CN118397898A - 一种摆角式自控实验教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆角式自控实验教学系统，电动缸铰接在工作台上形成转动副，电动缸的上端连接有连接件；摆动梁摆动梁的左端通过销轴与连接件上端连接形成转动副，摆动梁中部贯穿设有旋转轴，旋转轴前部套设有第一同步带轮；摆动梁支座上端前后两侧分别通过摆动梁支座轴承盖与旋转轴两端的轴承连接；刻度盘固定设置在摆动梁支座前侧面，旋转轴前端面连接有指针；编码器轴端固定有第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮之间通过同步带连接传动；刹车器的内圆面与旋转轴间隙配合，刹车器内嵌有压电传感器，通过拧紧刹车器上的快拆螺钉实现对旋转轴的压力调节。

Description

一种摆角式自控实验教学系统

技术领域

本发明属于教学实验装置技术领域，特别涉及一种摆角式自控实验教学系统。

背景技术

在各领域都会涉及到横梁结构摆角的问题，如舰载航炮的俯仰角等、如何实现自动的精准定位且减小稳态误差，是工程实际需要考虑的现实问题，也是普通高校自动化专业及其相关专业学生需要理解和掌握的问题。《自动控制原理》是普通高校工学专业的一门专业基础课。在专业课程体系占有极其重要的地位。自动控制原理其理论性较强，涉及的系统分析与设计方法复杂，因此学生掌握有一定的难度，实验教学环节的效果对学生掌握理论知识，提升感性认知，提高本课程的教学质量都起着非常重要的作用。

在以往的实验教学环节中，通常采用虚拟机来进行仿真实验，虽然实验方便，但整个实验过程不够直观，不能带来感性认知且不能充分培养学生的动手能力。

在往常的实践教学中，所传授的知识相对抽象，对自动控制原理的实现不宜获得直观的体会，因此学生也难以理解自动控制原理的工程应用，理论讲解与工程实际结合不紧密。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种摆角式自控实验教学系统，采用平面展开式教学系统，便于学生直观看到各系统部件的运动情况。

本发明的技术方案是：一种摆角式自控实验教学系统，包括工作台，所述工作台包括a台面和设置在所述a台面上方的b台面，还包括：

电动缸，通过销轴铰接在所述a台面左侧，形成转动副，所述电动缸的上端连接有连接件；

摆动梁，所述摆动梁的左端通过销轴与所述连接件上端连接形成转动副，摆动梁中部贯穿设有旋转轴，所述旋转轴前部套设有第一同步带轮；

摆动梁支座，固定设置在所述b台面左侧，所述摆动梁支座上端前后两侧分别通过摆动梁支座轴承盖与所述旋转轴两端的轴承连接；

刻度盘，固定设置在所述摆动梁支座前侧面，所述旋转轴前端面设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有指针，所述指针与摆动梁成60度角固定，并随摆动梁一起转动；

编码器，通过编码器支座固定设置在所述摆动梁支座右侧，所述编码器轴端固定有第二同步带轮，所述第二同步带轮与第一同步带轮之间通过同步带连接传动；

刹车器，通过内六角螺钉固定在摆动梁支座上，刹车器的内圆面与旋转轴间隙配合，刹车器内嵌有压电传感器，通过拧紧刹车器上的快拆螺钉实现对旋转轴的压力调节。

进一步地，还包括阻尼器，所述阻尼器尾端通过销轴与工作台的b台面右侧固定连接形成转动副，阻尼器的首端通过销轴与摆动梁的右端轴承之间进行拆装，阻尼器的阻尼大小通过尾部的旋钮进行调节。

进一步地，所述摆动梁中部下方设有挂重杆，所述挂重杆顶部为四根螺柱，底部为带通孔的底盘，四根螺柱通过螺母固定在摆动梁上。

进一步地，所述挂重杆的底盘上设有配重块，所述配重块底面设有与底盘通孔相对应的支脚，配重块上表面同样设有通孔，用于卡接上方的配重块，通过变更配重块的个数，对摆动梁摆动的惯性参数进行设置调节。

进一步地，还包括上位机，所述上位机通过上位机支座固定设置在所述a台面中部，上位机的角度可调。

进一步地，还包括电器盒，所述电器盒设置在所述a台面与b台面之间，电器盒内设有与所述电动缸、编码器、压电传感器连接的控制电路。

进一步地，还包括配件盒，所述配件盒设置在所述电器盒右侧，用于盛放实验系统的配重块、电源线等配件。

进一步地，还包括与所述控制电路连接的开关按钮，所述开关按钮设置在所述上位机右侧。

本发明的工作原理：用户通过上位机编写程序和输入控制参数，控制电动缸推动摆动梁，使摆动梁转动，通过刹车器对摆动梁转轴施加压力、在挂重杆上增加配重或在实验平台加载阻尼器来控制实验变量，摆动梁转动的同时，通过同步带带动编码器记录数据并反馈给上位机，当按下开关按钮时，可以通过实验系统的指针观察摆动梁到达指定俯仰角时的稳态误差和震荡情况，同时上位机也会显示摆动梁的实时角度和震荡波形，使得实验结果既有物理机械结构上的体现也有数字体现，对探究不同条件参数下对自动控制系统的影响以及学习自动控制原理有着重大意义。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种摆角式自控实验教学系统，可以通过实验系统的指针观察摆动动梁到达指定俯仰角时的稳态误差和震荡情况,同时上位机也会显示摆动梁的实实时角度和震荡波形,使得实验结果既有物理机械械结构上的体现也有数字体现。对探究究不同条件参数下对自动控制系统的影响以以及学习自动控制原理有着重大意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的后侧斜视图；

图3是本发明的顶端局部放大图；

图4是本发明的工作台结构示意图；

图5是本发明的摆动梁结构示意图；

图6是本发明的挂重杆结构示意图；

图7是本发明的配重块结构示意图；

图8是本发明的刹车器结构示意图；

其中，1-工作台、2-销轴、3-电动缸、4-连接件、5-摆动梁支座、6-指针、7-刻度盘、8-摆动梁、9-同步带、10-阻尼器、11-编码器、12-第一同步带轮、102-第二同步带轮、13-编码器支座、14-配件盒、15-开关按钮、16-上位机、17-上位机支座、18-配重块、19-轴承、20-挂重杆、21-螺母、22-刹车器、23-摆动梁支座轴承盖、24-销轴、25-电器盒、26-快拆螺钉、27-压电传感器。

具体实施方式

下面结合附图1到附图8，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，本发明中涉及到的电路连接均采用常规的电路连接方式，不涉及到任何创新。

实施例：如图1-3所示，一种摆角式自控实验教学系统，包括工作台1，如图4所示，工作台1包括a台面和设置在a台面上方的b台面，还包括电动缸3、摆动梁8、摆动梁支座5、刻度盘7、编码器11、刹车器22、阻尼器10、上位机16、电器盒25、配件盒14和开关按钮15。其中，

电动缸3通过销轴2铰接在a台面左侧，形成转动副，电动缸3的上端连接有连接件4；摆动梁8摆动梁8的左端通过销轴24与连接件4上端连接形成转动副，如图5所示，摆动梁8中部贯穿设有旋转轴，旋转轴前部套设有第一同步带轮12；摆动梁8中部下方设有挂重杆20，如图6所示，挂重杆20顶部为四根螺柱，底部为带通孔的底盘，四根螺柱通过螺母固定在摆动梁8上；挂重杆20的底盘上设有配重块18，如图7所示，配重块18底面设有与底盘通孔相对应的支脚，配重块18上表面同样设有通孔，用于卡接上方的配重块18，通过变更配重块18的个数，对摆动梁8摆动的惯性参数进行设置调节；摆动梁支座5固定设置在b台面左侧，摆动梁支座5上端前后两侧分别通过摆动梁支座轴承盖23与旋转轴两端的轴承连接；刻度盘7固定设置在摆动梁支座5前侧面，旋转轴前端面设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有指针6，指针6与摆动梁8成60度角固定，并随摆动梁8一起转动；编码器11通过编码器支座13固定设置在摆动梁支座5右侧，编码器11轴端固定有第二同步带轮102，第二同步带轮102与第一同步带轮12之间通过同步带9连接传动；刹车器22通过内六角螺钉固定在摆动梁支座5上，刹车器22的内圆面与旋转轴间隙配合，如图8所示，刹车器22内嵌有压电传感器27，通过拧紧刹车器22上的快拆螺钉26实现对旋转轴的压力调节；阻尼器10尾端通过销轴与工作台1的b台面右侧固定连接形成转动副，阻尼器10的首端通过销轴与摆动梁8的右端轴承19之间进行拆装，阻尼器10的阻尼大小通过尾部的旋钮进行调节；上位机16通过上位机支座17固定设置在a台面中部，上位机16的角度可调；电器盒25设置在a台面与b台面之间，电器盒5内设有与电动缸3、编码器11、压电传感器27连接的控制电路；配件盒14设置在电器盒25右侧，用于盛放实验系统的配重块、电源线等配件；与控制电路连接的开关按钮15设置在上位机16右侧。

上述实施例的工作方法是：用户通过上位机16编写程序和输入控制参数，控制电动缸3推动摆动梁8，使摆动梁8转动，通过刹车器22对摆动梁8转轴施加压力、在挂重杆20上增加配重或在实验平台加载阻尼器10来控制实验变量，摆动梁8转动的同时，通过同步带9带动编码器11记录数据并反馈给上位机16，当按下开关按钮15时，可以通过实验系统的指针6观察摆动梁8到达指定俯仰角时的稳态误差和震荡情况，同时上位机16也会显示摆动梁8的实时角度和震荡波形，使得实验结果既有物理机械结构上的体现也有数字体现，对探究不同条件参数下对自动控制系统的影响以及学习自动控制原理有着重大意义。

上述电子元件的具体型号未作特殊指定，均可以选用市售的普通产品，只要能够满足本发明的使用需求即可。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种摆角式自控实验教学系统，包括工作台(1)，所述工作台(1)包括a台面和设置在所述a台面上方的b台面，其特征在于，还包括：

电动缸(3)，通过销轴(2)铰接在所述a台面左侧，形成转动副，所述电动缸(3)的上端连接有连接件(4)；

摆动梁(8)，所述摆动梁(8)的左端通过销轴(24)与所述连接件(4)上端连接形成转动副，摆动梁(8)中部贯穿设有旋转轴，所述旋转轴前部套设有第一同步带轮(12)；

摆动梁支座(5)，固定设置在所述b台面左侧，所述摆动梁支座(5)上端前后两侧分别通过摆动梁支座轴承盖(23)与所述旋转轴两端的轴承连接；

刻度盘(7)，固定设置在所述摆动梁支座(5)前侧面，所述旋转轴前端面设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有指针(6)，所述指针(6)与摆动梁(8)成60度角固定，并随摆动梁(8)一起转动；

编码器(11)，通过编码器支座(13)固定设置在所述摆动梁支座(5)右侧，所述编码器(11)轴端固定有第二同步带轮(102)，所述第二同步带轮(102)与第一同步带轮(12)之间通过同步带(9)连接传动；

刹车器(22)，通过内六角螺钉固定在摆动梁支座(5)上，刹车器(22)的内圆面与旋转轴间隙配合，刹车器(22)内嵌有压电传感器(27)，通过拧紧刹车器(22)上的快拆螺钉(26)实现对旋转轴的压力调节。

2.如权利要求1所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，还包括阻尼器(10)，所述阻尼器(10)尾端通过销轴与工作台(1)的b台面右侧固定连接形成转动副，阻尼器(10)的首端通过销轴与摆动梁(8)的右端轴承(19)之间进行拆装，阻尼器(10)的阻尼大小通过尾部的旋钮进行调节。

3.如权利要求1所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，所述摆动梁(8)中部下方设有挂重杆(20)，所述挂重杆(20)顶部为四根螺柱，底部为带通孔的底盘，四根螺柱通过螺母固定在摆动梁(8)上。

4.如权利要求3所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，所述挂重杆(20)的底盘上设有配重块(18)，所述配重块(18)底面设有与底盘通孔相对应的支脚，配重块(18)上表面同样设有通孔，用于卡接上方的配重块(18)，通过变更配重块(18)的个数，对摆动梁(8)摆动的惯性参数进行设置调节。

5.如权利要求1所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，还包括上位机(16)，所述上位机(16)通过上位机支座(17)固定设置在所述a台面中部，上位机(16)的角度可调。

6.如权利要求5所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，还包括电器盒(25)，所述电器盒(25)设置在所述a台面与b台面之间，电器盒(5)内设有与所述电动缸(3)、编码器(11)、压电传感器(27)连接的控制电路。

7.如权利要求1所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，还包括配件盒(14)，所述配件盒(14)设置在所述电器盒(25)右侧，用于盛放实验系统的配重块、电源线等配件。

8.如权利要求6所述的一种摆角式自控实验教学系统，其特征在于，还包括与所述控制电路连接的开关按钮(15)，所述开关按钮(15)设置在所述上位机(16)右侧。