CN100462883C - 台面球x-y轨迹气动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种机械技术领域的台面球X-Y轨迹气动控制装置，本发明包括：数据采集卡、计算机、平台支架、平台、小球、触摸屏装置、电位器、平台伺服装置。连接方式为：平台与平台支架通过角轴承联接，小球作为被控对象放在触摸屏装置上，触摸屏装置固定在平台上，并通过标准RS232总线与计算机相连，电位器固定在平台支架的两端，数据采集卡插入计算机的PCI插槽中，通过数据线与平台伺服装置相连，平台伺服装置安置在平台支架上以驱动平台动作。本发明可以有效提高小球的控制精度，控制小球在二维平面上做各种轨迹运动，有效地提高了实验装置的控制演示效果。

Description

台面球X-Y轨迹气动控制装置

技术领域

本发明涉及一种机械技术领域的装置，具体地说，是一种台面球X-Y轨迹气动控制装置。

背景技术

由于台面球X-Y轨迹气动控制装置是一个非线性的控制系统，如台面的不平整，比例流量控制阀存在一定范围的死区等都是系统产生非线性的原因，另外被控对象小球本身的运动方程也带有非线性。所以控制方法的选择是整个系统设计的一个关键。

经对现有技术的公开文献检索发现，胡琳静等人在《实验技术与管理》，Vol.22，No.14，2005撰文“基于模糊控制的板球控制系统实验装置”，该文章介绍了一种实验装置，此装置是通过CCD摄像头采集图像，经过处理后得到小球的坐标位置，再经计算机进行控制运算后发出控制指令，控制指令经放大输出给直流电机，电机再通过传动装置控制板绕纵横两轴转动，从而使小球滚动，达到期望位置。虽然能够实现小球在板上的稳定滚动，但轨迹跟踪效果并不十分理想，主要原因如下：1、采用图像处理技术采集小球在板上的坐标信号，数据采样频率不够快。对实时系统的稳定运行有较大影响。2、采用直流电机直接驱动平板运动，其在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面还不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种台面球X-Y轨迹气动控制装置，使其可以有效提高小球的控制精度，控制小球在二维平面上做各种轨迹运动，有效地提高了实验装置的控制演示效果。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：数据采集卡、计算机、平台支架、平台、小球、触摸屏装置、电位器、平台伺服装置。连接方式为：平台与平台支架通过角轴承联接，小球作为被控对象放在触摸屏装置上，触摸屏装置固定在平台上，并通过标准RS232总线与计算机相连，电位器固定在平台支架的两端，数据采集卡插入计算机的PCI插槽中，通过数据线与接线端子相连，平台伺服装置安置在平台支架上以驱动平台动作。

所述的触摸屏装置包括：触摸屏及串口控制器，连接方式为：触摸屏与串口控制器通过数据线相连，串口控制器再将处理后的坐标信号通过RS232总线与计算机相连。

所述的平台伺服装置包括：凸轮、推杆、摆动气缸、接线端子、比例流量控制阀、开关阀、减压阀、功率放大电路板，连接方式为：接线端子、功率放大电路板与比例流量控制阀用导线进行对应连接，开关阀、减压阀、比例流量控制阀、摆动气缸它们之间都通过软管进行连接，凸轮固定在摆动气缸的轴上，推杆安置在平台与凸轮之间，以推动平台上下运动。

本发明工作时，小球在平台上自由滚动，计算机通过触摸屏装置采集到小球在触摸屏上的输出信号，将其转化为小球在触摸屏上的坐标量，以X轴方向小球的控制为例，获得的X轴坐标与设定的X方向参考坐标进行比较可得到位置偏差，通过控制器的设计，可得到平台在X方向上期望的角度量，同时电位器传感到平台实际的角度量，期望值与实际值又产生一个偏差，将偏差再输入一个设定的控制器，产生系统的控制量，再将控制量提供给功率放大电路板，经放大后再分别驱动两块比例流量控制阀，当其中一个比例流量控制阀进气时另一个出气，这样来构成气动回路控制一个摆动气缸动作，使平台快速达到期望的角度量，从而促使小球在台面上做设定的轨迹跟踪运动。

本发明具有以下优点：(1)气体的可压缩性较大，刚度较小，因而气动系统的伺服控制不易于实现，摆缸的装置设计使摆缸进出气口同时有流量的控制，提高了伺服系统的响应特性，本系统也可用于气缸的动态模型测试。(2)通过触摸屏装置对小球坐标信号进行实时采样，响应速度快，系统干扰小，提高了小球的轨迹跟踪效果，适合系统长时间的稳态运行。(3)通过电位器传感平台的实时运动状态，与期望的状态值产生偏差，构成伺服控制回路，提高了系统的控制精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图

其中，1为数据采集卡，2为计算机，3为平台支架，4为平台，5为触摸屏，6为电位器，7为凸轮，8为小球，9为推杆，10为摆动气缸，11为串口控制器，12为触摸屏装置，13为比例流量控制阀，14为平台伺服装置，15为开关阀，16为减压阀，17为功率放大电路板，18为接线端子。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：数据采集卡1、计算机2、平台支架3、平台4、电位器6、小球8、触摸屏装置12、平台伺服装置14，连接方式为：平台4与平台支架3通过角轴承联接，小球8作为被控对象放在触摸屏装置12上，触摸屏装置12固定在平台4上，并通过标准RS232总线与计算机2相连，电位器6固定在平台支架3的两端，数据采集卡1插入计算机2的PCI插槽中，通过数据线与接线端子18相连，平台伺服装置14安置在平台支架3上以驱动平台动作。

所述的触摸屏装置12包括：触摸屏5及串口控制器11，连接方式为：触摸屏5与串口控制器11通过数据线相连，串口控制器11再将处理后的坐标信号通过RS232总线与计算机2相连。

所述的平台伺服装置14包括：凸轮7、推杆9、摆动气缸10、接线端子18、比例流量控制阀13、开关阀15、减压阀16、功率放大电路板17，连接方式为：接线端子18、功率放大电路板17与比例流量控制阀13用导线进行对应连接，开关阀15、减压阀16、比例流量控制阀13、摆动气缸10它们之间都通过软管进行连接，凸轮7固定在摆动气缸10的轴上，推杆9安置在平台4与凸轮7之间，以推动平台7上下运动。

使用本发明前，首先进行水平调整，先把减压阀16调到零位。手动调节摆动气缸10，使其停在摆动幅值的中位。利用水平尺等工具对平台支架3进行水平调整，使平台4达到水平位置，在触摸屏上放置小球8以检验所调的效果。接好线路，对减压阀16的输出压力设置一个固定的值。通过实时仿真系统对平台伺服装置14的控制器参数进行优化。

下面进入实时实验阶段。在计算机2上启动系统，平台4自动到达水平状态，将小球8放在触摸屏5上使其静止。再通过输入小球8的设定轨迹，小球8即可在触摸屏5上实时跟踪设定轨迹，完成控制演示任务，通过改变现有的控制算法，可以实时检验控制算法的控制效果。

Claims (3)

1.一种台面球X-Y轨迹气动控制装置，包括：数据采集卡(1)、计算机(2)、平台支架(3)、平台(4)、电位器(6)、小球(8)、触摸屏装置(12)、平台伺服装置(14)，其特征在于，平台(4)与平台支架(3)通过角轴承联接，小球(8)作为被控对象设在触摸屏装置(12)上，触摸屏装置(12)固定在平台(4)上，并通过标准RS232总线与计算机(2)相连，电位器(6)固定在平台支架(3)的两端，数据采集卡(1)插入计算机(2)的PCI插槽中，平台伺服装置(14)设置在平台支架(3)上以驱动平台(4)动作。

2.根据权利要求1所述的台面球X-Y轨迹气动控制装置，其特征是，所述的触摸屏装置(12)包括：触摸屏(5)及串口控制器(11)，触摸屏(5)与串口控制器(11)通过数据线相连，串口控制器(11)再将处理后的坐标信号通过RS232总线与计算机(2)相连。

3.根据权利要求1所述的台面球X-Y轨迹气动控制装置，其特征是，所述的平台伺服装置(14)包括：凸轮(7)、推杆(9)、摆动气缸(10)、比例流量控制阀(13)、开关阀(15)、减压阀(16)、功率放大电路板(17)、接线端子(18)，连接方式为：接线端子(18)、功率放大电路板(17)与比例流量控制阀(13)用导线进行对应连接，开关阀(15)、减压阀(16)、比例流量控制阀(13)、摆动气缸(10)之间都通过软管进行连接，凸轮(7)固定在摆动气缸(10)的轴上，推杆(9)设置在平台(4)与凸轮(7)之间。

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