[发明专利]一种便携式运动控制课堂教学实验系统及使用方法

权利要求书

1.一种便携式运动控制课堂教学实验系统，其特征在于，包括计算机、USB数据采集器、直流电机控制电路、直流电机和增量编码器；所述计算机与USB数据采集器之间通过USB总线连接，实现计算机与USB数据采集器之间的通讯，且计算机同时通过USB总线为USB数据采集器提供工作电源；所述计算机安装USB数据采集器配备的虚拟仪器工作软件，用于观察控制结果；所述USB数据采集器具备两路数据采集通道及USB通讯接口，且带有计算机安装驱动显示软件；所述直流电机控制电路通过连接器连接直流电机；所述增量编码器与直流电机同轴安装，且增量编码器输出信号通过连接器连接到直流电机控制电路，用于测量电机的实际速度及实际位置；所述USB数据采集器、直流电机控制电路、直流电机和增量编码器固定在安装平板上。

2.根据权利要求1所述的一种便携式运动控制课堂教学实验系统，其特征在于：所述的直流电机控制电路包括微处理器、驱动电路、H桥功率放大电路、电流反馈检测电路、增量编码器接口电路、控制方式拨码开关、控制参数拨码开关、电位器、测试点1和测试点2，上述组成均通过印制电路连接；所述的控制方式拨码开关为2位拨码开关，连接到微处理器的数字输入端口，可实现4种状态，即00、01、10、11，分别对应直流电机的位置控制模式、速度控制模式、电流控制模式、开环控制模式；所述控制参数拨码开关设计为3位拨码开关，连接到微处理器的数字输入端口，可实现8种状态，即000、001、010、011、100、101、110、111，这8种状态可对应8种不同的控制参数；所述的电位器通过印制电路连接到微处理器的模拟数字转换端口，用于产生电机控制的输入给定；所述的测试点1、测试点2分别通过印制电路连接到微处理器的数字模拟转换端口,同时测试点1、测试点2通过USB数据采集器的测试探头与USB数据采集器相连，测试点1、测试点2输出信息由控制方式拨码开关决定，不同的控制方式输出内容不同。

3.根据权利要求2所述的一种便携式运动控制课堂教学实验系统，其特征在于：所述的微处理器软件控制功能模块包括位置控制器、速度控制器、电流控制器、脉宽调制器、位置计算、速度计算、电流计算、电位器值、控制方式拨码开关值、控制参数拨码开关值、选择开关1、选择开关2、选择开关3；所述位置计算、速度计算是依据增量编码器的值计算电机的实际位置和实际速度，分别作为位置控制器和速度控制器的反馈；所述软件控制中依据控制方式拨码开关值来设置选择开关1、选择开关2、选择开关3的连接，实现电机不同工作模式的转换；所述位置控制器、速度控制器、电流控制器依据控制参数拨码开关值，设置不同的控制参数，直观演示不同的控制效果。

4.根据权利要求3所述的一种便携式运动控制课堂教学实验系统，其特征在于：所述的选择开关1、选择开关2、选择开关3分别具有两个输入端（1,2）和一个输出端，输出端连接到两个输入端（1,2）的哪一端由控制方式拨码值决定；当控制方式拨码值为00时，选择开关1的输入端2连接到输出端，实现速度控制器的输入是位置控制器的输出，直流电机控制电路工作在位置控制方式；当控制方式拨码值为01时，选择开关1的输入端1连接到输出端，实现速度控制器的输入是电位器，此时直流电机控制电路工作在速度控制方式，位置控制器不工作，其他以此类推。

5.一种权利要求1-4任一项所述的便携式运动控制课堂教学实验系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将USB数据采集器的USB连接线连接到计算机；

2）在计算机上运行USB数据采集器的虚拟仪器软件；

3）根据运动控制系统的课程进度，设置控制方式拨码开关值、控制参数拨码开关值；

4）调整电位器，改变电机输入给定值，通过计算机屏幕，观察控制结果。