一种直流电机调速仿真与实验一体化装置及方法，该装置包括上位机单元、控制单元和直流电机单元；上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信；直流电机将实时转速值传送给控制单元，控制单元根据直流电机转速设定值与采集到的直流电机实时转速值的偏差值计算出控制量对直流电机单元进行转速控制。本发明专利技术采用USB通讯技术可以将高速采集的数据实时、连续地通信到上位机中，在6M/s的采样速率下，可以实现采样数据与上位机的连续、无丢失实时通信。本发明专利技术的方法，利用直流电机调速系统建模与控制算法的仿真研究，仿真结果满足要求后，将控制算法直接传送至控制器内在直流电机调速仿真与实验一体化装置上进行实验，极大地方便了控制算法的研究工作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动控制领域，具体涉及。
技术介绍
在自动控制理论的学习与研究中，仿真和实验占有重要的地位。目前自动控制原理实验系统主要分两种类型:一种是基于DCS或PLC的实验系统，这种系统功能强大、软硬件资源齐全，控制算法编程灵活丰富，然而其价格昂贵、体积大；另一种是基于单片机的实验系统，这种实验系统价格相对便宜、使用方便，然而单片机中的控制算法需要软件编程、然后以编译下载的方式实现，导致了这种实验系统在控制对象的建模与控制算法研究方面存在灵活性差、可用资源匮乏的的严重不足。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供。本专利技术的技术方案:一种直流电机调速仿真与实验一体化装置，包括:上位机单元、控制单元和直流电机单元；所述控制单元包括:通讯模块、控制器、数模转换模块和模数转换模块；通讯模块与控制器连接，控制器与数模转换模块连接，数模转换模块的输出端连接直流电机单元的输入端，控制器与模数转换模块连接，模数转换模块的输入端作为控制单元的输入端连接直流电机单元的输出端；所述通讯模块采用USB通讯模块；所述直流电机单元包括:驱动模块、直流电机、测速发电机和负载；驱动模块的输入端作为直流电机单元的输入端连接数模转换模块的输出端，驱动模块的输出端连接直流电机的输入端，直流电机的输出端连接测速发电机的输入端，测速发电机的输出端作为直流电机单元的输出端连接模数转换模块的输入端，负载连接到电机上；所述上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信。所述的上位机单元，用于直流电机调速仿真、设定直流电机转速、设定采样周期和实时监控直流电机运行状况。所述的控制单元的USB通讯模块用于接收上位机设定的直流电机转速值和采样周期值、直流电机的启停信号以及将采集到的直流电机转速数据传送至上位机。所述的控制单元的控制器用于给定数模转换模块的接口时序和模数转换模块的接口时序、将采集到的直流电机转速数据传送至上位机单元、计算接收到的直流电机转速设定值与采集到的直流电机实时转速值的偏差值，并根据该偏差值经过控制算法计算得到控制量，并将该控制量传送至数模转换模块。所述的控制单元的模数转换模块用于将测速发电机输出的直流电压信号转换为数字信号，即实时采集直流电机单元的直流电机转速数据并传送至控制器。所述的控制单元的数模转换模块用于接收控制器传送来的控制量，并将该控制量转换成直流电压信号并传送至直流电机单元。所述的直流电机单元中的驱动模块用于接收数模转换模块的直流低压信号并产生O~220V可调直流输出电压信号并将该可调直流输出电压信号传送至直流电机。所述的直流电机单元中的直流电机接收驱动模块传送来的可调直流电压信号后转动，其转速为被控量；直流电机单元中的测速发电机用于将将直流电机的转速信号转换成直流电压信号并传送给模数转换模块；直流电机单元中的负载用于给直流电机加载以测试直流电机带负载调速的特性。采用所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置进行直流电机调速仿真与实验一体化的方法，包括如下步骤：步骤I :在上位机单元中进行直流电机调速仿真；步骤1-1 :调节并产生控制量并建立不同控制量下直流电机转速与时间关系曲线.-^4 ， 步骤1-2 :通过该直流电机转速与时间关系曲线判断直流电机稳态时的转速是否在直流电机转速设定值偏差允许范围内，是，则执行步骤2，否，则执行步骤1-1 ；步骤2 :进行直流电机调速实验；步骤2-1 :上位机单元设定直流电机转速设定值、采样周期设定值和直流电机的启停信号值；步骤2_2:USB通讯模块接收直流电机转速设定值、采样周期设定值和直流电机的启停信号值并传送给控制器；步骤2-3 :控制器根据直流电机启停信号判断是否启动直流电机，是，则根据采样周期设定值对时钟信号进行倍频后的得到倍频时钟信号，执行步骤2-4，否，则等待接收下一次直流电机的启停信号；步骤2-4 :控制器根据采样周期设定值对时钟信号进行分频后得到分频时钟信号;步骤2-5 :控制器根据分频时钟信号接收直流电机的实时转速值，直流电机的实时转速值经USB通讯模块传送给上位机单元，生成此时刻的直流电机转速时间曲线图；步骤2-6 :控制器计算出直流电机转速设定值与直流电机的实时转速值的偏差值，据该偏差值计算并产生出调节直流电机转速的控制量；步骤2-7:调节直流电机转速的控制量经数模转换模块转换为控制驱动模块的模拟电压并传送给驱动模块；步骤2-8 :驱动模块根据从数模转换模块接收得到的模拟电压，将交流电压转换成直流电机所需的直流电压；步骤2-9 :直流电机从驱动模块得到其所需的直流电压，直流电机开始与测速发电机同步转动；步骤2-10 :测速发电机将其转速信号转换成模拟电压信号并传送给模数转换模块；步骤2-11:模数转换模块将从测速发电机接收到的模拟电压信号转换成数字量并传送给控制器；步骤2-12:控制器根据分频时钟信号接收模数转换模块传送来的数字量，即直流电机的实时转速值；步骤2-13 =USB通讯模块将控制器接收的数字量传送给上位机单元生成此时刻的直流电机转速与时间关系曲线；步骤2-14:根据直流电机转速设定值偏差范围和直流电机转速时间曲线图，判断直流电机稳态时的转速是否在直流电机转速设定值偏差允许范围内，是，则实验结束，否，则执行步骤I。有益效果:本专利技术的直流电机调速仿真与实验一体化装置及方法与现有技术相比较有以下优势:1.本专利技术所设计的直流电机调速仿真与实验一体化装置，采用USB通讯技术可以将高速采集的数据实时、连续地通信到上位机中，在6M/s的采样速率下，可以实现采样数据与上位机的连续、无丢失实时通信。2.本专利技术所设计的直流电机调速仿真与实验一体化方法，利用直流电机调速系统建模与控制算法的仿真研究，仿真结果满足要求后，将控制算法直接传送至控制器内在直流电机调速仿真与实验一体化装置上进行实验，极大地方便了控制算法的研究工作。【附图说明】图1为本专利技术一种实施方式的直流电机调速仿真与实验一体化装置的结构示意图；图2为本专利技术一种实施方式的控制单元电路图；图3为本专利技术一种实施方式的驱动电路模块电路图；图4为本专利技术一种实施方式的直流电机调速仿真与实验一体化方法流程图；图5为本专利技术一种实施方式的直流电机调速仿真与实验一体化控制系统结构不意图；图6 (a)为本专利技术一种实施方式的在ZYT04型永磁直流电机转速设定值偏差允许范围内的ZYT04型永磁直流电机转速时间曲线图，(b)为本专利技术一种实施方式的不在ZYT04型永磁直流电机转速设定值偏差允许范围内的ZYT04型永磁直流电机转速时间曲线图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的一种实施方式作详细说明。本实施方式的直流电机调速仿真与实验一体化装置，包括:上位机单元、控制单元和直流电机单元，如图1所示；上位机单元与控制单元双向连接，控制单元与直流电机单元双向连接；上位机单元，用于直流电机调速仿真、设定直流电机转速、设定采样周期和实时监控直流电机运行状况；控制单元包括:通讯模块、控制器、数模转换模块和模数转换模块；本实施方式的通讯模块采用的是USB通讯模块，应用的是USB2.0通讯协议；本实施方式的控制器采用的是FPGA模块；本实施方式的数模转换模块采用TI公司生产的12位单通道电压输出型TLV5639型数模转换芯片本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：包括：上位机单元、控制单元和直流电机单元；所述控制单元包括：通讯模块、控制器、数模转换模块和模数转换模块；通讯模块与控制器连接，控制器与数模转换模块连接，数模转换模块的输出端连接直流电机单元的输入端，控制器与模数转换模块连接，模数转换模块的输入端作为控制单元的输入端连接直流电机单元的输出端；所述通讯模块采用USB通讯模块；所述直流电机单元包括：驱动模块、直流电机、测速发电机和负载；驱动模块的输入端作为直流电机单元的输入端连接数模转换模块的输出端，驱动模块的输出端连接直流电机的输入端，直流电机的输出端连接测速发电机的输入端，测速发电机的输出端作为直流电机单元的输出端连接模数转换模块的输入端，负载连接到电机上；所述上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信。
【技术特征摘要】
1.一种直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：包括： 上位机单元、控制单元和直流电机单元； 所述控制单元包括：通讯模块、控制器、数模转换模块和模数转换模块；通讯模块与控制器连接，控制器与数模转换模块连接，数模转换模块的输出端连接直流电机单元的输入端，控制器与模数转换模块连接，模数转换模块的输入端作为控制单元的输入端连接直流电机单元的输出端； 所述通讯模块采用USB通讯模块； 所述直流电机单元包括：驱动模块、直流电机、测速发电机和负载；驱动模块的输入端作为直流电机单元的输入端连接数模转换模块的输出端，驱动模块的输出端连接直流电机的输入端，直流电机的输出端连接测速发电机的输入端，测速发电机的输出端作为直流电机单元的输出端连接模数转换模块的输入端，负载连接到电机上； 所述上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信。2.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的上位机单元，用于直流电机调速仿真、设定直流电机转速、设定采样周期和实时监控直流电机运行状况。3.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的控制单元的USB通讯模块用于接收上位机设定的直流电机转速值和采样周期值、直流电机的启停信号以及将采集到的直流电机转速数据传送至上位机。4.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的控制单元的控制器用于给定数模转换模块的接口时序和模数转换模块的接口时序、将采集到的直流电机转速数据传送至上位机单元、计算接收到的直流电机转速设定值与采集到的直流电机实时转速值的偏差值，并根据该偏差值经过控制算法计算得到控制量，并将该控制量传送至数模转换模块。5.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的控制单元的模数转换模块用于将测速发电机输出的直流电压信号转换为数字信号，即实时采集直流电机单元的直流电机转速数据并传送至控制器。6.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的控制单元的数模转换模块用于接收控制器传送来的控制量，并将该控制量转换成直流电压信号并传送至直流电机单元。7.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的直流电机单元中的驱动模块用于接收数模转换模块的直流低压信号并产生O~220V可调直流输出电压信号并将该可调直流输出电压信号传送至直流电机。8.根据权利要求1所述的直流电机调速仿真与实验一体化装置，其特征在于：所述的直流电机单元中的直流电机接收驱动模块传送来的可调直流电压信号后转动，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：关守平，徐林，刘松冉，关天一，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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