机械工程控制基础实验摆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机械工程控制基础实验摆，包括带滑台（７）的直线运动机构（１）、设于所述滑台上的实验摆机构（２）。所述实验摆机构（２）包括通过一底座（９）竖直连接于所述滑台（７）上的立板（８）、穿套于该立板上端的转轴（４）、设于该转轴一端的角度编码器（５）、设于转轴另一端的可随其整周回转的悬挂摆动体（３）。本实用新型专利技术可以同时模拟三种机械工程对象系统地特性，即静态不稳定系统、静态稳定系统和静态随机稳定系统，通过计算机的分析处理，使各种控制对象保持动态平衡，满足实验要求。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及控制实验装置，尤其涉及一种将控制技术用于机械工程中，来反映控制系统对机械系统的控制效果及说明控制作用的机械工程控制基础实验摆。
技术介绍
随着科技的迅速发展，控制理论应用于机械工程的重要性日益明显。在现代机械工程控制基础理论的教学、研究中，倒立摆是一个十分典型的机械系统的控制对象，它能够很好的反映控制系统对静态不稳定系统的控制效果，及说明控制的作用。在机械工程控制对象中，静态不稳定系统只是一类控制对象，如步行机器人行走时的平衡控制问题。但是，还有许多静态稳定系统和静态随机稳定系统需要增加控制器，使机械工程对象具有更好的稳定性和安全性，如塔吊系统吊装重物是一个静态稳定系统，但在运动过程中会产生晃动，严重威胁人员安全，必须增加控制系统，使其在运动过程中不产生晃动；直线运动系统是静态时随机稳定系统，但在运动时也需要使系统迅速稳定收敛到目标点，才能完成各种操作任务。为满足上述三类机械工程静态系统的研究需要，人们将端面装有倒立摆的支撑块设置于一带传动机构的皮带上或安装于齿轮齿条传动机构上，通过传动机构带动倒立摆作直线运动以及摆杆的摆动来模拟上述三类静态系统的运动，从而开展机械工程的控制实验。但是现有实验装置必须放置于实验台一侧，让摆杆悬垂于实验台侧边外，才能开展实验，很不方便；另外，支撑倒立摆的机构，由于本身的绕性或间隙较大，使得倒立摆在运动时产生较大的振动，以致其不能很好地体现机械工程控制对象的特点，从而造成实验数据的不准确，不能很好地满足机械工程控制基础的实验要求。
技术实现思路
本技术是为了解决现有倒立摆实验装置使用不方便、实验精度差的问题，而提供一种使用方便、实验精度高的机械工程控制基础实验摆。为解决上述问题，本技术的技术方案是构造一种机械工程控制基础实验摆，其包括带滑台的直线运动机构、设于所述滑台上的实验摆机构。该实验摆机构包括通过一底座竖直连接于所述滑台上的立板、穿套于该立板上端的转轴、设于该转轴一端的角度编码器、设于转轴另一端的可随其整周回转的悬挂摆动体。本技术的优选实施例，所述的直线运动机构包括横向两侧带有直线导轨的基座、通过一对轴承横向支撑于该基座上的滚珠丝杆、固定于一螺母座中的与所述滚珠丝杆配合传动的螺母，螺母座的两侧各带有一排滚子与所述直线导轨形成滚动副，螺母座的上表面与所述滑台连接；所述滚珠丝杆的一端与一伺服电机连接，所述基座横向两端分别设有一电磁感应开关。其中，所述基座上两电磁感应开关的外侧还分别设有一限位块。所述基座的下表面连接有四角带调节螺栓的基板。所述伺服电机的转轴上设有一角度检测传感器。所述滑台上设有一直线检测传感器。所述的悬挂摆动体为摆针，沿该摆针的轴向设有可安装调整块的凹槽；悬挂摆动体也可以是垂吊物体。本技术采用一立板将悬挂摆动体支撑高于基座表面，使得该实验摆设备可以放置于实验台的任意位置，使用非常方便。将实验摆机构设置于一与基座直线导轨滑移的滑台上，采用高精度的滚珠丝杆副进行直线传动，使得实验摆机构作直线运动是平稳、顺畅。通过设置角度编码器、角度检测传感器、直线检测传感器进行相关的检测，并传输到计算机，通过计算机的分析处理，反过来对实验摆机构进行控制，使得其保持动态平衡，从而满足实验要求。本技术可以同时模拟三种机械工程对象系统地特性，包括静态不稳定系统、静态稳定系统和静态随机稳定系统；直接将实验摆机构安装到通用的运动模块的运动体上，方便拆装和组合；摆针的重心可以随意变化，摆杆和垂吊重物也可以随意互换。以下结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中附图说明图1为本技术较佳实施例主视图；图2为图1的左视图；图3为图1的俯视图；图4为本技术较佳实施例实验摆机构的主视图；图5为图4的右视图；图6为图4的俯视图；图7为本技术较佳实施例直线运动机构带有基板的剖视图；图8为本技术较佳实施例直线运动机构带有基板的俯视图；图9为本技术较佳实施例直线运动机构带有基板的左视图。具体实施方式图1至图3示出了本技术较佳实施例的外形结构，所述的机械工程控制基础实验摆，包括带滑台7的直线运动机构1、设于所述滑台上的实验摆机构2。该实验摆机构2包括通过一底座9用螺钉竖直连接于所述滑台7上的立板8、通过一轴承6穿套于该立板上端的转轴4、设于该转轴一端的角度编码器5、设于转轴另一端的可随其整周回转的摆针3。沿该摆针的轴向设有凹槽15，该凹槽可安装调整块，用以调整摆针的重心(请参阅图4至图6)。所述的悬挂摆动体3也可以根据需要更换为其他的垂吊物体。如图7至图9所示，所述的直线运动机构1包括由底版02和左端盖板01构成的基座、横向设于底板两侧的直线导轨W14、螺钉连接于底板左右两端的轴承座03，通过设于轴承座中的一对角接触球轴承W15支撑的滚珠丝杆W17、固定于一螺母座06中的与滚珠丝杆W17配合传动的螺母09(请参阅图9)。所述螺母座06的两侧各带有一排滚子20与所述直线导轨W14形成滚动副(请参阅图9)，螺母座06的上表面通过螺钉与装有实验摆机构的滑台7连接。滚珠丝杆W17的右端用一联轴器9与一通过法兰盘10固定在底板02上的伺服电机13连接，所述底板02的两端分别设有一电磁感应开关W16，而电磁感应开关的外侧分别设有一由龙力胶制作的限位块05。所述伺服电机13的转轴上设有一角度检测传感器，滑台7上还设有一直线检测传感器(图中未示出)。所述底板的下表面连接基板11，该基板下表面的四角分别设有一调整基板平面的调节螺栓12。伺服电机13得电后，带动滚珠丝杆W17转动，通过固定于螺母座06上的螺母09带动连接有实验摆机构2的滑台7作直线运动。当螺母座碰到电磁感应开关W16则改变运动方向，弹性的限位块05可以防止电气失灵而保护直线运动的部件。直线运动机构的基座采用流行的铝合金结构，主体一次成型，刚度好，振动小。开放的控制接口，便于操作。摆针等部件均采用高强度合金铝；支撑立板为阳极本色氧化处理，摆杆电泳蓝色表面处理，与黑色运动模块相衬，美观大方，简洁耐用。采用进口光电角度编码器作为摆杆角度测量元件，可以获得摆针的精确角度，通过分析可以得出其运动参数，稳定可靠。本技术采用直线运动机构作为基础运动平台，在其滑台上设置一个实验摆机构，构成一个模块化的典型机械工程控制基础实验对象。一级实验摆机构立板顶部安装在转轴一端的角度编码器，对转轴运动的角度和方向进行实时检测；而转轴另一端安装的摆针或者垂吊重物，用来模拟静态不稳定系统和静态稳定系统；直线运动机构本身构成一个静态随机稳定系统。直线运动机构由伺服电机驱动，电机上安装的角度检测传感器，对电机的运动进行检测，直线运动机构上安装的直线运动检测传感器，对直线运动状态(位置和速度)进行检测。所有检测信息通过一运动控制器进入计算机，由计算机中的软件对上述信息进行分析和处理，通过设计的各种数字控制器对机械系统进行控制，使各种控制对象保持动态平衡，满足实验要求。权利要求1.一种机械工程控制基础实验摆，包括带滑台(7)的直线运动机构(1)、设于所述滑台上的实验摆机构(2)，其特征在于所述实验摆机构(2)包括通过一底座(9)竖直连接于所述滑台(7)上的立板(8)、穿套于该立板上端的转轴(4)、设于该转轴一端的角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械工程控制基础实验摆，包括带滑台（７）的直线运动机构（１）、设于所述滑台上的实验摆机构（２），其特征在于：所述实验摆机构（２）包括通过一底座（９）竖直连接于所述滑台（７）上的立板（８）、穿套于该立板上端的转轴（４）、设于该转轴一端的角度编码器（５）、设于转轴另一端的可随其整周回转的悬挂摆动体（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志强，李昌帅，羊少华，王喆，
申请(专利权)人：深圳市鸥鹏科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]