CN205507427U - 一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器 - Google Patents
一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，主要包括电源总开关(1)、箱体(2)、负载旋钮(3)、电机开关(4)、串口转USB线(5)、光电编码器(6)、直流电动机(7)、直流发电机(8)、LCD液晶屏(9)、单片机控制器(10)、5V/24V直流电源(11)、负载(12)、A/D采集模块(13)、上位机软件系统(14)、皮带(15)组成的基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，结合通用串口技术和Matlab实时串口仿真功能，教具能够实时采集和控制电机转速，并在GUI软件界面同步运行预建的仿真模型，将自动控制运用到直流电机调速中，实验现象直观、生动，深化学生对自动控制学科核心知识的理解，为同类教具的研发提供了技术模板。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自动控制实验教学仪器，具体涉及一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器。
背景技术
计算机仿真技术广泛用于现代工程教育中，是开展自动控制学科教学的必要手段。许多高校相继运用MATLAB/Simulink仿真到具体的教学试验中，取得了较好的效果，实验结果能直观的展现，便于学生的理解。但是，仿真教学实验难以完整的表达实物运行结果，并且许多仿真教学没有做到实时仿真，脱离实物的仿真使得学生对仿真运行过程的理解很难以与实物运行过程衔接，使学生无法真正地掌握实物系统的运行原理和控制方法，难以激发学生的积极性。
实用新型内容
本实用新型针对脱离实物的仿真使得学生对仿真运行过程的理解难以与实物运行过程衔接的现状，结合通用串口技术和Matlab实时串口仿真功能，设计了基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，教具能够实时采集和控制电机转速，并在GUI软件界面同步运行预建的仿真模型，将自动控制学运用到直流电机调速中，实验现象直观、生动，深化学生对自动控制学科核心知识的理解，为同类教具的研发提供了技术模板。
本实用新型的技术方案是：
一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于5V/24V直流电源(11)，将交流电220V转化为5V和24V直流电，分别为单片机控制器(10)和直流电动机(7)供电；电源总开关(1)，控制系统供电通断；单片机控制器(10)，执行上位机软件系统(14)命令，控制和驱动直流电动机(7)，采集光电编码器(6)脉冲和通过A/D采集模块(13)采集直流发电机(8)两端负载(12)电压，控制LCD液晶屏(9)显示直流电动机(7)转速和负载(12)两端电压；上位机软件系统(14)，控制下位机实时转速曲线的显示，数据的存储和直流电动机(7)控制的各项参数设置工作；串口转USB线(5)负责上位机软件系统(14)和下位机通讯和信息交互；电机开关(4)，控制直流电动机(7)的启停；负载旋钮(3)，连接多个不同负载(12)，通过拨动负载旋钮(3)改变直流发电机(8)两端负载(12)大小；箱体(2)封装下位机各硬件模块，使系统能够便携，便于实际教学。
所述的单片机控制器(10)采用MC9S12XS128单片机为主控器芯片，通过片上内置资源PWM和电机驱动模块(以BTS7960为驱动芯片)实现对直流电动机(7)转速的控制，通过片上内置资源I/O控制LCD液晶屏(9)显示直流电动机(7)转速和负载(12)两端电压，通过片上内置资源SCI串口实现上位机软件系统(14)和下位机硬件系统信息交互。
所述的上位机软件系统(14)由Matlab GUI编写，主要完成实时转速曲线显示、数据的存储和直流电动机(7)控制的各项参数设置工作，对P参数、I参数、D参数的调节使得直流电机的转速能够稳定，准确。
所述的直流电动机(7)、直流发电机(8)、光电编码器(6)，通过皮带(15)同平面连接。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型系统结构紧凑，轻巧便携，能够将硬件实物与计算机仿真有机结合起来，产生互补效果，深化学生对自动控制学科核心知识的理解，实验现象直观生动，提高了教学效果。
附图说明
图1为本实用新型一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器结构示意图。
图2为本实用新型一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器整体结构框图。
图3为本实用新型一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器上位机软件系统界面。
图4为本实用新型一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器直流电机Simulink模型。
图1中标号名称：1.电源总开关，2.箱体，3.负载旋钮，4.电机开关，5.串口转USB线，6.光电编码器，7.直流电动机，8.直流发电机，9.LCD液晶屏，15.皮带。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
本实用新型一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，系统主要包括电源总开关(1)、箱体(2)、负载旋钮(3)、电机开关(4)、串口转USB线(5)、光电编码器(6)、直流电动机(7)、直流发电机(8)、LCD液晶屏(9)、单片机控制器(10)、5/24V直流电源(11)、负载(12)、A/D采集模块(13)，上位机软件系统(14)，组成了基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于5V/24V直流电源(11)，将交流电220V转化为5V和24V直流电，分别为单片机控制器(10)和直流电动机(7)供电；电源总开关(1)，控制系统供电通断，单片机控制器(10)，主要负责执行上位机软件系统(14)命令，控制和驱动直流电动机(7)，采集光电编码器(6)脉冲和通过A/D采集模块(13)采集直流发电机(8)两端负载(12)电压，控制LCD液晶屏(9)显示直流电动机(7)转速和负载(12)两端电压；上位机软件系统(14)，主要负责下位机实时转速的曲线显示，数据的存储和直流电动机(7)控制的各项参数设置工作；串口转USB线(5)负责上位机软件系统(14)和下位机通讯和信息交互；电机开关(4)负责控制直流电动机(7)的启停；负载旋钮(3)，负责变换直流发电机(8)两端负载(12)大小；箱体(2)封装下位机各硬件模块，使系统能够便携，便于实际教学。
实际教学中，实验教学仪器分为两部分功能：仿真和实物演示。教学需要仿真功能时，用户可以在图3界面设置：开、闭环，占空比，P参数、I参数、D参数，点击‘仿真’按钮图标进行系统的仿真，系统会按照图4所示的直流电机Simulink仿真模型，进行仿真。教学需要实物演示功能时，需将串口转USB线(5)与计算机设备USB口连接上，运行上位机软件系统(14)，在如图3所示的上位机软件系统界面上，用户可以设置端口号，波特率，保存数据的文件名(保存直流电动机(7)转速和负载(12)电压数据)，目标值，开、闭环，P参数、I参数、D参数，打开下位机电机开关(4)，点击图3界面‘开始’按钮图标，上位机软件系统(14)与下位机即可进行数据的传递，并且可以在转速视窗内，实时显示仿真转速曲线和实际转速曲线，以及在负载(12)电压视窗中可视化、图形化显示负载(12)电压。
Claims (4)
1.一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于5V/24V直流电源(11)，将交流电220V转化为5V和24V直流电，分别为单片机控制器(10)和直流电动机(7)供电；电源总开关(1)，控制系统供电通断；单片机控制器(10)，执行上位机软件系统(14)命令，控制和驱动直流电动机(7)，采集光电编码器(6)脉冲和通过A/D采集模块(13)采集直流发电机(8)两端负载(12)电压，控制LCD液晶屏(9)显示直流电动机(7)转速和负载(12)两端电压；上位机软件系统(14)，控制下位机实时转速曲线的显示、数据的存储和直流电动机(7)控制的各项参数设置工作；串口转USB线(5)实现上位机软件系统(14)和下位机通讯和信息交互；电机开关(4)控制直流电动机(7)的启停；负载旋钮(3)，连接多个不同负载(12)，通过拨动负载旋钮(3)改变直流发电机(8)两端负载(12)大小；箱体(2)封装下位机各硬件模块，使系统能够便携。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于，直流电动机(7)、直流发电机(8)以及光电编码器(6)通过皮带(15)能够同平面连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于，上位机软件系统(14)由Matlab GUI编写，主要完成实时转速曲线显示、数据的存储和直流电动机(7)控制的各项参数设置工作，对P参数、I参数、D参数的调节使得直流电机的转速能够稳定，准确。
4.根据权利要求1所述的一种基于直流电机控制的自动控制实验教学仪器，其特征在于，所述的单片机控制器(10)采用MC9S12XS128单片机为主控器芯片，通过片上内置资源PWM和BTS7960电机驱动模块实现对直流电动机(7)转速的控制，通过片上内置资源I/O控制LCD液晶屏(9)显示电动机(7)转速和负载(12)两端电压，通过片上内置资源SCI串口实现上位机软件系统(14)和下位机硬件系统信息交互。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106652687A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-10 | 东北大学 | 一种便携式计算机控制实验系统 |
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2015
- 2015-12-17 CN CN201521052775.XU patent/CN205507427U/zh not_active Expired - Fee Related
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