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具体实施方式

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本发明实施例通过提供一种机电一体化技术综合对比教学实验装置，功能完善，能够支持闭环系统、半闭环系统和开环系统三种常见的机电控制系统，且结构简单、使用方便。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：是在同一工作台上布置了开环测试单元、半闭环测试单元和全闭环测试单元，三个单元由同一PLC模块控制，并分别具有一人机交互模块，从而能够同时支持闭环系统、半闭环系统和开环系统三种常见的机电控制系统同时工作，让学生可使用人机交互模块的界面对三种组合方式下的距离、角度、速度进行不同设定，对比实验结果，让学生能通过人机交互模块的界面直观的了解三种控制方式对定位精度的影响，且结构简单、使用方便。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参阅图1至图6所示，本发明的机电一体化技术综合对比教学实验装置，包括：

工作台1；

PLC模块2，设于所述工作台1上；

开环测试单元3，设于所述工作台1上，包括步进电机驱动器31、步进电机32、开环测试滑动模块33、第一编码器34、第一光栅尺35和第一人机交互模块36，所述步进电机驱动器31、所述步进电机32、所述开环测试滑动模块33和所述第一编码器34依次连接，所述第一光栅尺35设于所述开环测试滑动模块33的一侧，且所述步进电机驱动器31、所述第一编码器34、所述第一光栅尺35和所述第一人机交互模块36均与所述PLC模块2连接；

半闭环测试单元4，设于所述工作台1上，包括第一伺服电机驱动器41、第一伺服电机42、半闭环测试滑动模块43、第二编码器44、第二光栅尺45和第二人机交互模块46，所述第一伺服电机驱动器41、所述第一伺服电机42、所述半闭环测试滑动模块43和所述第二编码器44依次连接，所述第二光栅尺45设于所述半闭测试滑动模块43的一侧，且所述第一伺服电机驱动器41、所述第二编码器44、所述第二光栅尺45和所述第二人机交互模块46均与所述PLC模块2连接；

全闭环测试单元5，设于所述工作台1上，包括第二伺服电机驱动器51、第二伺服电机52、全闭环测试滑动模块53、第三编码器54、第三光栅尺55和第三人机交互模块56，所述第二伺服电机驱动器41、所述第二伺服电机52、所述全闭环测试滑动模块53和所述第三编码器54依次连接，所述第三光栅尺55设于所述全闭环测试滑动模块53的一侧，且所述第二伺服电机驱动器51、所述第三编码器54、所述第三光栅尺55和所述第三人机交互模块56均与所述PLC模块2连接；第三编码器54和第三光栅尺55分别用于检测全闭环测试滑动模块53的角位移和线位移，然后反馈到PLC模块2中，与第三人机交互模块56输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止。闭环控制有反馈环节，通过反馈系统使系统的精确度提高，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间，稳定性要求高的系统。

电源6，设于所述工作台1上，用于给所述PLC模块2、所述开环测试单元3、所述半闭环测试单元4以及所述全闭环测试单元5供电。

进一步的，作为本发明更为具体或更优的实现方式：

本发明装置还包括编程模块7，所述编程模块7通过总线模块8连接所述PLC模块。所述编程模块为PC机。

本发明装置还包括接线盒9，所述PLC模块2的引脚接线引至该接线盒9中，且所述接线盒9中的每根进线缆和出线缆上均设有引脚标识，从而可方便学生的连线操作及检验连线是否正确。

所述开环测试滑动模块33包括第一滚珠丝杠331、第一螺母332和第一滑块333，所述第一滚珠丝杠331的一端连接所述步进电机32，另一端连接所述第一编码器34，所述第一螺母332螺接于所述第一滚珠丝杠331上，所述第一滑块333固定于所述第一螺母332上；如此，当步进电机32带动第一滚珠丝杠331转动时，第一螺母332即可带动第一滑块333在第一滚珠丝杠331上移动，第一滚珠丝杠331的旋转角度可通过第一编码器34检测得出，第一滑块333移动的距离则由第一光栅尺35来测量，第一编码器34检测结果和第一光栅尺35的测量结果被反馈至PLC模块2后，再通过第一人机交互模块36显示。

所述半闭环测试滑动模块43包括第二滚珠丝杠431、第二螺母432和第二滑块433，所述第二滚珠丝杠431的一端连接所述第一伺服电机42，另一端连接所述第二编码器44，所述第二螺母432螺接于所述第二滚珠丝杠431上，所述第二滑块433固定于所述第二螺母432上；如此，当第一伺服电机42带动第二滚珠丝杠431转动时，第二螺母432即可带动第二滑块433在第二滚珠丝杠431上移动，第二滚珠丝杠431的旋转角度可通过第二编码器44检测得出，第二滑块433移动的距离则由第二光栅尺45来测量，第二编码器44检测结果和第二光栅尺45的测量结果被反馈至PLC模块2后，再通过第二人机交互模块46显示。

所述全闭环测试滑动模块53包括第三滚珠丝杠531、第三螺母532和第三滑块533，所述第三滚珠丝杠531的一端连接所述第二伺服电机52，另一端连接所述第三编码器54，所述第三螺母532螺接于所述第三滚珠丝杠531上，所述第三滑块533固定于所述第三螺母532上。如此，当第二伺服电机52带动第三滚珠丝杠531转动时，第三螺母532即可带动第三滑块533在第三滚珠丝杠531上移动，第三滚珠丝杠531的旋转角度可通过第三编码器54检测得出，第三滑块533移动的距离则由第三光栅尺55来测量，第三编码器54检测结果和第三光栅尺55的测量结果被反馈至PLC模块2后，再通过第三人机交互模块456显示。

工作台1分为电气分布区11和实验执行区12，所述电气分布区11具有多个放置槽111，各个放置槽111的周边由走线槽112围成；

所述PLC模块2、所述步进电机驱动器31、所述第一伺服电机驱动器41和所述第二伺服电机驱动器52均设于所述电气分布区11内的各个所述放置槽111内；

所述步进电机32、所述开环测试滑动模块33、所述第一编码器34、所述第一光栅尺35、所述第一人机交互模块36，所述第一伺服电机42、所述半闭环测试滑动模块43、所述第二编码器44、所述第二光栅尺45、所述第二人机交互模块46、所述第二伺服电机52、所述全闭环测试滑动模块53、所述第三编码器54、所述第二光栅尺55和所述第三人机交互模块56均设在所述实验执行区12内。

如图2所示，本发明通过PLC模块2与开环测试单元3配合可实现开环控制的测试，学生通过第一人机交互模块36设置好参数，包括第一滚珠丝杠331的旋转角度和第一滑块333的位移距离，第一人机交互模块36将参数发送给PLC模块2，由PLC模块2启动步进电机驱动器31，从而控制步进电机32带动开环测试滑动模块33的第一滚珠丝杠3431旋转，第一螺母332即可带动第一滑块333在第一滚珠丝杠331上移动，第一滚珠丝杠331的旋转角度可通过第一编码器34检测得出，第一滑块333移动的距离则由第一光栅尺35来测量，第一编码器34检测结果和第一光栅尺35的测量结果被反馈至PLC模块2后，通过第一人机交互模块36显示。由于开环控制是指控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程。其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高，响应时间相对来说很长，精确度不高，使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统。

本发明通过PLC模块2与半闭环测试单元3配合可实现半闭环控制的测试，学生通过第二人机交互模块46设置好参数，包括第二滚珠丝杠431的旋转角度和第二滑块433的位移距离，第二人机交互模块46将参数发送给PLC模块2，由PLC模块2启动第一伺服电机驱动器41，从而控制第一伺服电机42带动半闭环测试滑动模块43的第二滚珠丝杠431旋转，第二螺母432即可带动第二滑块433在第二滚珠丝杠431上移动，第二滚珠丝杠431的旋转角度可通过第二编码器44检测得出，第二滑块433移动的距离则由第二光栅尺45来测量，第二编码器44检测结果和第二光栅尺45的测量结果被反馈至PLC模块2，由PLC模块2处理后将数据传送第二人机交互模块46，由第二人机交互模块46显示半闭环控制系统实时运动距离或实时运动角度。另外，第一伺服电机驱动器41自带编码器用于测量第一伺服电机驱动器41的实时转动角度，并将测量信号反馈给PLC模块2，由PLC模块2对实时转动角度的测量结果与第二人机交互模块46输入的参数进行比较，用比较后的差值进行控制，使第二滚珠丝杠431补充位移，直到差值消除为止。由于半闭环控制反馈环节设置在伺服电机运动端，通过反馈可使伺服电机运动精度更精确，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间，稳定性要求较高的系统。

本发明通过PLC模块2与全闭环测试单元5配合可实现全闭环控制的测试，学生通过第三人机交互模块56设置好参数，包括第三滚珠丝杠531的旋转角度和第三滑块533的位移距离，第三人机交互模块56将参数发送给PLC模块2，由PLC模块2启动第二伺服电机驱动器51，从而控制第二伺服电机52带动全闭环测试滑动模块53的第三滚珠丝杠531旋转，第三螺母532即可带动第三滑块533在第三滚珠丝杠531上移动，第三滚珠丝杠531的旋转角度可通过第三编码器54检测得出，第三滑块533移动的距离则由第三光栅尺45来测量，第三编码器54检测结果和第三光栅尺55的测量结果被反馈至PLC模块2后，一方面通过第三人机交互模块56显示，另一方面由PLC模块2对检测结果和测量结果与输入的参数进行比较，用比较后的差值进行控制，使第三滚珠丝杠431补充位移，直到差值消除为止。由于闭环控制反馈环节设置在运动控制系统的终端，通过反馈系统使运动系统的精确度提高，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间，稳定性要求高的系统。

当学生对三种控制系统的人机交互模块输入相同的参数时，即可在三个人机交互模块中看到最后的测试结果，从而可直观的比较出三个控制系统的控制精度。

本发明的优点在于：本发明的机电一体化技术综合对比教学实验装置是在同一工作台上布置了开环测试单元、半闭环测试单元和全闭环测试单元，三个单元由同一PLC模块控制，并分别具有一人机交互模块，从而能够同时支持闭环系统、半闭环系统和开环系统三种常见的机电控制系统同时工作，让学生可使用人机交互模块的界面对三种组合方式下的距离、角度、速度进行不同设定，对比实验结果，让学生能通过人机交互模块的界面直观的了解三种控制方式对定位精度的影响，且结构简单、使用方便。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。