XZ-IIA旋转式倒立摆的系统使用.docx

前言一、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 硬件局部1.4 软件局部二、XZ-IIA旋转式倒立摆的系统使用2.1 重点事项1. 1.1开机市点事项2. 1.2装配电脑的要求3. 1.3使用重点事项4. 2系统使用2. 2.1开机操作与电位器零位的调整方法3. 2.2系统操作与维护三、XZ-IIB.XZ-I1.C型倒立摆的操作说明4. 1随动系统的机械改装说明4.2 XZ-IIC型倒立摆操作说明4.3 XZT1.B型倒立摆操作说明现代科技开展，推动传统教学方式的改革，迫使教学荷眼培养学生的创造能力和实际操作能力。一流的教学实验设备为学生掌娓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-H型旋转式倒立拐系统，是一个典型的机电体化系统，采用内置DSP运动控制器和力矩电机进行实时运动控制。XZTI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征和系统集成方法得倒立摆及其功能扩展的位置付版系统作为一种自动控制教学实脸设招,能第全面地满足自动控制教学的要求.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福可以通过实验装置直观的表现出来.倒立撰的控制技巧,极富趣味性，很适合学习自动控制课程的学生使用它来脸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单、可靠,本钱低原、体枳小.是高等院校埋患的自动控制教学的实验设备.除教学用途之外，出于倒立摆系统的高阶次、不稳定、多变崎、非线性和强箱合等特性，许多控制理论的研究人员一直将它作为研究对象,并不断从中开捱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理想平台.XZ-H型倒立摆系统可以方便地构成一个位置控制系统的被控时象，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VJ，6.O实现模拟运算放大器校正网络的功能.通过微机配过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、领域特性分析和品质校正的实验，此外，配汽计算机控制系统和控制系统计分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-H型旋转式倒立挣系统的系列产M是一个多功能的教学实验平台,产品使用DSp芯片来控制倒立推，有利于系统的小型化，控制更加快速，抗干扰性覆，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粉装符和手段。XZ-HA旋转式倒立摆概述1.1、 系统总体结构XZII型旋转式倒立拱系统采用DSP作控制涔,由直流力矩电机直接驱动能修独立执行实时控制算法.脱漓计算机直接运行：也可以通过RS-232C小行通讯接口用计算机控制.进行在线控制算法冏试，是具有独立控制能力和标准通讯接口的专用智能蛤设备。它的DSP局部、电源与电机Si动局部全部安装在机箱内，采用这样封闭式的结何,不易人为损坏.运动局部安装在机箱上，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.计算机<>DSPT驱动力矩电机旋臂stf小小1.三三三J1.-j电位器电位器2e图2系统框图1.2、 机械结构系统的机械结构如图3所示，其中各局部为：1.旋臂，2.摆杆,3.电位器，4.它流力矩电机，5,支架,6.机箱,7.电源开关，8.,B、C为调节螺物9.D、E分别为电位满1、2的轴.一些器件的参数如下：1 .机箱尺寸：360三m×2W三n×90mM.旋钟尺寸：15wn×200三,攫杆尺寸：15<nm×25O三.支架高度：400rm,2 .加耨质量(包括电位2)：200g：拱杆质St：50g.两者都采用愕合金材料.3 .测盘电位器：W)I)35D导电蹩料电位器，阻你：IKC,独立规性度：0.1%,寿命达5000万转.4 .直流力矩电机:701.Y53永诲出流力矩电动机,培利电压：Uf=27V,满额电流：If=2.26A,堵游力电Mf=O.627Nm.最大空载转速：Ncmax-900r/iru1.3、硬件局部I.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，具有演大的数据处理功能和丰富的片内外设模块,能弗独立执行实时控制算法，也可以通过RS-232C串行总线与计蚱机通讯.其主要的性能指标如下：1）高速惮态OiOS工艺，16位定点数字信号处理器，50ns指令周期,2）224KX16位字的寻址能力（程序、局部数据、IO各6幅，全局数据32K）.544字X16位片内数据/程序双口（Dua1.Access）RAM.16K字X16位片内闪速存谛器（F1.ASH）.3）双10位ADC单元,各有8路给人,能够在IOUS内同时实现两路转换.4）12路比较/脉冲调宽皿M）怆出,直接针对电机控制系统设计.5）小行通讯接口：支持RS-232标准的邢行通讯。6）具有可褊程中断系统、事件管理模块、看门狗电路、然相环时怦及基于扫描的仿真接口（JTAG标准）.1 .20V直流稳压电海由集成电路1X317提供,输出电流可达1.5,5V直流稳压电源由集成电路7805提供.2 .电机驱动同部采用PUM工作方式的芯片A3952S将DSP单元送出的PWM和DIR信号进行合成放大，驱动电机工作3 .变坦器型号R80.功率72%空载电流7mA,嫉率50Hz,初级输入电压220v.4 .与计算机通讯,采用RS-232申行通讯接口.1.4、软件局部软件系统包括DSP和PC两个局部.5 .PC软件a程语言MicrosoftVC+6.0.6 .控制周期是1.（s,界面上的显示利新周期是50ms.7 .DSP软件编程利用CC摘洋器，8 .提供以下两种根本的运行方式：D联机调试方式：IhPC进行捽制,DSP只是作为PC的采样和控制给出接口单元使用自身不进行算法处理.2）脱机运行方式：由DSP独立进行控制，此时，DSp仍然可以利用中行通讯接口将实时控制数据发送到PC中,但是.Pe只是用作观测、分析运行数据.具有良好的人-机界面，可以很方便地进行。法调试.二、XZ-IIA型旋转式倒立摆的系统使用2.1、 重点事项2.1.1、 开机篁点事项1 .开箱之后,手提支架招倒立摆放世在具行一定强度且平稳的实验台上.2 .检查倒立挖有无损坏，爆钉是否松动，尤其是A、B、C处（见图3）是否松动,3 .检衣所配附件有无短缺、投坏，附件数倒立携主体（包括摆杆、施卷、电机、电位器、机箱等）1电源建1RS232C串行总线1光盘一张1用户使用手册1实验指号书12.1.2、 电脑的配置要求A、操作系统是m98；B,内存足终大，最好是256Y：c、机器内装有VaT6.0软件：D、PC机中装有MAT1.U6.1软件：现在版本的软件只能在WN98的愫作系统下运行，请用户必须安装W1.N982.1.3、 使用重点事项I、倒立按装置要摆放在有足峥强度和稳度的水平京而上.2、就两那要有足够的空间，使得旋臂和提杆能够自由地晃动,有关人员应防止站在摆的左右方，以免造成伤害。3、不要在高温和潮湿的环境中使用该设符，3,进行系统连线、拆却与安装前,必须关闭系统所有电源.2.2、 系统使用2：2：1、倒立摆的开机操作及电位器零位调整方法1 .倒立摆从纸箱里京出来之后，放在平整的桌面上，在桌子的附近要有一台电脑。拿出电源线和232接口线，首先插好电海线，然后用内六角扳手把Ia定摆杆和悬臂的央箍松开内校无螺统松动,若有蝶的松动请上紧！2.翻开倒立摆的电源，翻开电源的同时最好用手扶助摆杆，当拐杆和公憎打到倒立接黑色固定限位垫圈时等待大概30秒的时间悬照开始爱动，此时用手轻轻的扶助悬臂和摆杆到倒立的位田，倒立挖就可以正常工作了。3、以上操作例立摆不能正常工作，此时可以关抻电源然后重新翻开电源，再垂复以上的操作.如果屡次开关机后仍然不能jE常工作,可以到断电位渊的零位不对，倦要调整倒立接电位器的零位.以下也点介绍电位器的零位词整方法:I、首先为控电源，然后放倒倒立找圈开倒立卷的底芾，拔抻电源板上电机戏插头（电源板上有微热器很好确认,电机找插头在集成块A3952冏近，两芯的大插头）。2 .把倒立娓重新放正.连接好RS-232接口线到计算机上,运行PC控制软件后加现图（4）所示：然后设更相关参数如下：1）控制/倒立操作2）文件/设置操作设置参数同图（5）所示画面3）文件/开始操作.2、松开倒立把的电位器固定摞丝参照图（6）:A,B,C,D、E五个螺纹然后用一字螺丝刀调整电位器时节处T1.、T2就行了.注：倒立接电位器零位调整参照图先松开A、B、C、D、E等5个电位固定螺理,再调门、T2电位器调节处3、隔开倒立俄的电源观察PC上显示的和例立搓实际的位汽是否致，如果不一致调节T1.、T2使汨倒立技实际的位置和PC中显示的位冏一样就行了.4、调节完毕后冏定螺统,同定时千万要小心先固定B然后冏定C、D、E最后固定A.5、螺丝固定后，看此时倒立按的摆杆和公仔位置是否和PC显示的一致，若此时还是一致说明电位器的零位网节成功！关掉倒立楞电源，6、插上电源板上电机插头红、黑两色,上好底盖.7.翻开倒立探此时倒立接应该能正常工作了.说明：电位者寄位的调整比较不容易，学生-般要在老师的指导下进行.2.2.2系统操作与雉护1 .脱机控制（不需要计算机也接用倒立摆内部的DSP控制）1）倒立接的脱机控制无罐与计算机连接，由I）SP独立完成控制功能.接通电源后，附开倒立摆开关，旋埒将带动把杆挖起到倒立位置附近，（必要时用手扶到中间位跟，）倒立摆保持平衡运动状态。2）随动系统的脱机控制（我们开发的XZ-HB蟹具有此功能）无需与计算机连接.主要由多个设备连接起来使用.主要的设备是倒立摆一台、电平转换盒一个.模拟机一个另外还需要伯号发生器和示波器各一台.整个系统构成了模拟随动系统，用户按实验要求连接好系统后，就可以憾随动系统的控制实验了.具体操作见XZ-IIR操作说明。如果需要通过计尊机观察网立理的运行曲线，用RS-232C串行通讯接口将创立摆和微机连接。利用提供的PC软件.可以监视倒立拱的运行情况.进行数据处理.2 .联机控制（利用计算机进行控制I）倒立提用RS-232C奉行通讯接口将倒立接和微机连接，解开系统提供的PC程序设置为“控制模式”后开始运行程序.然后翻开倒立炭装BU.的开关.施普将带动按杆拱起到倒立位置附近,（必要时用手扶到中间位S1.）倒立摆保持平衡运动状态.通过程序界面可以观察倒立秘的运行曲线，并可以将运行数据保存到文本文件.以便进行分析处理.2）«1动系统的联机控制（我们开发研制的XZ-I1.C型具有此功能）此系统可看成是数字模拟系统，主要利用计篇机和软件完成曲动系统的控制，具体的操作见XZ-IIC操作说明。3,软件使用说明1）装好光盘,符PC控制软件的文件夹更制到PC上,此软件可直接运行.需要注意的是软件的运行环境要求是*11三操作系统，最好安装YC+6.0和MT1.U6.I两个软件以便后面的实验怫作.2）用RS-232中行通讯接口线将倒立卷和PC机相连接。3）运行DSP.EXE,将出现图（4所示界面图（4）点击“文件（F"/"设置（三）”,出现RIPSET1.NG对话框见图（5）.通过这个对话框.在“控制模式”下.可以在线设置和惚改除运行模式之外的其他控制参数.而只有在停止运行时才可以修改运行模式，以防止意外发生.C式CfJWIUSER)«!BtW1.式图5）-1）参数设置主要包括以下1个方面。运行模式控制模式：H1.微机进行控制和数据处理.并借助串口通讯小DSP实现采样和输出.监视模式：控制在DSp中完成,微机用作观刈与保存运行数据.控制模式（USer）：当用户设计好自己的控制算法，在此模式下实整控制效果，主要由PC机进行控制和数据处理，并并借助串口通讯由DSP实现采样和输出.根本设置，用于设置硬件上的参数,包括电机的满额电压死区电Jh这一般是不用改变的.另外是按朴和旋臂的词的,当发生意外碰撞时，可能辐要更新调节.愉入数值时,可看到旋臂或零杆会发生相应的偏移. Ka.Ko.Kva.Kv。是状态反应控制方法中的反应系数. 在实现摆起控制时，可以根据实际情况时节搜起电压，制动角度，左右校正等参数.注意：运行时清退出任何其它应用程序，以免内存缺乏及系统多任务影响中行通讯，影响系统正常工作，4.系统维护D电气局部出现故障,符倒立排放倒,松开箱体底面的6个螺钉,可将底板装置上的驱动局部及DSP局部拆开.进行维修诩整.2)按杆摆动时距离箱体距离不相等，可松开图2中C处的蝶打，调整提杆位祝，使它不与箱体发生磁描，3)由于意外使倒立拱发生撞击或摔打,倒立找无法实现倒立控制，或者旋曾偏移平衡位置较大，则需要重新调节电位潺的零点.三、XZTIB及XZ-IIC旋转式倒立摆操作说明3.1、 随动系统的机械改装说明倒立携用于实现位盟K1.动系统功能时的改装见图(7)所示，具体操作：1 .将探杆与悬弯井拢装上压板（I）2,在摆杆的末端套上延伸杆（3）用夹用2夹紧3、装上配流（-1）调节平衡并夹索4、如仅作倒立拱可松开夹箍将延伸杆及配重拆卜，再拆去压板即可图（73.2、 XZ-HC旋转式倒立摆操作说明一、倒立摆实验参照XZ-IIA的系统使用，主要是卷照实骆指导书的实蕤6和实验7.二、随动系统的实险：1 .机械改装见3.1的操作2,组成实验系统,只要一台机械改装后的1.动系统，通过RS-232接1与RC机连接.便构成实验系统3、岷机试验：首先运行DSP.EXE,出现图（4所示的画面，实骗具体愫作参照实验指导书。3.3、 XZ-HB旋转式倒立摆操作说明一、倒立探实5金时,同XZ-HA的系统使用二、随动实验时,操作步骤如下：1.机械的改装见3.1的操作2、纲成实险系统：准备好一台模拟机、示波器、信号发生器以及附件中的电平转换盒根据需要组成一个随动系统.实腌系统的连接可参考图8）所示框图：用户参照图（8）进行系统的连接，组成位盥K1.动实验系统，然后参照实验指导书进行实聆.利用模拟机可以做P1.D系统校正实骁、稔定性实验、时域实验、领域实骁等等，3、系统连接好之后，开机运行,如果要利用计算机监觇系统运行状况，可以接上RS-232接口战，再运行我们提供的程序DSPEXE.然后点击文件/设置再把运行模式设置为赛视模式就可以了见图（5）所示.图（8>.XZIIBBS动实验系统方框图