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目录
前言
XZ-IIA旋转式倒立摆概述
1.1系统总体结构
1.2机械结构
1.3硬件部分
1.4软件部分
XZ-IIA旋转式倒立摆的系统使用
2.1注意事项
2.1.1开机注意事项
2.1.2装配电脑的规定
2.1.3使用注意事项
2.2系统使用
2.2.1开机操作与电位器零位的调整方法
2.2.2系统操作与维护
XZ-IIB、XZ-IIC型倒立摆的操作说明
3.1随动系统的机械改装说明
3.2XZ-IIC型倒立摆操作说明
3.3XZ-IIB型倒立摆操作说明
前言
现代科技发展,推动传统教学方式的改革,迫使教学着眼培养学生的发明能力和实际操作能力。一流的教学实验设备为学生掌握所学知识提供可靠保证,使之能更好更快地运用到社会生产实践中去。
科大创新股份有限公司自动化分公司研制的XZ-Ⅱ型旋转式倒立摆系统,是一个典型的机电一体化系统,采用内置DSP运动控制器和力矩电机进行实时运动控制。XZ-Ⅱ型倒立摆,及其功能扩展后的位置伺服系统,为自动控制理论,计算机控制系统等课程的教学和研究,提供了这类课程全方位的教学实验平台,同时它让学生理解和掌握机电一体化产品的部件特性和系统集成方法。
倒立摆及其功能扩展的位置伺服系统作为一种自动控制教学实验设备,可以全面地满足自动控制教学的规定。许多抽象的控制概念如系统稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等,都可以通过实验装置直观的表现出来。
倒立摆的控制技巧,极富趣味性,很适合学习自动控制课程的学生使用它来验证所学的控制理论和算法,加深对所学课程的理解。基于DSP的旋转式倒立摆系统的最大特点是机械结构简朴、可靠,成本低廉、体积小,是高等院校抱负的自动控制教学的实验设备。
除教学用途之外,由于倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性,许多控制理论的研究人员一直将它作为研究对象,并不断从中发掘出新的控制理论和控制方法,相关的成果在航天科技和机器人学方面获得了广泛的应用。因此,倒立摆设备也是进行控制理论研究的抱负平台。
XZ-Ⅱ型倒立摆系统可以方便地构成一个位置控制系统的被控对象,并配置由运算放大器组成的校正网络实验箱,构成位置控制系统进行经典控制理论(调节原理)的教学实验。也可用VC++6.0实现模拟运算放大器校正网络的功能。通过微机配置的调节原理实验软件,在计算机上实现系统的稳定性、时域特性、频域特性分析和品质校正的实验。此外,配置计算机控制系统和控制系记录算机辅助设计等课程的相关软件,用于控制系统设计类课程的实验。
综上所述,XZ-II型旋转式倒立摆系统的系列产品是一个多功能的教学实验平台,产品使用DSP芯片来控制倒立摆,有助于系统的小型化,控制更加快速,抗干扰性强,控制品质有很大提高,可用于多门课程的教学实验。为教学和研究提供了现代实验装备和手段。
一、XZ-IIA旋转式倒立摆概述
1.1、系统总体结构
XZ-ⅡA型旋转式倒立摆系统采用DSP作控制器,由直流力矩电机直接驱动,可以独立执行实时控制算法,脱离计算机直接运营;也可以通过RS-232C串行通讯接口用计算机控制,进行在线控制算法调试,是具有独立控制能力和标准通讯接口的专用智能实验设备。它的DSP部分、电源与电机驱动部分所有安装在机箱内,采用这样封闭式的结构,不易人为损坏。运动部分安装在机箱上,整体结构比较紧凑、合理。
图1是系统的总体结构示意图。
图1、系统总体结构图
系统的组成框图及工作原理如图2所示。
图2系统框图
1.2、机械结构
系统的机械结构如图3所示,其中各部分为:1.旋臂,2.摆杆,3.电位器,4.直流力矩电机,5.支架,6.机箱,7.电源开关,8.A、B、C为调节螺丝,9.D、E分别为电位器1、2的轴。
一些器件的参数如下:
机箱尺寸:360mm×240mm×90mm,旋臂尺寸:Φ15mm×200mm,摆杆尺寸:Φ15mm×250mm,支架高度:400mm。
旋臂质量(涉及电位器2):200g;摆杆质量:50g。两者都采用铝合金材料。
测量电位器:WDD35D导电塑料电位器,阻值:1KΩ,独立线性度:0.1%,寿命达5000万转。
直流力矩电机:70LY53永磁直流力矩电动机,堵转电压:Uf=27V,满额电流:If=2.26A,堵转力矩:Mf=0.627Nm,最大空载转速:Nomax=900r/min。
图3、机械结构图
1.3、硬件部分
以TMS320F240DSP控制器为核心器件,这是TI公司专门为电机控制系统设计的,具有强大的数据解决功能和丰富的片内外设模块。可以独立执行实时控制算法,也可以通过RS-232C串行总线与计算机通讯。其重要的性能指标如下:
高速静态CMOS工艺,16位定点数字信号解决器,50ns指
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