一种便携式计算机控制实验系统技术方案

本发明专利技术提出一种便携式计算机控制实验系统，属于控制实验技术领域，该系统的典型对象调控装置包括被控装置、用于采集被控装置输出信号的信号采集装置和用于干扰被控装置输出信号的负载装置；典型对象调控装置采用直流电机调速装置和温度加热控制装置，利用MATLAB/Simulink进行控制系统中建模与控制算法的仿真研究，将仿真验证后的控制代码直接用于转化成实际系统的控制代码，上位机软件亦采用MATLAB进行编写，使得整个开发工作在同一工作环境下完成；直流电机调速装置采用立式电机基座作为固定电机的装置，外形小巧但质量大，防止电机转动过程产生抖动；温度加热控制装置铜块固定在加热垫片的中间位置，保证加热均匀；加热铜块采取竖直放置的方式，便于温度控制。

Portable computer control experiment system

The invention provides a portable computer control system, belonging to the technical field control experiment, the typical object of the system includes a control device, controlled device for collecting controlled device of signal collection device output signal and load device for the controlled device output signal interference; typical object control device by the control device and the temperature of the heating device for DC motor speed control simulation research on Modeling and control algorithm of the control system by using MATLAB/Simulink, the control code simulation after used directly into the actual code control system, PC software is used for the preparation of MATLAB, which makes the whole development work completed in the same working environment; DC motor speed control device adopts vertical motor as motor device fixed base the compact, but the quality, to prevent the rotation of the motor production process The copper block of the temperature heating control device is fixed at the middle position of the heating shim to ensure uniform heating; the heating copper block is arranged vertically, which is convenient for temperature control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制实验
，具体涉及一种便携式计算机控制实验系统。
技术介绍
在自动控制理论的学习与研究中，仿真和实验占据重要的地位。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；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，然而以上两种实验系统要么存在价格昂贵、体积笨重的缺点；要么需要开发人员进行二次编程，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算法编写复杂和实验场所便捷性差的严重不足。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种便携式计算机控制实验系统，实验平台基于DSP模型设计的原理，实现了MATLAB/Simulink仿真环境与硬件系统直接对接，将MATLAB/Simulink中的模型文件直接转换成控制器所用的代码文件，省去了算法的代码编写，通过CCS将代码文件下载到控制器，利用MATLABGUI编写上位机界面代码，使整个开发工作均在MATLAB的环境下完成，提高编程的便利化，无论是控制代码还是上位机界面均是在matlab下完成，不需要跨平台开发，实现了在一个平台上进行模型仿真和将仿真中的算法直接应用于控制的目的。一种便携式计算机控制实验系统，包括典型对象调控装置、控制主板和上位机系统，且所述的典型对象调控装置和控制主板放置于可携带的箱体内部；所述的控制主板，包括：USB通信模块、DSP核心模块、驱动模块和模数转换模块；所述的典型对象调控装置，包括：被控装置、用于采集被控装置输出信号的信号采集装置和用于干扰被控装置输出信号的负载装置；所述的上位机系统通过USB通信模块连接DSP核心模块，DSP核心模块通过模数转换或编码器接口模块连接典型对象调控装置的信号采集装置，DSP核心模块通过驱动模块连接被控装置。所述的上位机系统，采用MATLAB/Simulink仿真环境，将MATLAB/Simulink中的模型文件直接转换成DSP核心模块所用的可执行代码文件，监控界面代码采用MATALBGUI设计，整个开发工作均在MATLAB环境下完成。所述的典型对象调控装置，采用直流电机调速装置，具体包括：直流电机、光电编码盘、电机基座、电机底座、弹簧、皮带、旋转手轮和传动轮；所述的电机基座竖直设置于电机底座的上端，直流电机固定于电机基座的下部，直流电机的转轴穿过电机基座连接传动轮，直流电机的转轴设置有光电编码盘；所述的旋转手轮固定于电机基座的上部，且与传动轮同侧；所述的弹簧设置于固定于电机基座的上部，且与旋转手轮同侧；所述的皮带一端固定于弹簧，皮带依次嵌入传动轮的凹槽和旋转手轮的凹槽，皮带一端固定于旋转手轮；光电编码盘的输出端连接DSP核心模块的编码器接口，直流电机的输入端连接驱动模块。所述的典型对象调控装置，采用温度加热控制装置，具体包括：加热垫片、加热铜块、热电阻、热绝缘挡板、热绝缘基座和变速风扇；所述的热绝缘基座上端设置有凹槽，凹槽内设置有加热垫片，加热垫片上端竖直放置有加热铜块，且加热铜块通过热绝缘挡板固定于热绝缘基座上端的凹槽内，所述的加热铜块侧面设置有孔，热电阻放置于所述孔内；所述的变速风扇放置于热绝缘基座一侧，且面向加热铜块；所述热电阻的输出端连接模数转换模块，加热垫片的输入端连接驱动模块。所述的弹簧，其阻尼系数为0.2～0.8N.s/m。所述的电机基座采用铝制成，所述的电机底座采用钢制成。所述的直流电机调速装置，还包括绝缘基座，绝缘基座上端设置有用于固定电机底座的磁铁。所述的温度加热控制装置，还包括绝缘基座，绝缘基座上端通过螺钉固定热绝缘基座。所述的变速风扇，其通过变电阻调节风速，且变电阻与DSP核心模块集成为一体。所述的加热铜块，其厚度为7mm～8.5mm。本专利技术优点：本专利技术提出一种便携式计算机控制实验系统，选择的系统被控对象特点显明，与国内现行计算机控制教材重点实验相契合，体积、尺寸合理，均为直流驱动，符合便捷、安全的原则；利用MATLAB/Simulink即可以进行控制系统中建模与控制算法的仿真研究，也可以将仿真验证后的控制代码直接用于转化成实际系统的控制代码，无需二次编程，为控制算法的研究工作提供了极大便利，上位机软件亦采用MATLAB进行编写，使得整个开发工作均在同一工作环境下完成，避免了跨平台开发；充分利用了MATLAB环境中丰富的软件资源；USB通信接口技术，将采集的数据实时、连续地传输到上位机中；在1M/s的采样速率下，可以实现采集数据与上位机的连续、无丢失实时通信；被控对象与控制器均采用小巧设计理念，整个实验系统放置专门的手提式设备箱中，实现实验场所便利化；直流电机调速装置，采用立式电机基座作为固定电机的装置，外形小巧但质量大，防止电机转动过程产生抖动；测速光电编码盘为转速检测模块，将直流伺服电机的转速转换成脉冲，操作简单，计数精准；柔性弹簧作为负载，通过旋转手轮调节负载，负载给定方便易操作；温度加热控制装置，铜块由厚度为2.5mm～3mm的热绝缘隔板固定在加热垫片的中间位置，保证加热均匀；加热铜块采取竖直放置的方式，便于温度的控制，使得滞后现象明显，典型特征突出；热绝缘基座采用低热导材料制成，减小了环境对实验的影响；使用直流变速小风扇，既可提供温度扰动亦便于实验结束冷却铜块。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的便携式计算机控制实验系统结构框图；图2为本专利技术一种实施方式的电路结构图；图3为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置结构示意图；图4为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置和温度加热控制装置组合主视图；图5为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置和温度加热控制装置组合俯视图；图6为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置中单神经元PID调速过程流程图；图7为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置中单神经元模块示意图；图8为本专利技术一种实施方式的直流电机调速装置中单神经元PID模型文件图；图9为本专利技术一种实施方式的温度加热控制装置结构示意图；图10为本专利技术一种实施方式的温度加热控制装置中Smith调温过程流程图；图11为本专利技术一种实施方式的温度加热控制装置中Smith算法模块图；图12为本专利技术一种实施方式的上位机软件操作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种实施例做进一步说明。本专利技术实施例中，如图1所示，便携式计算机控制实验系统，包括典型对象调控装置、控制主板和上位机系统，且所述的典型对象调控装置和控制主板放置于可携带的箱体内部；所述典型对象调控装置采用直流电机调速装置和温度加热控制装置；包括：被控装置(直流电机或加热铜块)、用于采集被控装置输出信号的信号采集装置(光电编码盘或热电阻)和用于干扰被控装置输出信号的调节装置(弹黄负载或变速风扇)；本专利技术实施例中，所述控制主板是系统的数据采集与处理中心，包括DSP核心模块、模数转换模块(A/D)和USB通信接口模块、脉冲宽度调制(PWM)驱动模块；控制主板用于控制量的计算、电机转速的脉冲计数采集(光电编码盘将转速转换成对应的脉冲数)、加热铜块的温度值的A/D数据采集和与上位机系统的高速实时通信；本专利技术实施例中，如图2所示；在JTAG电路中，使用仿真器通过JTAG接口将在MATLAB中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式计算机控制实验系统，其特征在于，包括典型对象调控装置、控制主板和上位机系统，且所述的典型对象调控装置和控制主板放置于可携带的箱体内部；所述的控制主板，包括：USB通信模块、DSP核心模块、驱动模块和模数转换模块；所述的典型对象调控装置，包括：被控装置、用于采集被控装置输出信号的信号采集装置和用于干扰被控装置输出信号的负载装置；所述的上位机系统通过USB通信模块连接DSP核心模块，DSP核心模块通过模数转换或编码器接口模块连接典型对象调控装置的信号采集装置，DSP核心模块通过驱动模块连接被控装置。

【技术特征摘要】
1.一种便携式计算机控制实验系统，其特征在于，包括典型对象调控装置、控制主板和上位机系统，且所述的典型对象调控装置和控制主板放置于可携带的箱体内部；所述的控制主板，包括：USB通信模块、DSP核心模块、驱动模块和模数转换模块；所述的典型对象调控装置，包括：被控装置、用于采集被控装置输出信号的信号采集装置和用于干扰被控装置输出信号的负载装置；所述的上位机系统通过USB通信模块连接DSP核心模块，DSP核心模块通过模数转换或编码器接口模块连接典型对象调控装置的信号采集装置，DSP核心模块通过驱动模块连接被控装置。2.根据权利要求1所述的便携式计算机控制实验系统，其特征在于，所述的上位机系统，采用MATLAB/Simulink仿真环境，将MATLAB/Simulink中的模型文件直接转换成DSP核心模块所用的可执行代码文件，监控界面代码采用MATALBGUI设计，整个开发工作均在MATLAB环境下完成。3.根据权利要求1所述的便携式计算机控制实验系统，其特征在于，所述的典型对象调控装置，采用直流电机调速装置，具体包括：直流电机、光电编码盘、电机基座、电机底座、弹簧、皮带、旋转手轮和传动轮；所述的电机基座竖直设置于电机底座的上端，直流电机固定于电机基座的下部，直流电机的转轴穿过电机基座连接传动轮，直流电机的转轴设置有光电编码盘；所述的旋转手轮固定于电机基座的上部，且与传动轮同侧；所述的弹簧设置于固定于电机基座的上部，且与旋转手轮同侧；所述的皮带一端固定于弹簧，皮带依次嵌入传动轮的凹槽和旋转手轮的凹槽，皮带一端固定于...

【专利技术属性】
技术研发人员：关守平，赵云青，李军凯，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21