一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉桿式位移傳感器、中心軸、拉簧、滑塊板、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置、底座、中板，所述滑塊板包括載物板、質(zhì)量塊、凹槽滑輪，所述底座包括軸承、導(dǎo)電滑環(huán)，所述中板包括支撐板、圓柱導(dǎo)軌、前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)，所述中板位于所述底座之上，所述拉桿式位移傳感器、拉簧、滑塊板位于所述中板之上，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置位于所述中板前側(cè)。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)結(jié)合經(jīng)典控制理論的實(shí)際特點(diǎn)，提出了一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，使用圓周運(yùn)動(dòng)的新穎結(jié)構(gòu)構(gòu)建了二階機(jī)械移動(dòng)系統(tǒng)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、拆裝方便、關(guān)鍵部件可更換，完全可以滿(mǎn)足二階系統(tǒng)性質(zhì)觀察實(shí)驗(yàn)和PID位置控制實(shí)驗(yàn)的硬件需求。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置
本技術(shù)屬于控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，涉及到一種機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
工程教育是為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供工程技術(shù)與企業(yè)管理人才的主要渠道。已成為高等工程教育大國(guó)的中國(guó)，正以實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃為突破點(diǎn)，加快高等工程教育改革創(chuàng)新。機(jī)械工程控制課程改革正是契合了工程教育改革的時(shí)機(jī)。在工程教育的大背景下，如何鞏固和加強(qiáng)機(jī)械工程控制技術(shù)體系，在有限的時(shí)間內(nèi)使學(xué)生在這個(gè)體系里循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)和掌握機(jī)電系統(tǒng)控制理論和方法，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)他們的控制論知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力，這是目前機(jī)械工程控制課程亟待解決的問(wèn)題。控制論本身就是一門(mén)理論性很強(qiáng)的科學(xué)，機(jī)械工程控制也不例外。針對(duì)“機(jī)械工程控制基礎(chǔ)”課程教學(xué)側(cè)重理論，與工程實(shí)踐結(jié)合較少的不足，增設(shè)實(shí)物實(shí)驗(yàn)是教學(xué)效果提升的較好手段，尤其是對(duì)于機(jī)械工程控制等原理性強(qiáng)的課程，更要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。實(shí)驗(yàn)包括仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)兩大類(lèi)，仿真實(shí)驗(yàn)主要為Matlab仿真實(shí)驗(yàn)，如單位脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)等的實(shí)驗(yàn)確定；實(shí)物實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證過(guò)程。以機(jī)電系統(tǒng)的具體案例及卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，結(jié)合工科機(jī)械類(lèi)本科學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)，本技術(shù)提出了一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。加強(qiáng)了機(jī)械工程控制課程和實(shí)踐的緊密聯(lián)系性，通過(guò)實(shí)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等方式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐系統(tǒng)，從而提升教學(xué)效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)為解決當(dāng)前大學(xué)控制工程基礎(chǔ)課程內(nèi)容過(guò)于抽象，沒(méi)有實(shí)物演示，學(xué)生理解困難的問(wèn)題而提供的一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以讓學(xué)生更直觀的理解系統(tǒng)的控制與分析過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)本技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉桿式位移傳感器、中心軸、拉簧、滑塊板、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置、底座、中板，所述滑塊板包括載物板、質(zhì)量塊、凹槽滑輪，所述底座包括軸承、導(dǎo)電滑環(huán)，所述中板包括支撐板、圓柱導(dǎo)軌、前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)，所述中板位于所述底座之上，所述拉桿式位移傳感器、拉簧、滑塊板位于所述中板之上，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置位于所述中板前側(cè)。所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置工作時(shí)，帶動(dòng)所述中板以所述中心軸為中心圓周運(yùn)動(dòng)。所述質(zhì)量塊大小、數(shù)量是可配置的。所述拉桿式位移傳感器的信號(hào)線、所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置的動(dòng)力線通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)與控制器連接，所述中板圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)繞線。所述拉簧一端連接所述拉桿式位移傳感器，另一端連接滑塊板，所述拉簧型號(hào)、長(zhǎng)度是可配置的。所述滑塊板沿所述中板方向滑動(dòng)，其移動(dòng)范圍在所述前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)之間。本技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：該基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，可滿(mǎn)足經(jīng)典控制理論中關(guān)于機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)硬件要求。其底部支座通過(guò)軸承與中心軸相連，可以保證系統(tǒng)圓周運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力很小，保證螺旋槳可以帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)。其中心軸外接導(dǎo)電滑環(huán)，傳遞拉桿式位移傳感器的信號(hào)線和螺旋槳電機(jī)的動(dòng)力線，整個(gè)裝置在進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生繞線情況。其滑塊板采用四個(gè)凹槽滑輪與圓周導(dǎo)軌配合，兩者之間是滾動(dòng)摩擦，阻力小，且導(dǎo)軌也保證了載物板的直線運(yùn)動(dòng)方向。裝置中的拉簧、質(zhì)量塊都是可配置、更換的，這增大了系統(tǒng)參數(shù)配置的靈活性。限位開(kāi)關(guān)的安裝，可以保證實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)安全性。綜上所述，本技術(shù)一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，使用圓周運(yùn)動(dòng)的新穎結(jié)構(gòu)構(gòu)建了二階機(jī)械移動(dòng)系統(tǒng)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、拆裝方便、關(guān)鍵部件可更換，完全可以滿(mǎn)足二階系統(tǒng)性質(zhì)觀察實(shí)驗(yàn)和PID位置控制實(shí)驗(yàn)的硬件需求。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本技術(shù)一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的前視示意圖；圖3為本技術(shù)一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的左視示意圖。附圖標(biāo)號(hào)：1、拉桿式位移傳感器；2、中心軸；3、拉簧；4、滑塊板；4-1、載物板；4-2、質(zhì)量塊；4-3、凹槽滑輪；5、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置；5-1、電機(jī)及支架；5-2、螺旋槳；6、底座；6-1、軸承；6-2、導(dǎo)電滑環(huán)；7、中板；7-1、支撐板；7-2、圓柱導(dǎo)軌；7-3、后限位開(kāi)關(guān)；7-4、前限位開(kāi)關(guān)。具體實(shí)施方式為能進(jìn)一步了解本技術(shù)的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3，一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉桿式位移傳感器1、中心軸2、拉簧3、滑塊板4、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5、底座6、中板7，所述滑塊板4包括載物板4-1、質(zhì)量塊4-2、凹槽滑輪4-3，所述底座6包括軸承6-1、導(dǎo)電滑環(huán)6-2，所述中板7包括支撐板7-1、圓柱導(dǎo)軌7-2、后限位開(kāi)關(guān)7-3、前限位開(kāi)關(guān)7-4，所述中板7位于所述底座6之上，所述拉桿式位移傳感器1、拉簧3、滑塊板4位于所述中板7之上，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5位于所述中板7前側(cè)。在本實(shí)施例中，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5工作時(shí)，帶動(dòng)所述中板7以所述中心軸2為中心圓周運(yùn)動(dòng)。所述質(zhì)量塊4-2大小、數(shù)量是可配置的。所述拉桿式位移傳感器1的信號(hào)線、所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5的動(dòng)力線通過(guò)導(dǎo)電滑環(huán)6-2與控制器連接，所述中板7圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)繞線。所述拉簧3一端連接所述拉桿式位移傳感器1，另一端連接滑塊板4，所述拉簧3型號(hào)、長(zhǎng)度是可配置的。所述滑塊板4沿所述中板7方向滑動(dòng)，其移動(dòng)范圍在所述后限位開(kāi)關(guān)7-3、前限位開(kāi)關(guān)7-4之間。采用上述實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行二階振蕩系統(tǒng)階躍輸入的時(shí)域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)如圖2所示，實(shí)驗(yàn)裝置水平放置；2)掛載拉簧3，移動(dòng)滑塊板4，使拉簧3處于初始狀態(tài)，此時(shí)拉力恰好為零，此時(shí)為系統(tǒng)的初始位置；3)啟動(dòng)螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5，使螺旋槳維持一個(gè)轉(zhuǎn)速，中板7繞中心軸2進(jìn)行近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)；4)滑塊板4帶動(dòng)拉桿式位移傳感器1移動(dòng)，控制器記錄位移傳感器的位置數(shù)據(jù)；5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制時(shí)間、位置實(shí)際值的時(shí)域圖，并計(jì)算系統(tǒng)參數(shù)；6)依次調(diào)整拉簧3型號(hào)、質(zhì)量塊4-2數(shù)量和型號(hào)、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5恒定轉(zhuǎn)速，重復(fù)步驟3)-5)，進(jìn)行二階系統(tǒng)階躍輸入的時(shí)域響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是：如圖2所示，實(shí)驗(yàn)裝置水平放置，構(gòu)成質(zhì)量-彈簧-阻尼二階機(jī)械平移系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)恒定的螺旋槳?jiǎng)恿ρb置5轉(zhuǎn)速，對(duì)質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)施加固定的階躍力，通過(guò)記錄時(shí)間、位置實(shí)際值的時(shí)域圖，測(cè)出最大超調(diào)量和峰值時(shí)間，引用二階振蕩環(huán)節(jié)的時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)，可計(jì)算出二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。采用上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行質(zhì)量-彈簧-阻尼二階機(jī)械平移系統(tǒng)位置控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)如圖2所示，實(shí)驗(yàn)裝置水平放置；2)掛載拉簧3，移動(dòng)滑塊板4，使拉簧3處于初始狀態(tài)，此時(shí)拉力恰好為零，此時(shí)為系統(tǒng)的初始位置；3)設(shè)定一個(gè)從初始位置到前限位開(kāi)關(guān)7-4之間的位置為系統(tǒng)目標(biāo)值(輸入值)，拉桿式位移傳感器1的實(shí)際位置值為實(shí)際值(輸出值本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉桿式位移傳感器、中心軸、拉簧、滑塊板、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置、底座、中板，所述滑塊板包括載物板、質(zhì)量塊、凹槽滑輪，所述底座包括軸承、導(dǎo)電滑環(huán)，所述中板包括支撐板、圓柱導(dǎo)軌、前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)，所述中板位于所述底座之上，所述拉桿式位移傳感器、拉簧、滑塊板位于所述中板之上，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置位于所述中板前側(cè)。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括拉桿式位移傳感器、中心軸、拉簧、滑塊板、螺旋槳?jiǎng)恿ρb置、底座、中板，所述滑塊板包括載物板、質(zhì)量塊、凹槽滑輪，所述底座包括軸承、導(dǎo)電滑環(huán)，所述中板包括支撐板、圓柱導(dǎo)軌、前限位開(kāi)關(guān)、后限位開(kāi)關(guān)，所述中板位于所述底座之上，所述拉桿式位移傳感器、拉簧、滑塊板位于所述中板之上，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置位于所述中板前側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述螺旋槳?jiǎng)恿ρb置工作時(shí)，帶動(dòng)所述中板以所述中心軸為中心圓周運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋槳的機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳競(jìng)，丁彥玉，谷林峰，白宇，張耀丹，宋梓晴，高偉研，吳珂，鮑先富，張?jiān)婆?/a>，王境瑞，鄭子豪，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：天津科技大學(xué)，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：天津;12
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