一种实验用高可靠旋转倒立摆装置制造方法及图纸

技术编号:21284194 阅读:20 留言:0更新日期:2019-06-06 13:26
本实用新型专利技术公开了一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,包括中央控制器、倾角测量模块、旋转角测量模块、电机驱动模块、第一USB接口、第二USB接口、PC端上位机和报警模块;中央控制器的第一双向端口与倾角测量模块连接;中央控制器的第二双向端口与旋转角测量模块的双向端口连接;中央控制器的第一输出端口与电机驱动模块的输入端口连接;中央控制器的第三双向端口与第一USB接口连接;中央控制器的第二输出端口与报警模块的输入端口连接;旋转角测量模块的输入端口与电机驱动模块的输出端口连接;第二USB接口与PC端上位机的双向端口连接。该装置具有较高的可靠性和稳定度,可实现系统的多样化控制,且整个装置结构简单,成本较低。

A High Reliable Rotating Inverted Pendulum Device for Experiments

The utility model discloses a high reliable rotary inverted pendulum device for experiment, which comprises a central controller, an inclination measurement module, a rotation angle measurement module, a motor drive module, a first USB interface, a second USB interface, a PC upper computer and an alarm module; a first bidirectional port of the central controller is connected with an inclination measurement module; and a second bidirectional port of the central controller is connected with a rotation angle measurement module. The bi-directional port connection of the measurement module; the first output port of the central controller is connected with the input port of the motor driving module; the third bi-directional port of the central controller is connected with the first USB interface; the second output port of the central controller is connected with the input port of the alarm module; the input port of the rotation angle measuring module is connected with the output port of the motor driving module; and the second USB interface Two-way port connection with PC upper computer. The device has high reliability and stability, can realize the diversified control of the system, and the whole device has simple structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种实验用高可靠旋转倒立摆装置
本技术涉及一种转倒立摆装置,具体来说,涉及一种实验用高可靠旋转倒立摆装置。
技术介绍
倒立摆是是一种非线性控制系统,具有不稳定、多变量、强耦合、高阶次等特点,控制目标是为了让摆杆在最短的时间内达到平衡,同时保障其没有较大的震荡或偏角。并且,在系统保持稳定状态后,整个系统可以克服随机扰动,实现长时间维持在稳定位置。对于倒立摆的研究,从上个世纪50年代主要集中在数学建模以及摆杆平衡控制这两个方面,到八十年代后期,随着现代控制理论的深入,人们发现了模糊控制这一方式,到九十年代初期,神经网络技术被应用到倒立摆系统中,并展现出了无穷的潜力。多年来,国内外的学者们从未停下对倒立摆系统的研究,倒立摆系统也在各个方面都取得了实质性的进展。作为一个实验对象,倒立摆形象直观、成本低廉、构建组成参数易修改、结构简明、外形多样,可以称之为是一种进行控制理论教学以及开展进行各种自动控制实验研究的理想实验操作平台。通过直观且有效的方式反映出很多控制方面的问题,并通过这些被展现出来的问题进行研究,从而优化问题,实现问题的解决并大大缩短研究周期。
技术实现思路
本技术提供一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,具有较高的可靠性和稳定度,可实现系统的多样化控制,且整个装置结构简单,成本较低。为实现上述目的,本技术实施例提供一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,包括中央控制器、倾角测量模块、旋转角测量模块、电机驱动模块、第一USB接口、第二USB接口、PC端上位机和报警模块;其中,所述中央控制器的第一双向端口与倾角测量模块连接;中央控制器的第二双向端口与旋转角测量模块的双向端口连接;中央控制器的第一输出端口与电机驱动模块的输入端口连接;中央控制器的第三双向端口与第一USB接口的第一双向端口连接;中央控制器的第二输出端口与报警模块的输入端口连接;旋转角测量模块的输入端口与电机驱动模块的输出端口连接;第一USB接口的第二双向端口与第二USB接口的第一双向端口连接;第二USB接口的第二双向端口与PC端上位机的双向端口连接。作为优选例,所述中央控制器采用ARM公司的STM32F4芯片。作为优选例,所述倾角测量模块采用WDD35D4电位器。作为优选例,所述旋转角测量模块采用增量式霍尔编码器。作为优选例,所述电机驱动模块采用TB6612FNG芯片。作为优选例,所述报警模块采用电磁式蜂鸣器。作为优选例,所述倾角测量模块对旋转倒立摆的倾角信息进行测量和收集,并将倾角信息传送至中央控制器中;所述旋转角测量模块对电机驱动模块的旋转角信息进行测量和收集,并将旋转角信息传送至中央控制器中;所述中央控制器向倾角测量模块和旋转角测量模块发送检测信号,并接收倾角测量模块和旋转角测量模块传送的数据信息,对数据信息进行分析后,向电机驱动模块发送相应的转动信号;中央控制器将接收的数据信息通过第一USB接口和第二USB接口传送至PC端上位机中,所述中央控制器当检测到摆臂倾角超出规定阈值后,向报警模块发送报警信号,通过PC端上位机显示数据信息;PC端上位机将接收的用户输入信息通过第一USB接口和第二USB接口传送至中央控制器中进行处理。与现有技术相比,本技术实施例具有以下有益效果:采用ARM公司的STM32F4芯片作为中央控制器,在完成实验倒立摆功能的条件下,所需功耗较低,性能较高,并且操作简单,运用较为便捷。通过中央控制器控制电机驱动转轴实现转臂的旋转,而摆杆通过另外一个转轴,固定在转臂的末端位置,通过手动起摆对准进行初始化校验,保障系统的可靠性,运用PID(对应英文:proportion、integral、derivative;中文译文:比例、积分、微分)控制实现摆杆的自动起摆和稳定倒立功能,实现系统多样化控制。当倒立摆臂在平衡过程中,当系统检测到摆臂倾角超出规定阈值后,发出警告提示用户调整系统参数,提高系统稳定度。附图说明图1是本技术的结构示意图。图中有:中央控制器1、倾角测量模块2、旋转角测量模块3、电机驱动模块4、第一USB接口5、第二USB接口6、PC端上位机7、报警模块8。具体实施方式下面将结合附图,对本技术作进一步说明。如图1所示,本技术实施例的一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,包括中央控制器1、倾角测量模块2、旋转角测量模块3、电机驱动模块4、第一USB接口5、第二USB接口6、PC端上位机7和报警模块8。中央控制器1的第一双向端口1a与倾角测量模块2的双向端口连接。中央控制器1的第二双向端口1b与旋转角测量模块3的双向端口3a连接。中央控制器1的第一输出端口1c与电机驱动模块4的输入端口4a连接。中央控制器1的第四双向端口1d与第一USB接口5的第一双向端口5a连接。中央控制器1的第二输出端口1e与报警模块8的输入端口连接。旋转角测量模块3的输入端口3b与电机驱动模块4的输出端口4b连接。第一USB接口5的第二双向端口5b与第二USB接口6的第一双向端口6a连接。第二USB接口6的第二双向端口6b与PC端上位机7的双向端口连接。上述实施例中,中央控制器1用于向倾角测量模块2和旋转角测量模块3发送检测信号,通过对测量得到的信息进行分析后,向电机驱动模块4发送相应的转动信号。当检测到摆臂倾角超出设定阈值时,向报警模块8发送报警信号。中央控制器1获取的测量数据和信息传送至第一USB接口5。同时,中央控制器1从第一USB接口5接收数据和信息。优选的,中央控制器1采用ARM公司的STM32F4芯片。上述实施例中,倾角测量模块2用于对倒立摆的倾角信息进行测量和收集,并传送至中央控制器1中。优选的,所述倾角测量模块2采用WDD35D4电位器。上述实施例中,旋转角测量模块3用于对电机驱动模块4的旋转角信息进行测量和收集,并将数据和信息传送至中央控制器1中。由中央控制器1对旋转角信息进行分析后,传送至PC端上位机7并实时显示当前旋转角信息。优选的,所述旋转角测量模块3采用增量式霍尔编码器。上述实施例中,电机驱动模块4用于接收中央控制器1所发送的转动信号进行转动,并作为旋转角测量模块3的信息输入端。优选的,所述电机驱动模块4采用TB6612FNG芯片。上述实施例中,所述第一USB接口5用于接收由中央控制器1所发送的数据和信息,并传送给第二USB接口6,或从第二USB接口6接收数据和信息,并传送至中央控制器1中。第二USB接口6用于接收由第一USB接口5所发送的数据和信息,并传送至PC端上位机7,以及从PC端上位机7接收数据和信息,并传送至第一USB接口5。上述实施例中,PC端上位机7用于接收来自第二USB接口6的信息和数据,并进行分析后,在上位机界面进行显示,以及收集用户所输入的信息并传送至第二USB接口6中。PC端上位机7为现有部件。PC端上位机7实时显示倾角、旋转角等系统信息,同时可通过用户输入进行PID参数、倾角参数等信息的修改,并通过第一USB接口5、第二USB接口6传送至中央控制器1,中央控制器1接收到的信息参数后进行相应的调整。上述实施例的高可靠旋转倒立摆装置工作时,所述中央控制器1向倾角测量模块2和旋转角测量模块3发送检测信号;倾角测量模块2对旋转倒立摆的倾角信息进行测量和收集,并将倾角信息传送至中央控制器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,其特征在于:该装置包括中央控制器(1)、倾角测量模块(2)、旋转角测量模块(3)、电机驱动模块(4)、第一USB接口(5)、第二USB接口(6)、PC端上位机(7)和报警模块(8);其中,所述中央控制器(1)的第一双向端口(1a)与倾角测量模块(2)连接;中央控制器(1)的第二双向端口(1b)与旋转角测量模块(3)的双向端口(3a)连接;中央控制器(1)的第一输出端口(1c)与电机驱动模块(4)的输入端口(4a)连接;中央控制器(1)的第三双向端口(1d)与第一USB接口(5)的第一双向端口(5a)连接;中央控制器(1)的第二输出端口(1e)与报警模块(8)的输入端口连接;旋转角测量模块(3)的输入端口(3b)与电机驱动模块(4)的输出端口(4b)连接;第一USB接口(5)的第二双向端口(5b)与第二USB接口(6)的第一双向端口(6a)连接;第二USB接口(6)的第二双向端口(6b)与PC端上位机(7)的双向端口连接。

【技术特征摘要】
1.一种实验用高可靠旋转倒立摆装置,其特征在于:该装置包括中央控制器(1)、倾角测量模块(2)、旋转角测量模块(3)、电机驱动模块(4)、第一USB接口(5)、第二USB接口(6)、PC端上位机(7)和报警模块(8);其中,所述中央控制器(1)的第一双向端口(1a)与倾角测量模块(2)连接;中央控制器(1)的第二双向端口(1b)与旋转角测量模块(3)的双向端口(3a)连接;中央控制器(1)的第一输出端口(1c)与电机驱动模块(4)的输入端口(4a)连接;中央控制器(1)的第三双向端口(1d)与第一USB接口(5)的第一双向端口(5a)连接;中央控制器(1)的第二输出端口(1e)与报警模块(8)的输入端口连接;旋转角测量模块(3)的输入端口(3b)与电机驱动模块(4)的输出端口(4b)连接;第一USB接口(5)的第二双向端口(5b)与第二USB接口(6)的第一双向端口(6a)连接;第二USB接口(6)的第二双向端口(6b)与PC端上位机(7)的双向端口连接。2.按照权利要求1所述的实验用高可靠旋转倒立摆装置,其特征在于:所述中央控制器(1)采用ARM公司的STM32F4芯片。3.按照权利要求1所述的实验用高可靠旋转倒立摆装置,其特征在于:所述倾角测量模块(2)采用WDD35D4电位器。4.按照权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员:鲁沈婷杨丰林韦朴陈勇周子杰
申请(专利权)人:南京工程学院
类型:新型
国别省市:江苏,32

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