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摘要 學(xué)生制造的。串行服務(wù)器連接到一個獨(dú)立的 3 軸機(jī)器人車輪總成嵌入式控制器。這輪之間的任何上網(wǎng)功能的計(jì)算機(jī)上啟用的溝通。網(wǎng)真控制體系和原型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（ 開發(fā)和測試。這個系統(tǒng)是適當(dāng)?shù)男薷?，以適應(yīng)課程實(shí)驗(yàn)室的需求，從而使學(xué)生設(shè)計(jì)，調(diào)試和測試在其選定的時間和地點(diǎn)的實(shí)時實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目。 這方面的一個遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室全功能演示可以在這里找到 ： ，是通過互聯(lián)網(wǎng)的興起導(dǎo)致，提升了移動通信技術(shù)和高速計(jì)算機(jī)的可用性。這些事態(tài)發(fā)展讓其他領(lǐng)域大大受益，如國家儀器公司的 [1]和 位于猶他州州立大學(xué)計(jì)算機(jī)系 電氣工程提供了一個分布式控制系統(tǒng) [2]研究生水平的課程設(shè)計(jì)，執(zhí)行和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，和分布參數(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，這當(dāng)然涉及。 該部門還提供了機(jī)電一體化 [3]，當(dāng)然其中涉及的原則，接口和信號的運(yùn)動傳感器和執(zhí)行器，建模，分析，離散時間系統(tǒng)辨識空調(diào)，數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法。 本文介紹了一種低成本解決方案，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室在美國猶他州州立大學(xué)的機(jī)電一體化和分布式控制系統(tǒng)的課程發(fā)展。本文分為八個部分。第 - 三型給出了關(guān)于“智能輪”制 度，是要在控制植物實(shí)驗(yàn)課的背景 資料。第至四提供了目標(biāo)和課程實(shí)驗(yàn)室的整體結(jié)構(gòu)。第 - 第六提供如何在課程的學(xué)生可以執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室“在這去”的詳情。 最后，第至第七和第至第八總結(jié)的結(jié)果，并概述了未來項(xiàng)目的目標(biāo)。 二。 教學(xué)動機(jī) 至關(guān)重要的是，工程學(xué)科，特別是在控制系統(tǒng)方面，包括一動手實(shí)驗(yàn)室組件擴(kuò)展課堂經(jīng)驗(yàn)。但是，安裝，操作和維修設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室成為資源密集型，耗時和昂貴。虛擬實(shí)驗(yàn)室提供成本效益的替代方案，但他們往往不能模型的實(shí)際效果，并不能代替的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際系統(tǒng)。 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室提供比傳統(tǒng)和虛擬實(shí)驗(yàn)室具有明顯的優(yōu)勢。 除 了降低成本，更有效的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，減少了維護(hù)，靈活和自學(xué)使用，有能力，使學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，他們將同一種通常獲得與使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置多功能，實(shí)時 世界設(shè)備。 應(yīng)用程序調(diào)用一個遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)“到有次優(yōu)”（ 美國俄勒岡州立大學(xué) [4]開發(fā)。這種解決方案集成，如數(shù)據(jù)收集設(shè)施，實(shí)時視頻和音頻流，安全和穩(wěn)定的措施，調(diào)控的幾個特點(diǎn)訪問和協(xié)作支持所有這些使遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生愉快和身臨其境的體驗(yàn)。 三。植物背景資料 圖。 1。 移動臺的智能車輪大會。 位于猶他州州立大學(xué)的研究中心自組織與智能系統(tǒng)（ 計(jì)并開發(fā) 了幾個原型概念為基礎(chǔ)的一個重點(diǎn)扶持機(jī)器人車輛被稱為“智能車輪?！边@是一個獨(dú)立的具有 3個獨(dú)立的軸輪模塊機(jī)器人 即轉(zhuǎn)向軸，驅(qū)動器軸， 多個智能車輪連接到機(jī)箱，由此產(chǎn)生的車輛被稱為一個全方位的汽車 [5]。 圖所示。 1）轉(zhuǎn)向和驅(qū)動馬達(dá)， 動電機(jī)和驅(qū)動器，驅(qū)動器和轉(zhuǎn)向反饋，微控制器編碼器電路，和配電裝置。 聰明的車輪總成進(jìn)行了改進(jìn)，并在上述兩個課程使用增加。預(yù)期的成果是使學(xué)生能夠設(shè)計(jì)和測試的車輪轉(zhuǎn)向和驅(qū)動軸自己的控制器。大會還兼作示范制度 [6]展示 能力的智能車輪在原地向游客和參觀者，到 四。系統(tǒng)概述 A：實(shí)驗(yàn)室簡介 由于這兩種課程包括前面提到的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究（不同層次），有必要建立一個實(shí)驗(yàn)室的組成部分，以增加課堂上的理論。 一個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)中，控制回路通過通信網(wǎng)絡(luò) 7]。至關(guān)重要的是，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)為這個實(shí)驗(yàn)室使用。在這種情況下，植物和反饋傳感器是該大學(xué)內(nèi)的研究中心，位于該控制器位于遠(yuǎn)程學(xué)生的計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)備 /傳感器和控制器 然而，對于這樣一個專門的實(shí)驗(yàn)室專用 設(shè)備是非常昂貴的規(guī)劃和安裝非常耗時。一個低成本解決方案，其中一個系列服務(wù)器是用來制造智能四輪大會思和實(shí)施。 B：分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室 在這個過程中，學(xué)生須設(shè)計(jì)并測試一個車輪的智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向軸。 串行端口的智能輪的嵌入式控制器（ 是連接到一個以太網(wǎng)集線器通過串口服務(wù)器，以太網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換和 輪上的微控制器編程，以被調(diào)查的位置編碼和傳輸，通過它的串行端口這些值。它也接受通過串口速度值，并將其轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制它（ 號來驅(qū)動電機(jī) 。 具有上網(wǎng)功能的電腦在任何遠(yuǎn)程位置的學(xué)生將安裝一個虛擬 為了交流與智能輪的串行服務(wù)器。他可以在計(jì)算機(jī)上，傳輸速度值將會向智能控制器輪他的計(jì)劃，計(jì)算編碼器接收從智能輪讀數(shù)。互聯(lián)網(wǎng)引入了隨機(jī)的時間延遲和干擾。這些網(wǎng)絡(luò)引起的影響也須考慮而設(shè)計(jì)的，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，如網(wǎng)絡(luò)預(yù)測和延遲補(bǔ)償使用控制器。該控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行檢查，通過分析和繪圖在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的編碼數(shù)據(jù)。任何基于 圖。 2顯示了用戶對網(wǎng)絡(luò)控制原型在 。設(shè)定點(diǎn)（轉(zhuǎn)向角度）和控制器收益（ 用戶可選擇的，用戶可以通過觀察角位置的情節(jié)，在現(xiàn)實(shí)上的圖形顯示的時間出現(xiàn)的系統(tǒng)性能。網(wǎng)際網(wǎng)路攝像頭實(shí)時視頻和音頻流使學(xué)生意見，并聽取了實(shí)時控制面板上的時間之輪的議案。 C：機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)方案 由于這是一個在本科層次的課程，學(xué)生可以設(shè)計(jì)和測試，但不考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)影響到他們的設(shè)計(jì)簡單 是建議延長大會的智能車輪為在 2006年機(jī)電一體化中的運(yùn)用。 圖。 2。屏幕截圖的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原型應(yīng)用。 D：演示系 統(tǒng) 車輪上的智能微控制器也有它的控制算法為指導(dǎo)，推動和 這種情況下，微控制器接受規(guī)定從游戲桿對或?yàn)槿齻€軸的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的每個點(diǎn)和控制輪根據(jù)其板上的控制程序。此功能使摩天輪的能力，令參觀者展示就地和對輪不被該課程的實(shí)驗(yàn)室。圖。 3顯示了用戶對于智能輪的臨場感控制系統(tǒng)的接口。 適合握手，控制之間的協(xié)調(diào)和仲裁協(xié)議的操縱桿，遠(yuǎn)程呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)控制模式，并確?？深A(yù)測的行為，當(dāng)多個用戶試圖訪問系統(tǒng)。 五，系統(tǒng)描述 A：建筑 該獨(dú)立智能輪演示系統(tǒng)架構(gòu) [6]，如圖所示。 4。 督導(dǎo)電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)，線性致動器控制轉(zhuǎn)向軸，驅(qū)動軸和 指導(dǎo)和驅(qū)動馬達(dá)控制 導(dǎo)電機(jī)耦合到絕對編碼器，可以測量絕對角位置的車輪。電機(jī)驅(qū)動器連接到一個正交編碼器測量的是輪的相對運(yùn)動。線性致動器將整個轉(zhuǎn)向柱向上或向下沿直線下滑。線性電位器提供了有關(guān)的 數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（ 電壓值基礎(chǔ)，從線性電位器反饋。 圖。 3。屏幕截圖的臨場感控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 圖。 4。智能車輪系統(tǒng)概述 。 車輪節(jié)點(diǎn)數(shù)字接口板的 （ 成，一按發(fā)病計(jì)算機(jī)公司 [8]摩托羅拉的 還提供了串行通信，電機(jī)驅(qū)動器， 對和正交編碼器，電源和調(diào)節(jié)，電平轉(zhuǎn)換，光隔離，硬件看門狗單元電路接口。 該指導(dǎo)和驅(qū)動馬達(dá)驅(qū)動一 50電機(jī)驅(qū)動器）。該調(diào)制器（ 沖寬度占空比決定了信號的方向和邏輯電平信號電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度決定的方向。 提供了兩個操縱桿，以便使游客來控制的 3輪的原位軸。在 此期間，該系統(tǒng)被認(rèn)為是在操縱桿模式。其中一人（搖桿 - 1）是一個 3軸操縱桿，其中的 一個單軸操縱桿（搖桿 - 2）用于設(shè)定 Z 與通過諸如串口服務(wù)器，用來轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)格式，反之亦然的 311系列服務(wù)器艾技術(shù)在系統(tǒng)中使用選定其成本低，帳戶 [9]易于安裝的軟件驅(qū)動程序，和吞吐量（ 50 阿 640 * 480分辨率可達(dá)每秒 30幀）視頻大會和車輪運(yùn)動的智能遠(yuǎn)程操作員的音頻位于 [10]。它允許多達(dá) 20個用戶，查看實(shí)驗(yàn)室活動，而其中只有一個是與植物相互作用。 遠(yuǎn)程操作員可以溝通，無論是在網(wǎng)真系統(tǒng)模式，在此期間，對車輪的機(jī)載控制算法控制的 3對設(shè)置從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收點(diǎn)的基礎(chǔ)上車輪的軸 ;或在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室模式，在此期間，在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制算法命令輪的軸線上采樣編碼反饋，從車輪上的微控制器收到的資料為基礎(chǔ)。 B：機(jī)械硬件描述 一種智能四輪大會橫截面視圖（無 如圖所示。 5。 懸架的 轉(zhuǎn)向支持整個車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和電子系統(tǒng)。督導(dǎo)主軸直接連接到轉(zhuǎn)向電機(jī)。的枷鎖拴在轉(zhuǎn)向主軸驅(qū)動裝置。的枷鎖還設(shè)有電力和通訊電纜，下到車輪。定制滑環(huán)允許關(guān)于無限轉(zhuǎn)動方向盤軸輪。大會的整個驅(qū)動器包括驅(qū)動器主軸，電機(jī)，故障安全制動和編碼器是封閉的內(nèi)輪殼。驅(qū)動電機(jī)是科爾摩根模型 407無框電機(jī)和力矩電機(jī)是一種 440。保本 - 560電腦光學(xué)制品正交編碼器是用來測量車輪的相對位置。絕對編碼器用于測量絕對的身體固定轉(zhuǎn)向電機(jī)角度位置的坐標(biāo)是從電子系統(tǒng)模型 40 能是通過安裝在添加如圖大會。 5一型 性電位器安裝毗鄰接近頂部的線性驅(qū)動器。配電單元封閉落后的阻尼器。為 輪電子和電機(jī)驅(qū)動器安裝在任一轉(zhuǎn)向柱一側(cè)。整個大會是安裝在一個輪式立場。參考圖。 1再次看到一個完整的系統(tǒng)畫面。 圖。 5。智能輪胎機(jī)械裝配。 圖。 6。智能車輪軟件體系結(jié)構(gòu)。 C：軟件說明 對于獨(dú)立的智能四輪演示系統(tǒng)軟件包括以下內(nèi)容： - 嵌入式微控制器上的 - 視頻和音 頻流緩沖和互聯(lián)網(wǎng)上的攝像機(jī)的 - 嵌入式串行服務(wù)器軟件進(jìn)行以太網(wǎng)和 - 虛擬 許學(xué)生之間的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的串行通信。 - 應(yīng)用軟件的智能車輪的軸對學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制。 該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。 6。其中，虛擬 高新技術(shù)。），序列 服務(wù)器軟件（艾高新技術(shù)。），網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像頭軟件（ ，已經(jīng)提供了各自的生產(chǎn)廠家。與智慧輪的 輪基礎(chǔ)上的從操縱桿（搖 桿模式），或從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（臨場感模式）輸入的輸入軸控制算法。在網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)驗(yàn)室模式下，微控制器軟件只是樣品，通過串口服務(wù)器傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的編碼器和驅(qū)動器的讀數(shù)發(fā)送遙控器上的計(jì)算機(jī)控制軟件，它的命令為基礎(chǔ)的馬達(dá)。它還仲裁三者之間的適當(dāng)方式和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)消息當(dāng)多個用戶試圖同時訪問系統(tǒng) [6]。為了防止空轉(zhuǎn)，提高資源利用率 ，該系統(tǒng)先來先服務(wù)（先來先服務(wù)）的基礎(chǔ)，是處理多個請求時進(jìn)行訪問廠收購的目的。 六。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室 圖。 7描繪的網(wǎng)絡(luò)控制的智能四輪轉(zhuǎn)向軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置為 2005年春節(jié)期間的 生需要安裝虛擬 她的電腦的驅(qū)動程序。這使得智能輪的串口服務(wù)器出現(xiàn)只是一個串行端口的計(jì)算機(jī)。使用一個簡單的協(xié)議和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu) [11， 12]，學(xué)生們可以打開一個會話，接收編碼器反饋值和電機(jī)速度傳送到車輪的微控制器。微控制器改裝汽車速度從學(xué)生的計(jì)算機(jī)通過串口接收服務(wù)器值轉(zhuǎn)換成的電機(jī)驅(qū)動器的 的硬件。樣品的微控制器也隨著編碼器和發(fā)送的時間戳記（使用其機(jī)載計(jì)時器外設(shè)）通過串口服務(wù)器的讀數(shù)。系統(tǒng)的響應(yīng)可以被繪制在學(xué)生為績效評估的目的計(jì)算 機(jī)。 互聯(lián)網(wǎng)智能相機(jī)靠近車輪總成位于直接發(fā)送視頻流和音頻智能輪子的運(yùn)動對學(xué)生的計(jì)算機(jī)上。這使車輪的運(yùn)動軸待觀察和實(shí)時聽取了在開發(fā)和測試。 一個安全的機(jī)制使學(xué)生停止輪（通過使用一個特殊的命令），如果他 /她發(fā)現(xiàn)任何通過視頻直播的異常行為。為了確保穩(wěn)定的控制回路和在停電，網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，等系統(tǒng)強(qiáng)制超時，如果沒有一個指定的時間內(nèi)溝通。 這種設(shè)置也將用在 機(jī)電一體化課程在 2006年 [12]。學(xué)生可以使用相同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試簡單的網(wǎng)絡(luò)控制器，但不能指望他們會考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)他們的設(shè)計(jì)效果。 七。 實(shí)驗(yàn)室利益 在編寫本文時，該系統(tǒng)被用來在 2005年春季推出的分布式控制 圖。 7。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。 系統(tǒng)課程在美國猶他州州立大學(xué)。學(xué)生們能夠成功地開發(fā)和測試的任何無線或有線上網(wǎng)功能的電腦中的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并獲得相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)計(jì)問題的了解。 建模，分析，設(shè)計(jì)和編程的大部分工作可以做“離線”。該系統(tǒng)可以被用來測試他們的設(shè)計(jì)和反復(fù)爭取更好的閉環(huán)性能移動。由于這一切可以做到在其方便的時間和地點(diǎn)，該系統(tǒng)獲取晝夜，資源沖突提供了最低限度。問題與提供學(xué)生進(jìn)入研究中心，住房與中心的其他活動設(shè)備和可能 爭不發(fā)生在這里。 車站只有一個實(shí)驗(yàn)室，每一個學(xué)生都能夠體驗(yàn)到該系統(tǒng)。這有助于該部控制制定這樣一個專門主題的實(shí)驗(yàn)室，同時保持該課程，這是一個以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的教育質(zhì)量成本的主要目標(biāo) [13]。 八。結(jié)論和未來工作 獨(dú)立車輪裝配機(jī)器人現(xiàn)在可以同時用于演示目的，以及控制系統(tǒng)的教育。在串行服務(wù)器使用無效的本地計(jì)算機(jī)的互動與發(fā)電廠的需要，因此，對于一個具有成本效益和自給自足的嵌入式遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)解決方案決策。 這是建議延長實(shí)驗(yàn)室，包括非華語速度的智能四輪驅(qū)動軸控制。這將使學(xué)生實(shí)施和經(jīng)驗(yàn)，為指導(dǎo)和動力軸控制線，并與投票 有關(guān)的問題和多種傳感器和執(zhí)行器（多速率控制）處理不同的調(diào)度指揮方式。