[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种便携式运动控制课堂教学实验系统及使用方法，属于运动控制技术领域。

背景技术

随着多媒体技术的发展，目前课堂教学一般采用板书加多媒体教学的方式，多媒体采用投影仪，将文字、图片等投影在教室屏幕，教师进行讲解。基于电机控制的运动控制系统课程是自动控制相关专业重要专业课程之一，在教学过程中，仅通过理论讲解往往难以到达较好的教学。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式电机控制课堂教学实验系统及使用方法。利用虚拟仪器技术，设计一种便携式运动控制实验系统，特别是在电机控制电路上设置控制方式拨码开关、控制参数拨码开关，实现在课堂演示不同工作模式和不同控制参数时不同的运动控制结果。

为了实现本发明的目的，本发明所采取的技术方案是：

一种便携式运动控制课堂教学实验系统，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通用串行总线(以下简称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，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等固定在安装平板上，便于携带。

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、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；控制参数拨码开关设计为3位拨码开关（也可根据需要设置更多位数的拨码开关），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。

所述的微处理器软件控制功能包括位置控制器、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等；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；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、电流计算等是直流电机控制的常规软件模块，不再赘述；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；特别地，为在课堂上演示不同的电机控制模式，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；为实现在课堂演示不同控制参数的控制效果，软件控制中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。

所述便携式运动控制课堂教学实验系统的使用方法，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。

附图说明

图1是本发明的便携式运动控制课堂教学实验系统组成示意图。

图2是本发明的直流电机控制电路组成示意图。

图3是本发明的微处理器软件控制功能模块组成示意图。

图4控制方式拨码值对应控制方式及测试点输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。