1.一种基于SSH协议的低成本倒立摆半实物仿真实验平台,其特征在于:所述实验平台包含机械部分与电气部分,所述机械部分包括倒立摆底座、倒立摆小车、倒立摆摆杆、角位移传感器、限位器、步进电机以及其传动和固定组件,所述步进电机通过轴连器与滚珠丝杠直连,滚珠丝杠通过轴承固定于倒立摆底座中,倒立摆小车嵌套于丝杠中,并用两根平行圆杆对小车纵向加以限定;角位移传感器固定于倒立摆小车中,并通过连接片与摆杆相连接;
所述电气部分包括树莓派开发板、STM32底层硬件驱动板、步进电机驱动器以及开关电源,所述树莓派控制板通过SSH协议经以太网与PC机中的Simulink仿真模块进行人机交互,STM32底层硬件驱动板与树莓派控制板通过SPI总线进行数据交换;PC机中的Simulink仿真模块作为与实验平台的交互接口,利用RTW目标模型搭建控制模型,然后在模型运行时首先自动生成可通过SSH协议与Simulink进行数据交互的模型可执行代码,并通过以太网端口下载到树莓派控制板中运行,树莓派接收STM32底层硬件驱动板经SPI上传的角度位移传感器和步进电机编码器输出的角速度和线速度信号,并将根据STM32底层硬件驱动板反馈的传感器信号解算出步进电机控制信号经SPI总线下发到STM32底层硬件驱动板。
2.如权利要求1所述的基于SSH协议的低成本倒立摆半实物仿真实验平台,其特征在于:所述机械部分中,采用步进电机固定板和电机紧固螺钉将步进电机固定于倒立摆底座的右侧;步进电机的转轴通过联轴器与滚珠丝杠直连带动滚珠丝杠转动,滚珠丝杠的两端则由左侧滚珠丝杠固定轴承和右侧滚珠丝杠固定轴承分别固定于倒立摆底座上的左侧丝杠固定组件和右侧丝杠固定组件;倒立摆小车嵌套在滚珠丝杠和内外两根倒立摆小车固定杆中,并可跟随滚珠丝杠在倒立摆底座中自由滑动,倒立摆底座滑槽两端分别安装有一个防撞限位器;角位移传感器由传感器固定片和传感器固定片紧固螺钉固定于倒立摆小车顶部,角位移传感器转轴通过摆杆连接器与摆杆连接。
3.如权利要求1或2所述的基于SSH协议的低成本倒立摆半实物仿真实验平台,其特征在于:所述STM32底层硬件驱动板通过内部三路32位定时器采集三相经光耦进行电平转换和隔离的步进电机编码器输出的线速度信号,通过自带两路12位ADC采集经跟随器和分压电路转换的角位移传感器输出角速度信号。
4.如权利要求3所述的基于SSH协议的低成本倒立摆半实物仿真实验平台,其特征在于:所述STM32底层硬件驱动板包括限位器信号采集电路、角度位移传感器信号采集电路、步进电机编码器信号采集电路以及PWM电平转换电路,由于限位器输出电压为5~24V,STM32底层硬件驱动板采用TLP521-2型光耦进行电压匹配与隔离,步进电机编码器输出高电平为24V,STM32底层硬件驱动板采用ADUM1300型高速光耦进行电压匹配与隔离,角度位移传感器输出电压范围为0~5V,STM32底层硬件驱动板中利用LTC2052运算放大器和高精度电阻器设计对应的角度位移传感器信号采集电路。
5.如权利要求1或2所述的基于SSH协议的低成本倒立摆半实物仿真实验平台,其特征在于:所述PC机是预装有R2015b及后续版本的MATLAB和树莓派Simulink硬件支持包的任何台式PC机、便携笔记本电脑以及工控机。