控制教具
CE 150直升机模型

主要特征
  • 带有交叉耦合的三个控制输入端两个测量输出的多维自然不稳定系统,设计用于动力系统的研究,同时为控制理论提供实验支持。
  • 紧凑型的台式配置,设计用于由工作控制器或者IBM PC兼容的计算机进行的数字控制。
  • 硬件和软件接口支持Simulink的鉴定和实时控制
  • 具有广泛的控制实验,包括一个前任解耦系统转移矩阵的两任控制器,状态反馈解耦技术,在直升机机身重心保持不变的鲁棒控制器等等。
  • 接口库采用C语言,同时演示软件包含PID控制器封装。

描述

该系统包含一个机体,两个直流电动机驱动的螺旋桨,和一个大型底座。机体具有两个自由度。两种机体位置角度(仰角和方向角)都受螺旋桨旋转的影响。该机体旋转的轴是垂直的。直流电动机由采用脉冲宽度调制的功率放大器。两个角度的测量都是采用IRC传感器。重心的改变是通过伺服电机直升机沿着主轴进行轻微移动完成的。该直升机系统的数学模型是一个典型的具有明显交叉耦合的MIMO 2x2 系统。由于第三个输入可以看作是由伺机系统控制的高速移动的重心,当工作接近稳定状态时,该电机系统能被线性化为纯属六阶模型。

实验范围

该仪器可以进行范围广泛的实验:

  • 对一般数学模型运用拉格朗日方程直接求导,线性化和化简。
  • 在线鉴别线性模型参数,直接和间接(闭环响应分析)方式都应该使用。
  • 系统去耦技术,对角化系统转移矩阵和状态空间方法。
  • 稳定性与追踪实验
  • 状态反馈设计,观测器设计
  • 通过改变参数(改变重心建模)为系统设计鲁棒自适应控制器,LQ/LQG 和 H控制器的设计。
  • 通过准确的采样频率和数字控制器为上述所有任务推导离散时间描述

使用规范

该装置包括:

直升机机体

机体旋转:

50°仰角

160°方向角

主螺旋:

200/100 直接驱动

侧螺旋:

100/60 直接驱动

主电机:

永磁直流

最大电压: 12 V, 0-6 A

最大速率: 9000 RPM

侧电机:

永磁直流

最大电压: 6 V, 0-4 A

最大速率: 12000 RPM

重心移动:

自主脉冲宽度调制伺服系统

角度测量:

增量计数器

接口单元

角度采集:

增量计数器逻辑

功率放大器:

脉宽驱动直流伺服放大器 0-240W, 12 V

MF624 多功能 I/O 卡:

标准PC PCI卡拥有8个单端14位A/D转换器通道,8个14位D/A转换器,4个编码器输入,4个计数器/定时器,8个数字TTL输入和8个数字TTL输出。
两个定时器通道用于PWM控制直升机螺旋桨。一个定时器通道用于控制重心。编码器输入用于IRC和其他控制信号的数字I/O。

使用说明书

全面的技术手册提供该仪器具体清单和模型控制信号的完整描述

教育手册

模型提供的教育手册是一个在教学过程中运用模型的有效工具。手册介绍了系统动力学,许多工作例子引导学生通过实验从认识到模型的先进控制。

软件

接口驱动程序采用C语言编写源代码,示范包采用PID控制器和由实时Windows Target Simulink实时工具箱提供的驱动程序。

辅助设备

模型由一个标准IBM PC机或100%兼容计算机控制,需要一个空闲PCI插槽。

所需服务

单相交流220 V / 50 Hz,或 110 V / 60 Hz, 200W 电源,接地

所需空间

为了满意地使用该模型,需要1500x900mm 的工作台面积

尺寸和重量

直升机机体

长度:

300 mm (不计螺旋桨)

360 mm (加上螺旋桨)

模型底座:

方形底座 300 x 300 mm

最大高度:

510 mm

重量:

3.5 kg

接口单元:

尺寸:

450 x 320 x 155 mm

 

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