[实用新型]一种新型的直线一级倒立摆

说明书

本实用新型提供一种新型的直线一级倒立摆，本实用新型将倒立摆的电源、开关、DC/DC模块、子无线通讯模块和角度编码器集成为一体，同时在控制箱内装有通讯模块，实现倒立摆本体与控制箱的无线通讯，节省了原本角度编码器的电源与通讯线，能够有效避免角度编码器的外接电源和信号线对倒立摆运动产生的干扰，具有更好的演示效果，简洁美观，具有实际应用价值。

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种新型的直线一级倒立摆。

背景技术

倒立摆在动力学和控制领域是一个经典的实验装置，可以有效的检验控制方法，是一个典型的快速、多变量、强耦合、非线性、自不稳定系统，而且在控制过程中，能够有效反映镇定性、鲁棒性、随动性和跟踪等关键问题，常被用来检验各种算法对不稳定性、非线性和快速系统的控制效果。

现有的直线一级倒立摆，其运动过程是通过控制箱来控制电机运动从而带动摆杆底座左右运动，以实现摆杆的平衡。倒立摆本体和控制箱之间通过信号线连接，在实际应用过程中，角度编码器的外接电源和信号线会干扰摆杆底座的运动，这在动力学建模过程中会引入一个较大的外力，从而影响建模效果和算法验证的准确性，而且非常不美观，使用不方便。倒立摆是一个不稳定系统，其摆杆角度变化很快，需要实时的采集信号并计算才能控制其平衡，无线化具有一定难度。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新型的直线一级倒立摆。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种新型的直线一级倒立摆，包括：倒立摆本体和控制箱；倒立摆本体包括直线运动装置、摆体组件以及电机；摆体组件装设在直线运动装置上，可做直线运动；摆体组件包括摆杆、摆杆底座以及保护外壳；

摆体组件内设有第一控制电路，第一控制电路包括角度编码器、第一无线通讯模块以及第一电源模块；其中，角度编码器与第一无线通讯模块电连接，第一电源模块分别为摆杆、角度编码器和第一无线通讯模块供电；角度编码器设置在摆杆底座内，第一无线通讯模块和第一电源模块设置在保护外壳内；

控制箱内设有第二控制电路，第二控制电路包括DSP控制板、位置传感器、霍尔传感器、电机驱动器、第二无线通讯模块和第二电源模块；其中，DSP控制板分别与位置传感器、霍尔传感器、电机驱动器以及第二无线通讯模块电连接，位置传感器和霍尔传感器内置在电机中，电机驱动器与电机组件电连接，第二电源模块分别为DSP控制板、电机驱动器以及第二无线通讯模块供电；

第一无线通讯模块和第二无线通讯模块之间无线通信连接。

作为优化方案：角度编码器选用增量式旋转编码器，型号为B-ZKX-100B-G05L-HT；第一无线通讯模块选用2.4G ZigBee无线串口透传模块，型号为CC2530。

作为优化方案：DSP控制板选用基于TMS320F2812板的cSPACE快速原型开发板；电机驱动器选用ELMO伺服驱动器，型号为HAR-8/100-20-H1；第二无线通讯模块选用2.4GZigBee无线串口透传模块，型号为CC2530。

作为优化方案：第一电源模块包括：直流电源以及对直流电源进行电压转换的第一DC/DC子模块；第二DC/DC子模块分别为摆杆、角度编码器和第一无线通讯模块供电。作为优化方案：第二电源模块包括：

交流电源，对交流电源进行电压转换输出低压直流电的AC/DC开关电源子模块，以及对AC/DC开关电源子模块输出的低压直流电进行降压的第二DC/DC子模块；

AC/DC开关电源子模块直接为电机驱动器供电，第二DC/DC子模块分别为DSP控制板和第二无线通讯模块供电。

作为优化方案：电机选用型号为BLM57090-1000的旋转伺服电机，直线运动装置包括传动带、传动齿轮以及导轨。