自动控制原理虚拟实验平台设计和应用.pdfVIP

中国科技论文 % % % 实% 验% 技% 术% 与% 管% 理% % 61AB !% C1B % !:% =! 统计源期刊 自动控制原理虚拟实验平台的设计与应用 王% 瑛，蔡% 勋，王% 晶 （南京航空航天大学自动化学院，南京% !$ $’ ） 摘% 要：本文对自动控制原理虚拟实验平台的设计、研制与应用进行了总结分析。结合自动 控制原理实验设备的特点和使用功能，从硬件和软件两个方面介绍了一种较高性能价格比 的虚拟实验平台设计思路，强调了虚拟实验平台在创新实验教学理念下的作用。 关键词：自动控制原理；实验设备；虚拟实验平台； *+,-./01234 567 中图分类号：89:$) % 文献标识码：;% 文章编号：$! # =’（!: ） # =! # = ! 引言 随着计算机技术和测试技术的发展，以计算机为核心的测试方式正在冲击着传统测 试设备，进而影响着现代实验教学的发展方向，以虚拟仪器为基础的虚拟实验平台应运而 生。与虚拟实验平台相比，传统实验教学存在如下不足： 如果增加实验项目或实验规 ! 模，必然增加大量的实验设备，这需要大量的费用开支； 仪器设备如果操作不当，容易损 坏，设备维护费高； 大多数仪器普遍存在着操作界面复杂、使用不方便的缺点。而采用 # 虚拟实验平台后，学生通过操作栩栩如生的软件界面，就可以完成实验项目。由于虚拟实 验平台的强大生命力，目前正在我国形成研究、开发的热点。 # 物理实验设备 自动控制原理以反馈控制为基础，描述系统的时域特性、频域特性，是一门理论性、应 用性都很强的专业基础课程。通过实验课程加深对基本控制原理的理解，并通过典型实 验获得解决实际工程问题的能力，是自动控制原理实验课程的基本目标，不仅如此，实验 课程还是激发创新能力、培养和训练动手能力的不可缺少的教学环节。 通过对实验仪器设备的分类整理，实验课程通常需要如下 种常用仪器： 通用示波 ! 器、 信号发生器、 记录仪、 模拟计算机。 # $ （ $ ）通用示波器% 用于捕捉! （# ）和! （$ ）的波形，前者反映参数随时间变化的 函数关系，后者反映两个参数之间的函数关系，自动控制原理中相平面就属于描述! （$ ）的关系。 （! ）信号发生器% 控制系统需要若干种参考输入，不同的参考输入可激发系统的不 同行为特性，这些不同特点的参考输入是研究控制系统的基本手段。信号发生器可产生 常用的信号源：正弦信号、三角波、方波、脉冲信号等。 : ）记录仪% 通常采用两种记录仪：描笔式记录仪、?—@ 记录仪。描笔式记录仪用 （ 收稿日期：!! # $ # ! 万方数据 作者简介：王% 瑛（$’(—），女，大学本科，工程师，实验中心副主任) 自动控制原理虚拟实验平台的设计与应用 J’ 于记录! ! （# ），即记录变量随时间变化的历程；—# 记录仪用于记录! ! （$ ），即记录 两个变量之间的关系，通常应用于系统的相平面法的研究。 $ ）模拟计算机% 模拟计算机提供了自动控制系统的若干基本环节，如积分环节、比 （ 例环节、加法器、微分环节、惯性环节、典型二阶环节等，利用这些基本环节，可以综合设计 成多种复杂环节。模拟计算机特别适合开发性实验，是上述实验仪器中最富于变化的一 类，最能激发学生的创新意识。 ! 虚拟实验平台的总体设计 ）设计策略% 在实验过程中，若用物理实验设备作为测试手段，则至少需要上