CN2485683Y - 倒立摆控制实验仪器 - Google Patents

Abstract

一种倒立摆控制实验仪器,包括:摆杆机构、滑块导轨机构基座,其特征在于:其蜗杆通过轴承固定于基座上,与之啮合的涡轮扇的轴通过轴承固定于动座下边,大皮带轮轴一端联接电机,另一端电位计由支座固定于动座上并电机共轴,大皮带轮与2个小皮带轮通过皮带连结,并通过轴承固定于动座之上;滑块固定联接于皮带轮之间的皮带上,同时滑块与动座固定的导轨动配合;摆杆机构通过下摆支座与滑块绞接;控制箱连电位计,电机。它结构简单合理,造型美观,便于拆卸,适合进行多种控制系统性能研究。

Description

倒立摆控制实验仪器

本实用新型涉及一种自动控制理论研究与实验用的仪器，即倒立摆控制实验仪器。

倒立摆系统出现于二十世纪60年代，是一个自然不稳定系统，用于控制理论研究。倒立摆系统的传统结构为两端基座、中间导轨，小车在导轨上以皮带拖动。该系统存在以下明显缺陷：

①系统机械结构简陋；

②外观造型笨拙；

③小车的四个小轮骑在导轨上的结构配合方式机械加工粗糙、性能低劣；

④各级摆杆之间的联接方式导致各摆杆重心不在一条直线上；

⑤摆杆的加工设计不适合走线；

⑥整个系统功能单一。

本实用新型其目的在于：提供一种倒立摆控制实验仪器，它结构简单合理，造型美观，便于拆卸，适合进行多种控制系统性能研究：如稳定性、可控性、可镇定性、鲁棒性、稳定运动模态、参数稳定域等。

本实用新型是这样实现的：一种倒立摆控制实验仪器，包括：摆杆机构、滑块导轨机构基座，其特征在于：其涡杆通过轴承固定于基座上，与之啮合的涡轮扇的轴通过轴承固定于动座下边，大皮带轮轴一端联接电机，另一端电位计由支座固定于动座上并电机共轴，大皮带轮与2个小皮带轮通过皮带连结，并通过轴承固定于动座之上；滑块固定联接于皮带轮之间的皮带上，同时滑块与动座固定的导轨动配合；摆杆机构通过下摆支座与滑块绞接；控制箱连电位计，电机。其摆杆机构由上、中、下摆杆构成，并分别通过上、中、下摆支座上、中或中、下摆杆相互绞接，其下摆杆并与滑块绞接；其上、中、下摆杆为中空杆，并分别与其配重动配合，并通过顶丝固定于其摆杆上，其中摆杆至少为一个，其上摆杆上端设置平台，其上、中、下摆支座、之轴分别设置电位计，其电位计至少为一个。其动座至少设置1个张紧轮。其涡杆之轴或轴上(孔)截面为三、四、五、六、七、八边形，与其摇柄之孔(轴)动配合。其动座为两部分由螺纹联接而成，上部为皮带传动座，下部分为涡轮副传动座，其涡轮扇中心外壳外的动盘设置倾角显示。其上、中、下摆杆两重心在同一条直线上。控制箱信号线通过上、中、下摆杆的中心孔与电位计相连。

本实用新型倒立摆控制实验仪器，设计合理，造型美观。可以方便地拆卸进行单倒立摆、二级倒立摆和三级倒立摆的实验研究，由于摆杆长度和结构的合理设计还可以在不拆卸的情况下直接进行带负载单倒立摆和带负载二级倒摆及三级及多级倒立摆的实验研究。在各种情况下均能实现控制倒立摆系统的稳定以及在线控制倒立摆沿水平或倾斜导轨的自由行走，且控制稳定的效果明显优于以往系统。可以方便地离线或在线调节导轨水平和倾斜角度。可以方便地调节各级摆杆的重心。因此可以用于研究多种控制问题，如：稳定性、可控性、可镇定性、鲁棒性、稳定运动模态、参数稳定域等等。是一种多功能的、高品质的控制理论研究实验仪器。

结合实施例和附图进一步详细说明其结构：

图1：本实用新型结构示意图。

图2：本实用新型A向结构示意图。

本实用新型其结构如图1所示：一种倒立摆控制实验仪器，包括：摆杆机构、滑块导轨机构基座1，其特征在于：其涡杆2通过轴承固定于基座1上，与之啮合的涡轮扇4的轴通过轴承固定于动座9下边，大皮带轮6轴一端联接电机28，另一端电位计26由支座27固定于动座9上并电机28共轴，大皮带轮6与2个小皮带轮901通过皮带10连结，并通过轴承固定于动座8之上；滑块12固定联接于皮带轮901之间的皮带10上，同时滑块12与动座9固定的导轨11动配合；摆杆机构通过下摆支座131与滑块12绞接；控制箱连电位计14、18、22、26，电机28。

其摆杆机构由上、中、下摆杆24、20、16构成，并分别通过上、中、下摆支座21、17、13上、中或中、下摆杆相互绞接，其下摆杆16并与滑块12绞接；其上、中、下摆杆24、20、16为中空杆，并分别与其配重23、19、15动配合，并通过顶丝固定于其摆杆上，其中摆杆20至少为一个，其上摆杆24上端设置平台25，其上、中、下摆支座21、17、13之轴分别设置电位计22、18、14，其电位计18至少为一个。

上述之张紧轮8采用1个、2个、3个、4个；

上述之摇柄4孔凸轴与涡轮2轴端配合轴凹孔采用三、四、五、六、七、八边形截面动配合。

上述之动座9为两种：整体型和上、下两部分组合型，其组合型用螺纹联接而成，其上部分为皮带传动座，下部分为涡轮副传动座，其涡轮扇4中心外壳外的动盘5设置倾角显示，如表盘刻度、及液晶数字等显示；

上述之中摆杆20采用1、2、3、4、5、6、7、8、10至30个，其上、中、下摆杆24、20、16的重心通过调配重23、19、15的位置可调节摆杆重心高度。

上述之控制箱信号线通过上、中、下摆杆的中心孔与电位计22、18、14相连通。

本实用新型倒立摆控制实验仪器采用微机控制的全部自动式，半自动式与手动相结合几种控制型式。

上述之动座9之皮带轮方位设置方法兰6便于安装，检查之用。

其工作过程：

如上图所示，本仪器基座1上装配有涡轮涡杆副，两侧的摇柄3可以方便地调节动座9的倾斜角度。此时中间部位的动盘5的倾斜显示可标示出倾斜角度。动座9与涡轮扇4之间为螺丝固定联接。动座9中心为主工作轴，同轴两端固定电机28和位置电位计26。动座9之上螺丝固定导轨11，与导轨11配有单个滑块12。电机28带动皮带10来拖动滑块12在导轨11上往复直线移动，滑块12上端的下、中、上摆杆16、20、24下端装有带下、中、上轴承的摆座13、17、21，下、中、上摆杆与其下端角度电位计14、18、22的轴由顶丝紧固连接。各级摆杆均为中空圆柱体，电位计的信号线从中走过。在各级摆杆上均装配有配重铜环用以调节各级摆杆的重心。动座9中间部位的两端内装有张紧轮8，用以调节皮带的张紧度。

本实验仪器用于进行大学自动化学科控制课程的演示实验及控制理论方法的研究和实验验证。通过设计控制程序驱动电机28往复转动，从而带动直线的导轨11上的滑块12沿直线导轨来回运动，进而实现控制其上的各级摆杆稳定平衡于导轨11之上。

本系统可以进行的控制实验包括：

1.控制单倒立摆在水平或倾斜导轨上的稳定及沿水平或倾斜导轨自由行走；

2.控制二级倒立摆在水平或倾斜导轨上的稳定及沿水平或倾斜导轨自由行走；

3.控制三级倒立摆在水平或倾斜导轨上的稳定及沿水平或倾斜导轨自由行走；

4.在线调节各级倒立摆的稳定运动模态；

5.进行各种带负载倒立摆的控制实验。

Claims (7)

1.一种倒立摆控制实验仪器，包括：摆杆机构、滑块导轨机构基座(1)，其特征在于：其涡杆(2)通过轴承固定于基座(1)上，与之啮合的涡轮扇(4)的轴通过轴承固定于动座(9)下边，大皮带轮(6)轴一端联接电机(28)，另一端电位计(26)由支座(27)固定于动座(9)上并电机(28)共轴，大皮带轮(6)与2个小皮带轮(901)通过皮带(10)连结，并通过轴承固定于动座(8)之上；滑块(12)固定联接于皮带轮(901)之间的皮带(10)上，同时滑块(12)与动座(9)固定的导轨(11)动配合；摆杆机构通过下摆支座(131)与滑块(12)绞接；控制箱连电位计(14)、(18)、(22)、(26)，电机(28)。

2.如权利要求1所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：其摆杆机构由上、中、下摆杆(24)、(20)、(16)构成，并分别通过上、中、下摆支座(21)、(17)、(13)上、中或中、下摆杆相互绞接，其下摆杆(16)并与滑块(12)绞接；其上、中、下摆杆(24)、(20)、(16)为中空杆，并分别与其配重(23)、(19)、(15)动配合，并通过顶丝固定于其摆杆上，其中摆杆(20)至少为一个，其上摆杆(24)上端设置平台(25)，其上、中、下摆支座(21)、(17)、(13)之轴分别设置电位计(22)、(18)、(14)，其电位计(18)至少为一个。

3.如权利要求1所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：其动座(9)至少设置1个张紧轮(8)。

4.如权利要求1所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：其涡杆(2)之轴或轴上(孔)截面为三、四、五、六、七、八边形，与其摇柄(4)之孔(轴)动配合。

5.如权利要求1所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：其动座(9)为两部分由螺纹联接而成，上部为皮带传动座，下部分为涡轮副传动座，其涡轮扇中心外壳外的动盘(5)设置倾角显示。

6.如权利要求2所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：其上、中、下摆杆(24)、(20)、(16)两重心在同一条直线上。

7.如权利要求1、2所述之倒立摆控制实验仪器，其特征在于：控制箱信号线通过上、中、下摆杆的中心孔与电位计(26)、(22)、(18)、(14)相连。