CN203689171U

CN203689171U - 一种具有调速控制功能的多功能转子实验台

Info

Publication number: CN203689171U
Application number: CN201420008594.6U
Authority: CN
Inventors: 张惠平; 王灿
Original assignee: WUHAN CENTURY INHERIT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN CENTURY INHERIT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2024-01-07

Abstract

本实用新型涉及一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于包括转子试验台和调速控制箱；转子试验台包括底座、左主轴支座、左传感器支座、主轴、飞轮、右传感器支座、右主轴支座、联轴器、电机支座、编码器、直流电机、测速齿轮；调速控制箱包括LED速度显示屏、调速电位器、电源开关、电机接口、编码器接口、PC机USB接口、箱体外壳、运动控制板、电机驱动器、开关电源；所述电机接口连通运动控制板与直流电机以方便对直流电机进行控制；所述编码器接口连通运动控制板与编码器以传输编码器采集的信号，使得转子实验台的调速实现闭环控制，可以进行转子实验台的PID调速控制试验等。

Description

一种具有调速控制功能的多功能转子实验台

技术领域

本实用新型涉及一种测量与控制技术领域使用的实验装置，尤其涉及一种用于教学、科研实验的具有调速控制功能的多功能转子实验台。

背景技术

转子实验台是很多高校必不可少的实验教学设备，它能够模拟旋转机械的工作情况和故障情况，例如对转子不平衡、轴不对中等情况进行模拟仿真。现有的转子实验台用手动方式调速，通过模拟电路发送不同占空比的PWM波来改变直流电机转速，对电机转子速度的控制不够精确。另外，其最大的问题是无法用计算机自动进行调速控制，使得PID调速控制实验等需要转速反馈控制的实验无法在这种转子实验台上进行，极大地限制了转子实验台的使用范围。

发明内容

为解决上述转子实验台不能精确控制转速并且实时监测转速并达到反馈控制转速的目的，本实用新型提供了一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，包括转子试验台和调速控制箱；所述转子试验台包括底座、左主轴支座、左传感器支座、主轴、飞轮、右传感器支座、右主轴支座、联轴器、电机支座、编码器、直流电机、测速齿轮；所述调速控制箱包括LED速度显示屏、正转/反转按钮、调速电位器、手动/自动按钮、电源开关、AC220V插座、电机接口、编码器接口、PC机USB接口、箱体外壳、运动控制板、电机驱动器、开关电源；其中，所述调速控制箱的电机接口连通运动控制板与直流电机以方便对运动控制板对直流电机进行控制；所述调速控制箱的编码器接口连通运动控制板与编码器以将编码器采集的信号传输到运动控制板；所述调速控制箱的PC机USB接口连接PC机与运动控制板以方便PC机向运动控制板发送指令。

在上述技术方案中，左主轴支座、右主轴支座、左传感器支座、右传感器支座通过螺栓固定在底板上；主轴贯穿左主轴支座和右主轴支座并在左主轴支座和右主轴支座的支撑下绕其轴线自由旋转；电机支座通过螺栓固定在底板上，直流电机固定在电机支座上；编码器安装在直流电机的尾部以测量直流电机的转子转速；测速齿轮固定在主轴上，安装在靠近左传感器支座的地方，左传感器支座上安装有与测速齿轮对应的测速传感器；飞轮固定在主轴上，安装在靠近右传感器支座的地方，右传感器支座上安装有与飞轮对应的测速传感器；主轴与直流电机通过联轴器连接在一起，使得直流电机驱动主轴旋转。

在上述技术方案中，运动控制板固定在调速控制箱内底部靠近PC机USB接口的位置，电机驱动器固定在调速控制箱内底部靠近运动控制板左边的位置，开关电源固定在调速控制箱内右侧。

在上述技术方案中，运动控制板包括有电源供电模块、嵌入式ARM7控制模块、直流电机驱动模块、USB接口通讯模块、数码管显示模块、模式切换模块。

在上述技术方案中，电源供电模块与AC220V插座连接以提供稳定的工作电压；嵌入式ARM7控制模块连接和控制运动控制板的其他各个模块；直流电机驱动模块与电机驱动器连接以产生直流电机驱动信号；USB接口通讯模块与编码器接口、PC机USB接口相连以实现PC机、编码器与嵌入式ARM7控制模块之间的通讯；数码管显示模块与LED速度显示屏连接以产生用于显示所采集到的实时速度值的显示驱动信号；模式切换模块与手动/自动按钮相连接以切换调速控制箱的工作模式。

本实用新型取得了以下技术效果：

1）控制转速的方式多样，可以采用手动与自动两种方式。

2）解决了以前计算机只能被动显示转速值的缺点，现在计算机也能够主动发送电机控制指令，控制电机的转速。

3）转速控制箱的面板上有数码管，可以精确显示电机的实时转速，方便调速。

4）通过自动模式，转子实验台的调速实现闭环控制，可以进行转子实验台的PID调速控制试验等。

5）设计方法先进，造型美观，装置小巧。

附图说明

图1为具有调速控制功能的多功能转子实验台的结构组成示意图；

图2为具有调速控制功能的多功能转子实验台调速控制箱的背面视图；

图3为具有调速控制功能的多功能能转子实验台调速控制箱的箱体结构图；

图4为具有调速控制功能的多功能转子实验台调速控制的工作流程图；

图中标记：1-底座、2-左主轴支座、3-传感器支座、4-主轴、5-飞轮、6-传感器支座、7-右主轴支座、8-联轴器、9-电机支座、10-编码器、11-直流电机、12-测速齿轮、13-LED速度显示屏、14-正转/反转按钮、15-调速电位器、16-手动/自动按钮、17-电源开关、18-AC220V插座、19-电机接口、20-编码器接口、21-PC机USB接口、22-箱体外壳、23-ARM7运动控制板、24-电机驱动器、25-开关电源。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型提供的具有调速控制功能的多功能转子实验台如图1所示，包括转子试验台和调速控制箱，其中转子试验台包括底座1、左主轴支座2、左传感器支座3、主轴4、飞轮5、右传感器支座6、右主轴支座7、联轴器8、电机支座9、编码器10、直流电机11、测速齿轮12。其中，左主轴支座2、右主轴支座7、左传感器支座3、右传感器支座6通过螺栓固定在底板1上；主轴4贯穿左主轴支座2和右主轴支座7并在左主轴支座2和右主轴支座7的支撑下绕其轴线自由旋转；电机支座9通过螺栓固定在底板1上，直流电机11固定在电机支座9上；编码器10安装在直流电机11的尾部以测量直流电机11的转速；测速齿轮12固定在主轴4上，安装在靠近左传感器支座3的地方，左传感器支座3上安装有与测速齿轮12对应的测速传感器；飞轮5固定在主轴4上，安装在靠近右传感器支座6的地方，右传感器支座6上安装有与飞轮5对应的测速传感器；主轴4与直流电机11通过联轴器8连接在一起，使得直流电机11驱动主轴4旋转。

调速控制箱如图1-3所示，包括：LED速度显示屏13、正转/反转按钮14、调速电位器15、手动/自动按钮16、电源开关17、AC220V插座18、电机接口19、编码器接口20、PC机USB接口21、箱体外壳22、ARM7运动控制板23、电机驱动器24、开关电源25。其中，ARM7控制运动板23集成了各个功能模块，用于产生PWM驱动波形驱动直流电机运转、计算电机转子速度、接收PC机发送的特定指令以及进行速度的反馈控制调节等；LED速度显示屏13用于显示直流电机转子的实时速度值；手动/自动按钮16用于切换调速控制箱的工作模式，使调速控制箱能够在手动与自动模式间相互切换；正转/反转按钮14用于手动模式下切换直流电机的转向；调速电位器15用于改变电位器的阻值来使得ARM7运动控制板23产生不同占空比的驱动波形，从而进行直流电机11的速度调节；电机驱动器24用于驱动直流电机11运动；开关电源25用于提供稳定输出电压；电源开关17用于控制调速控制箱的工作状态；AC220V插座18用于接通AC220V电压，提供开关电源的外接电源；电机接口19用于连通直流电机11与调速控制箱，方便调速控制箱对直流电机11的控制；编码器接口20用于连接编码器10与调速控制箱里的ARM7运动控制板23，是编码器10采集信号的通道；PC机USB接口21用于连接PC机与调速控制箱的ARM7运动控制板23，方便PC机向ARM7运动控制板23发送指令。

ARM7运动控制板23固定在靠近PC机USB接口21的箱体底部，电机驱动器24固定在ARM7运动控制板23的左边的箱体底部，开关电源25固定在控制箱体的右侧。

其中，ARM7运动控制板23包括有电源供电模块、嵌入式ARM7控制模块、直流电机驱动模块、USB接口通讯模块、数码管显示模块、模式切换模块。其中，电源供电模块用于提供稳定的输入电压，保障ARM7运动控制板23上各个模块正常工作；嵌入式ARM7控制模块是AMR7运动控制板的核心模块，用于连接、控制各个模块；直流电机驱动模块与电机驱动器24连接以产生直流电机驱动信号；USB接口通讯模块用于实现PC机、编码器与嵌入式ARM7控制模块之间的通讯；数码管显示模块与LED速度显示屏13相连接以产生用于显示采集到的实时速度值的显示驱动信号；模式切换模块与手动/自动按钮16相连接用于调节调速控制箱的工作模式，使调速控制箱能够在手动模式与自动模式下相互切换。

通过将转子实验台的直流电机11与编码器10分别与调速控制箱的电机接口19和编码器接口20相连接，将传统的转子实验台与调速控制箱组成一个新的多功能转子实验台。

本实用新型的具体工作流程如图4所示：在AC220V电源、直流电机11、编码器10、PC机均与调速控制箱接好的情况下，打开调速控制箱的电源开关17，使调速控制箱处于工作状态。在手动/自动按钮16没有按下的情况下，调速控制箱处于手动工作模式，此时的调速是开环调速，通过调节调速电位器15的旋钮，改变调速电位器15的电阻值大小，嵌入式ARM7运动模块根据调速电位器15的阻值，产生不同占空比的PWM驱动波形，通过PWM驱动波形来驱动直流电机11运动，当正转/反转按钮14没被按下的时候，直流电机11正转，当正转/反转按钮14被按下的时候，电机两端的电压值被反向，直流电机11反转，同时编码器10实时采集直流电机11转子速度信号，并通过编码器接口20将所采集的速度信号传递给调速控制箱的ARM7运动控制板23，嵌入式ARM7运动模块中的ARM7运动控制芯片根据编码器10的信号计算出直流电机11的转子速度，并将速度值传递给数码管显示模块，从而将直流电机11的转速实时显示在LED速度显示屏13上。在手动/自动按钮16被按下的情况下，调速控制箱处于自动工作模式，此时的调速是闭环控制，在PC机上的调速控制程序中，设定好直流电机11的转速、转向，然后向调速控制箱的ARM7运动控制板23发送控制指令，ARM7控制芯片会将接收到的命令解析，然后根据解析得到的指令产生特定占空比的驱动波形，驱动直流电机11运动。当直流电机11的转速发生变化时，编码器10会将采集的速度信号传递给ARM7运动控制板23，ARM7运动控制板23会根据反馈回来的转速信号进行PID速度控制，再次产生驱动波形驱动直流电机11转动，达到直流电机11转速的反馈调节。同时，ARM7运动控制板23也会将转速计算出来，并在LED速度显示屏13上显示出速度值。

以上实施例仅为本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于包括转子试验台和调速控制箱；所述转子试验台包括底座、左主轴支座、左传感器支座、主轴、飞轮、右传感器支座、右主轴支座、联轴器、电机支座、编码器、直流电机、测速齿轮；

所述调速控制箱包括LED速度显示屏、正转/反转按钮、调速电位器、手动/自动按钮、电源开关、AC220V插座、电机接口、编码器接口、PC机USB接口、箱体外壳、运动控制板、电机驱动器、开关电源；

其中，所述调速控制箱的电机接口连通运动控制板与直流电机以方便对运动控制板对直流电机进行控制；所述调速控制箱的编码器接口连通运动控制板与编码器以将编码器采集的信号传输到运动控制板；所述调速控制箱的PC机USB接口连接PC机与运动控制板以方便PC机向运动控制板发送指令。

2.根据权利要求1所述的一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于，左主轴支座、右主轴支座、左传感器支座、右传感器支座通过螺栓固定在底板上；主轴贯穿左主轴支座和右主轴支座并在左主轴支座和右主轴支座的支撑下绕其轴线自由旋转；电机支座通过螺栓固定在底板上，直流电机固定在电机支座上；编码器安装在直流电机的尾部以测量直流电机的转子转速；测速齿轮固定在主轴上，安装在靠近左传感器支座的地方，左传感器支座上安装有与测速齿轮对应的测速传感器；飞轮固定在主轴上，安装在靠近右传感器支座的地方，右传感器支座上安装有与飞轮对应的测速传感器；主轴与直流电机通过联轴器连接在一起，使得直流电机驱动主轴旋转。

3.根据权利要求2所述的一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于，运动控制板固定在调速控制箱内底部靠近PC机USB接口的位置，电机驱动器固定在调速控制箱内底部靠近运动控制板左边的位置，开关电源固定在调速控制箱内右侧。

4.根据权利要求3所述的一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于，运动控制板包括有电源供电模块、嵌入式ARM7控制模块、直流电机驱动模块、USB接口通讯模块、数码管显示模块、模式切换模块。

5.根据权利要求4所述的一种具有调速控制功能的多功能转子实验台，其特征在于，电源供电模块与AC220V插座连接以提供稳定的工作电压；嵌入式ARM7控制模块连接和控制运动控制板的其他各个模块；直流电机驱动模块与电机驱动器连接以产生直流电机驱动信号；USB接口通讯模块与编码器接口、PC机USB接口相连以实现PC机、编码器与嵌入式ARM7控制模块之间的通讯；数码管显示模块与LED速度显示屏连接以产生用于显示所采集到的实时速度值的显示驱动信号；模式切换模块与手动/自动按钮相连接以切换调速控制箱的工作模式。