一种直线二级倒立摆实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种装置，特别涉及一种直线二级倒立摆实验装置。
【背景技术】
[0002]倒立摆是一种典型的非线性不稳定系统，在课堂或实验教学中，无倒立摆实验装置供学生观摩和实验。
【发明内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种直线二级倒立摆实验装置，能演示实验直线二级倒立摆的运动。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:本实用新型由工控机、控制器、伺服电机、驱动器、驱动轮、直线二级倒立摆、接线板、直线二级倒立摆连接座、直线二级倒立摆第一轴、直线二级倒立摆第二轴、皮带和转动轮组成，其特征是:工控机和控制器相连后再和接线板相连，驱动器的控制信号和伺服电机相连，伺服电机的编码信号和驱动器相连，驱动器的编码信号和接线板相连，接线板的控制信号和驱动器相连，伺服电机的轴和驱动轮相连，驱动轮和转动轮通过皮带相连，皮带和直线二级倒立摆连接座相连，直线二级倒立摆连接座和直线二级倒立摆相连，直线二级倒立摆上的直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路、直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路的编码信号分别和接线板相连。自编满足要求的程序写入到工控机中。
[0005]由于采用上述技术方案，本实用新型所具有的优点和积极效果是:实用性强。
【附图说明】
[0006]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0007]图1是本实用新型的结构框图。
[0008]图2是本实用新型的控制程序流程框图。
[0009]图中1.工控机，2.控制器，3.伺服电机，4.驱动器，5.驱动轮，6.直线二级倒立摆，7.接线板，8.直线二级倒立摆连接座，9.直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路，10.直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路，11.皮带，12.转动轮。
【具体实施方式】
[0010]图1中，工控机⑴和控制器(2)相连后再和接线板(7)相连，驱动器⑷的控制信号和伺服电机(3)相连，伺服电机(3)的编码信号和驱动器(4)相连，驱动器(4)的编码信号和接线板(7)相连，接线板(7)的控制信号和驱动器(4)相连，伺服电机(3)的轴和驱动轮(5)相连，驱动轮(5)和转动轮(12)通过皮带(11)相连，皮带(11)和直线二级倒立摆连接座(8)相连，直线二级倒立摆连接座(8)和直线二级倒立摆(6)相连，直线二级倒立摆(6)上的直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路(9)、直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路(10)的编码信号分别和接线板(7)相连。工控机型号为:PX1-1050 ;控制器型号为:PX1-7344 ;驱动器型号为:MADA023A1A ;接线板型号为:UM1-7774。
[0011]图2是图1的控制程序流程框图。实时控制程序首先要完成对运动控制卡初始化，初始化后启动控制器，开始进入多媒体定时器中断服务程序。中断服务程序内主要任务:
[0012]I)采集电机编码器和两路摆杆编码器脉冲信号；2)将电机编码器的脉冲信号转换成小车位移，摆杆编码器的脉冲信号转换成对应的摆杆角度；3)通过差分方式对小车位移和摆杆角度进行求导，得到小车速度和摆杆角速度；4)根据控制算法计算控制量并下发。
[0013]运动控制卡提供了 Windows下的动态链接库，只要调用函数库中的指令，就可以实现运动控制器的各种功能。在Visual C++中调用运动控制卡提供的函数库中的任何函数，开始采用MFC编写应用程序。实现运动控制卡初始化的部分代码如下:
[0014]/*运动控制卡初始化*/
[0015]{
[0016]void CpendulumDlg OnInitialCard ；
[0017]rtn+ = GT_0pen (Oxffff) ;//打开运动控制卡
[0018]rtn+ = GT_Reset ；// 复位运动控制卡
[0019]rtn+ = GT_CtrlMode (1，O) ；// 设置为输出模拟量
[0020]rtn+ = GT_CloseLp⑴；//设置为闭环控制
[0021]rtn+ = GT_SetKp(l，3) ；// 设置比例增益 3
[0022]rtn+ = GT_SetKi (1,0.2) ；// 设置积分增益 0.2
[0023]rtn+ = GT_SetKd(l，2) ；// 设置微分增益 2
[0024]}
[0025]直线二级倒立摆实时控制部分采用的是精度较高的多媒体定时器(计时精度可达I毫秒，这个计时精度对于一般的实时系统控制完全可以满足要求)，本系统中实时控制周期为5毫秒，在5毫秒的时间内回调函数首先需要完成对各路编码器反馈值的采集与转换，然后根据控制算法计算出相应的控制量并下发。为了提高多媒体定时器回调函数内核心程序的执行效率，可以将对实时性要求不高的状态监测和绘图程序段放在定时器控件Timer的中断处理函数内来完成(定时100毫秒)。多媒体定时器回调函数内核心代码如下:
[0026]void PASCAL Cal IBackMi 11 iSecondProc UINT wT1-merlD，UINT msg，DWORDdwUser, DWORD dwl, DWORD dw2
[0027]{GT_GetAtlPos 1，&m_actl_pos ;//读取电机编码器脉冲数
[0028]GT_GetAtlPos 2，&m_actl anglel -J/ 读取 I 级摆杆编码器脉冲数
[0029]GT_EncPos I, &m_actl angle2 ;//读取 2 级摆杆编码器脉冲数
[0030]V_ctrl = m_Kx*m_pos+m_Ka*(m_angle_M_PI)+m_Kb*(m_angle2_M_PI)+m_KxDot*m_posDot+m_KaDot*m_angleDot+m_KbDot*m_angleDotl -J/ 计算控制量
[0031]/*控制量下发给伺服驱动器*/
[0032]GT_SetVel (1，m_vel) ；// 设置 I 轴速度
[0033]GT_SetAcc(l，m_acc) ；}// 设置 I 轴加速度。
[0034]本实用新型的工作原理为:用NI公司的PX1-1050工控机和PX1-7344运动控制卡，在LabVIEW环境下开发了直线二级倒立摆LQR控制系统的仿真与实时控制实验平台。该实验平台提供的仿真工具可以根据给定的二次型指标，方便地完成最优状态反馈矩阵K的设计和仿真验证。利用系统提供的实时控制工具，可以进行参数设置和监控。
【主权项】
1.一种直线二级倒立摆实验装置，由工控机、控制器、伺服电机、驱动器、驱动轮、直线二级倒立摆、接线板、直线二级倒立摆连接座、直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路、直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路、皮带和转动轮组成，其特征是:工控机(I)和控制器(2)相连后再和接线板(7)相连，驱动器(4)的控制信号和伺服电机(3)相连，伺服电机(3)的编码信号和驱动器(4)相连，驱动器(4)的编码信号和接线板(7)相连，接线板(7)的控制信号和驱动器⑷相连，伺服电机(3)的轴和驱动轮(5)相连，驱动轮(5)和转动轮(12)通过皮带(11)相连，皮带(11)和直线二级倒立摆连接座(8)相连，直线二级倒立摆连接座(8)和直线二级倒立摆(6)相连，直线二级倒立摆(6)上的直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路(9)、直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路(10)的编码信号分别和接线板(7)相连。
【专利摘要】本实用新型涉及一种装置，特别涉及一种直线二级倒立摆实验装置。其特征是：工控机和控制器相连后再和接线板相连，驱动器的控制信号和伺服电机相连，伺服电机的编码信号和驱动器相连，驱动器的编码信号和接线板相连，接线板的控制信号和驱动器相连，伺服电机的轴和驱动轮相连，驱动轮和转动轮通过皮带相连，皮带和直线二级倒立摆连接座相连，直线二级倒立摆连接座和直线二级倒立摆相连，直线二级倒立摆上的直线二级倒立摆第一轴角度传感器及信号处理电路、直线二级倒立摆第二轴角度传感器及信号处理电路的编码信号分别和接线板相连。由于采用上述技术方案，本实用新型所具有的优点和积极效果是：实用性强。
【IPC分类】G09B23-10
【公开号】CN204516165
【申请号】CN201520031404
【发明人】朱丽娟
【申请人】盐城师范学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月12日