。
[0018]實(shí)際教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器分為兩部分功能:仿真和實(shí)物演示。教學(xué)需要仿真功能時(shí)，用戶可以在圖3界面設(shè)置:開、閉環(huán)，占空比，P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，點(diǎn)擊‘仿真’按鈕圖標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)會(huì)按照圖4所示的直流電機(jī)Simulink仿真模型，進(jìn)行仿真。教學(xué)需要實(shí)物演示功能時(shí)，需將串口轉(zhuǎn)USB線(5)與計(jì)算機(jī)設(shè)備USB 口連接上，運(yùn)行上位機(jī)軟件系統(tǒng)
(14)，在如圖3所示的上位機(jī)軟件系統(tǒng)界面上，用戶可以設(shè)置端口號(hào)，波特率，保存數(shù)據(jù)的文件名(保存直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)電壓數(shù)據(jù))，目標(biāo)值，開、閉環(huán)，P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，打開下位機(jī)電機(jī)開關(guān)(4)，點(diǎn)擊圖3界面‘開始’按鈕圖標(biāo)，上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)與下位機(jī)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，并且可以在轉(zhuǎn)速視窗內(nèi)，實(shí)時(shí)顯示仿真轉(zhuǎn)速曲線和實(shí)際轉(zhuǎn)速曲線，以及在負(fù)載(12)電壓視窗中可視化、圖形化顯示負(fù)載(12)電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于5V/24V直流電源(11)，將交流電220V轉(zhuǎn)化為5V和24V直流電，分別為單片機(jī)控制器(10)和直流電動(dòng)機(jī)(7)供電；電源總開關(guān)(I)，控制系統(tǒng)供電通斷；單片機(jī)控制器(10)，執(zhí)行上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)命令，控制和驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)(7)，采集光電編碼器(6)脈沖和通過A/D采集模塊(13)采集直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)電壓，控制LCD液晶屏(9)顯示直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)兩端電壓；上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)，控制下位機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線的顯示、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和直流電動(dòng)機(jī)(7)控制的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置工作；串口轉(zhuǎn)USB線(5)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)和下位機(jī)通訊和信息交互;電機(jī)開關(guān)(4)控制直流電動(dòng)機(jī)(7)的啟停;負(fù)載旋鈕(3)，連接多個(gè)不同負(fù)載(12)，通過撥動(dòng)負(fù)載旋鈕(3)改變直流發(fā)電機(jī)(8)兩端負(fù)載(12)大小;箱體(2)封裝下位機(jī)各硬件模塊，使系統(tǒng)能夠便攜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于，直流電動(dòng)機(jī)(7)、直流發(fā)電機(jī)(8)以及光電編碼器(6)通過皮帶(15)能夠同平面連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于，上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)由Matlab GUI編寫，主要完成實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線顯示、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和直流電動(dòng)機(jī)(7)控制的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置工作，對P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)的調(diào)節(jié)使得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定，準(zhǔn)確。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于直流電機(jī)控制的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，其特征在于，所述的單片機(jī)控制器(10)采用MC9S12XS128單片機(jī)為主控器芯片，通過片上內(nèi)置資源PffM和BTS7960電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速的控制，通過片上內(nèi)置資源I/O控制IXD液晶屏(9)顯示電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(12)兩端電壓，通過片上內(nèi)置資源SCI串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件系統(tǒng)(14)和下位機(jī)硬件系統(tǒng)信息交互。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205507427SQ201521052775
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月17日
【發(fā)明人】丁永前, 余洪鋒, 張歡, 瞿振林, 畢偉平, 王波
【申請人】南京農(nóng)業(yè)大學(xué)