臺面球x－y軌跡氣動控制裝置的製作方法

2023-09-18 03:12:45

專利名稱：臺面球x－y軌跡氣動控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械技術領域的裝置，具體地說，是一種臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置。
背景技術：
由於臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置是一個非線性的控制系統，如臺面的不平整，比例流量控制閥存在一定範圍的死區等都是系統產生非線性的原因，另外被控對象小球本身的運動方程也帶有非線性。所以控制方法的選擇是整個系統設計的一個關鍵。
經對現有技術的公開文獻檢索發現，胡琳靜等人在《實驗技術與管理》，Vol.22，No.14，2005撰文「基於模糊控制的板球控制系統實驗裝置」，該文章介紹了一種實驗裝置，此裝置是通過CCD攝像頭採集圖像，經過處理後得到小球的坐標位置，再經計算機進行控制運算後發出控制指令，控制指令經放大輸出給直流電機，電機再通過傳動裝置控制板繞縱橫兩軸轉動，從而使小球滾動，達到期望位置。雖然能夠實現小球在板上的穩定滾動，但軌跡跟蹤效果並不十分理想，主要原因如下1、採用圖像處理技術採集小球在板上的坐標信號，數據採樣頻率不夠快。對實時系統的穩定運行有較大影響。2、採用直流電機直接驅動平板運動，其在控制的精度、速度變化範圍、低速性能方面還不夠理想。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，使其可以有效提高小球的控制精度，控制小球在二維平面上做各種軌跡運動，有效地提高了實驗裝置的控制演示效果。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括數據採集卡、計算機、平臺支架、平臺、小球、觸控螢幕裝置、電位器、平臺伺服裝置。連接方式為平臺與平臺支架通過角軸承聯接，小球作為被控對象放在觸控螢幕裝置上，觸控螢幕裝置固定在平臺上，並通過標準RS232總線與計算機相連，電位器固定在平臺支架的兩端，數據採集卡插入計算機的PCI插槽中，通過數據線與接線端子相連，平臺伺服裝置安置在平臺支架上以驅動平臺動作。
所述的觸控螢幕裝置包括觸控螢幕及串口控制器，連接方式為觸控螢幕與串口控制器通過數據線相連，串口控制器再將處理後的坐標信號通過RS232總線與計算機相連。
所述的平臺伺服裝置包括凸輪、推桿、擺動氣缸、接線端子、比例流量控制閥、開關閥、減壓閥、功率放大電路板，連接方式為接線端子、功率放大電路板與比例流量控制閥用導線進行對應連接，開關閥、減壓閥、比例流量控制閥、擺動氣缸它們之間都通過軟管進行連接，凸輪固定在擺動氣缸的軸上，推桿安置在平臺與凸輪之間，以推動平臺上下運動。
本發明工作時，小球在平臺上自由滾動，計算機通過觸控螢幕裝置採集到小球在觸控螢幕上的輸出信號，將其轉化為小球在觸控螢幕上的坐標量，以X軸方向小球的控制為例，獲得的X軸坐標與設定的X方向參考坐標進行比較可得到位置偏差，通過控制器的設計，可得到平臺在X方向上期望的角度量，同時電位器傳感到平臺實際的角度量，期望值與實際值又產生一個偏差，將偏差再輸入一個設定的控制器，產生系統的控制量，再將控制量提供給功率放大電路板，經放大後再分別驅動兩塊比例流量控制閥，當其中一個比例流量控制閥進氣時另一個出氣，這樣來構成氣動迴路控制一個擺動氣缸動作，使平臺快速達到期望的角度量，從而促使小球在檯面上做設定的軌跡跟蹤運動。
本發明具有以下優點(1)氣體的可壓縮性較大，剛度較小，因而氣動系統的伺服控制不易於實現，擺缸的裝置設計使擺缸進出氣口同時有流量的控制，提高了伺服系統的響應特性，本系統也可用於氣缸的動態模型測試。(2)通過觸控螢幕裝置對小球坐標信號進行實時採樣，響應速度快，系統幹擾小，提高了小球的軌跡跟蹤效果，適合系統長時間的穩態運行。(3)通過電位器傳感平臺的實時運動狀態，與期望的狀態值產生偏差，構成伺服控制迴路，提高了系統的控制精度和穩定性。


圖1為本發明結構示意圖其中，1為數據採集卡，2為計算機，3為平臺支架，4為平臺，5為觸控螢幕，6為電位器，7為凸輪，8為小球，9為推桿，10為擺動氣缸，11為串口控制器，12為觸控螢幕裝置，13為比例流量控制閥，14為平臺伺服裝置，15為開關閥，16為減壓閥，17為功率放大電路板，18為接線端子。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明包括數據採集卡1、計算機2、平臺支架3、平臺4、電位器6、小球8、觸控螢幕裝置12、平臺伺服裝置14，連接方式為平臺4與平臺支架3通過角軸承聯接，小球8作為被控對象放在觸控螢幕裝置12上，觸控螢幕裝置12固定在平臺4上，並通過標準RS232總線與計算機2相連，電位器6固定在平臺支架3的兩端，數據採集卡1插入計算機2的PCI插槽中，通過數據線與接線端子18相連，平臺伺服裝置14安置在平臺支架3上以驅動平臺動作。
所述的觸控螢幕裝置12包括觸控螢幕5及串口控制器11，連接方式為觸控螢幕5與串口控制器11通過數據線相連，串口控制器11再將處理後的坐標信號通過RS232總線與計算機2相連。
所述的平臺伺服裝置14包括凸輪7、推桿9、擺動氣缸10、接線端子18、比例流量控制閥13、開關閥15、減壓閥16、功率放大電路板17，連接方式為接線端子18、功率放大電路板17與比例流量控制閥13用導線進行對應連接，開關閥15、減壓閥16、比例流量控制閥13、擺動氣缸10它們之間都通過軟管進行連接，凸輪7固定在擺動氣缸10的軸上，推桿9安置在平臺4與凸輪7之間，以推動平臺7上下運動。
使用本發明前，首先進行水平調整，先把減壓閥16調到零位。手動調節擺動氣缸10，使其停在擺動幅值的中位。利用水平尺等工具對平臺支架3進行水平調整，使平臺4達到水平位置，在觸控螢幕上放置小球8以檢驗所調的效果。接好線路，對減壓閥16的輸出壓力設置一個固定的值。通過實時仿真系統對平臺伺服裝置14的控制器參數進行優化。
下面進入實時實驗階段。在計算機2上啟動系統，平臺4自動到達水平狀態，將小球8放在觸控螢幕5上使其靜止。再通過輸入小球8的設定軌跡，小球8即可在觸控螢幕5上實時跟蹤設定軌跡，完成控制演示任務，通過改變現有的控制算法，可以實時檢驗控制算法的控制效果。
權利要求
1.一種臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，包括數據採集卡(1)、計算機(2)、平臺支架(3)、平臺(4)、電位器(6)、小球(8)、觸控螢幕裝置(12)、平臺伺服裝置(14)，其特徵在於，平臺(4)與平臺支架(3)通過角軸承聯接，小球(8)作為被控對象放在觸控螢幕裝置(12)上，觸控螢幕裝置(12)固定在平臺(4)上，並通過標準RS232總線與計算機(2)相連，電位器(6)固定在平臺支架(3)的兩端，數據採集卡(1)插入計算機(2)的PCI插槽中，通過數據線與平臺伺服裝置(14)相連，平臺伺服裝置(14)安置在平臺支架(3)上以驅動平臺動作。
2.根據權利要求1所述的臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，其特徵是，所述的觸控螢幕裝置(12)包括觸控螢幕(5)及串口控制器(11)，連接方式為觸控螢幕(5)與串口控制器(11)通過數據線相連，串口控制器(11)再將處理後的坐標信號通過RS232總線與計算機(2)相連。
3.根據權利要求1所述的臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，其特徵是，所述的平臺伺服裝置(14)包括凸輪(7)、推桿(9)、擺動氣缸(10)、接線端子(18)、比例流量控制閥(13)、開關閥(15)、減壓閥(16)、功率放大電路板(17)，連接方式為接線端子(18)、功率放大電路板(17)與比例流量控制閥(13)用導線進行對應連接，開關閥(15)、減壓閥(16)、比例流量控制閥(13)、擺動氣缸(10)它們之間都通過軟管進行連接，凸輪(7)固定在擺動氣缸(10)的軸上，推桿(9)安置在平臺(4)與凸輪(7)之間，以推動平臺(7)上下運動。
4.根據權利要求1所述的臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，其特徵是，電位器(6)與推桿(9)平行放置在平臺支架(3)的兩端。
5.根據權利要求1所述的臺面球X-Y軌跡氣動控制裝置，其特徵是，小球(8)作為被控對象放在觸控螢幕(5)上。
全文摘要
一種機械技術領域的臺面球X－Y軌跡氣動控制裝置，本發明包括數據採集卡、計算機、平臺支架、平臺、小球、觸控螢幕裝置、電位器、平臺伺服裝置。連接方式為平臺與平臺支架通過角軸承聯接，小球作為被控對象放在觸控螢幕裝置上，觸控螢幕裝置固定在平臺上，並通過標準RS232總線與計算機相連，電位器固定在平臺支架的兩端，數據採集卡插入計算機的PCI插槽中，通過數據線與平臺伺服裝置相連，平臺伺服裝置安置在平臺支架上以驅動平臺動作。本發明可以有效提高小球的控制精度，控制小球在二維平面上做各種軌跡運動，有效地提高了實驗裝置的控制演示效果。
文檔編號G05D3/20GK1811643SQ200610024080
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月23日 優先權日2006年2月23日
發明者金惠良, 謝文華, 章自群, 宋小冬 申請人:上海交通大學