[实用新型]机械控制响应实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械控制工程基础实验装置，特别涉及一种多形式结构可变化的机械控制响应实验装置。

背景技术

随着社会的进步，生产力水平不断提高，生产效率的不断提升，机器代替人工作业应用越来越广泛；控制技术被广泛的应用于各个领域，特别是机械控制技术，培养相关技术人才是社会现代化建设的基础，机械工程控制基础课程作为各大高校进行授课的基础课程，是一门理论与实际相结合的课程，为了直观地展示相关的控制方法和相关算法的应用效果和不断开发新的控制方法，需要一个对应相关的实验验证平台。

为了更好地验证和研究控制方法和算法，人们开发各式各样的验证实验平台，典型的有倒立摆系统和球杆系统，倒立摆系统是一个不稳定的，非线性系统，是十分典型的机械系统的控制对象，常见的倒立摆系统是通过电机驱动小车直线运动，编码器采集运动量，反馈控制器，控制器计算处理数据，输出控制量脉冲，控制小车在导轨上左右运动，再通过动力学原理，驱使在小车上的的摆杆摆动，使摆杆达到直立不倒和控制电机使摆杆左右摆动进入稳摆范围，能够很好的反映控制系统对静态不稳定系统，静态稳定系统及静态时随机稳定系统的控制效果。但电机驱动小车过程中，通过皮带作为动力传动装置，传动环节较多，且皮带的富有弹性，使实验控制精度不够高；小车与摆杆刚体连接，且摆杆无阻尼器，对于系统含有弹性连接和阻尼部件的系统不能很好的展示控制效果，如二阶阻尼系统。同时倒立摆系统是垂直系统而本实用新型是水平系统。

完整的自动控制系统是通过电气系统控制，机械系统实施执行控制命令，为了研究系统的自动控制原理，同时开发了各种各样的自动控制实验箱来研究各种类型系统的响应特性。自动控制实验箱通过可变电阻调节输入电压，设计系统电路，测定输出电压，建立系统数学模型，绘制频率特性曲线图，来分析自动控制系统特性，系统的参数可以通过调节电阻，电感及电容进行变换，可变范围广，可模拟线性系统及非线性系统等多种类型的自动控制系统，来研究系统的稳定性等特性。但是系统的特性只是通过计算机数据处理绘制的各种曲线的形式表现出来的，还是停留在理论基础上，不能实际展示控制的效果。

实用新型内容

为了解决现有技术中问题，本实用新型提供了一种机械控制响应实验装置，包括机械本体、控制器及控制系统，所述机械本体包括驱动伺服电机、联轴器、轴承座、滚珠丝杆、主动质量滑块、磁栅尺、从动质量滑块、导轨，所述磁栅尺包括读数部分和底座磁性刻度部分，所述驱动伺服电机、联轴器、轴承座、滚珠丝杆、主动质量滑块、从动质量滑块、导轨设置在磁栅尺的底座部分；

所述联轴器一端与滚珠丝杆连接，另一端连接驱动伺服电机，所述联轴器固定在轴承座上，所述主动质量滑块穿过滚珠丝杆置于导轨上，主动质量滑块与从动质量滑块连接。

作为本实用新型的进一步改进，还包括弹簧，主动质量滑块一端通过弹簧与从动质量滑块连接。

作为本实用新型的进一步改进，还包括活塞式阻尼器，从动质量滑块与活塞式阻尼器连接。

作为本实用新型的进一步改进，还包括刚性连接件，主动质量滑块一端通过刚性连接件与从动质量滑块连接，还包括活塞式阻尼器，从动质量滑块与活塞式阻尼器连接。

本实用新型采用滚珠丝杆为主动质量滑块直线运动导轨，可将电机的旋转运动转化为直线运动，驱动主动质量滑块做直线运动。主动质量滑块和从动质量滑块之间装有弹簧，构成二阶系统结构。活塞式阻尼器与从动质量滑块通过标准连接件连接，构成系统阻尼部分。采用磁栅尺采集从动质量滑块的位移量信息，反馈给控制器。弹簧和活塞式阻尼器自由拆装，构成不同的机械结构系统。

该装置以机械滑动模块为控制对象，以matlab（是矩阵实验室Matrix Laboratory的简称）为控制工具，直观展示传递函数和状态空间等控制方法；通过分析系统的时域和频域特性，可验证一阶阻尼机械系统，二阶振荡机械系统及二阶阻尼机械系统，广泛应用于机械工程控制基础实验教学。

附图说明

图1是本实用新型控制原理图；

图2是本实用新型二阶阻尼系统机械本体立体图；

图3是本实用新型一阶阻尼系统机械本体立体图；

图4是本实用新型二阶震荡系统机械本体立体图；

图5是磁栅尺结构示意图。

图中各部件名称如下：