基于项目的机电测控综合课程设计-华中科技大学远程与继续教育学院.docVIP

递进式的测控技术课程实践教学体系 何岭松 李汉英 黄弢 华中科技大学机械科学与工程学院 摘要：为提高测控技术课程实践教学效果，加强对学生动手能力和创新能力的培养，我们对机械制造与自动化专业培养计划中测控技术类课程的实践教学环节进行了整体考虑，设计成附属于课程的控制理论基础实验和测试技术基础实验，独立于课程的测控综合实验课，以及机电测控综合训练课程设计等三种不同性质的实践环节，从验证性实验(设计型和综合型实验(创新性实验，逐级递进。新的测控技术课程实践教学体系已在机械实学创新实验班教学实践中应用了两轮，取得了较好的教学应用效果。 关键词：机械工程，测控技术，实验，实践 一、概述 机械制造与自动化专业的课程主要包括数学、物理、化学等通识教育课程，理论力学、材料力学等学科大类基础课程，机械制图、机械原理等专业基础课程，以及机械设计、数控技术等专业课程。在上述课程中，机械学院主要承担专业基础课和专业课的教学工作，并建有由吴昌林教授牵头的机械课程群团队团队 图1、递进式的测控技术课程实践教学体系 2.1 控制理论基础实验 控制理论基础实验是附属于《机械工程控制基础》课程的一门实验课，8学时，位于第四学期。课程开出的实验有：典型环节的时域特性和频域特性分析、系统频率特性测量和估计、一维工作台时间响应测量和频率特性测试实验和基于Bode图的控制系统设计。实验内容以配合课堂教学、验证所学知识和获取感性认识为主，实验目的是为了让学生更好的理解课堂教学内容和掌握课堂教学中的难点。 例如，图2是一维工作台时域特性分析实验的界面。学生通过软件给一维工作台发布一个快速移动指令，然后测量和观察其实际运动的轨迹曲线，并测量出一维工作台的最大超调量、调整时间和稳态误差等参数。虽然整个实验装置较复杂，涉及MATLAB软件和一维工作台硬件，学生还可以修改伺服电机控制器PID参数来改变一维工作台性能，但实验分析软件、实验步骤都是预先设计好的，属于简单的验证性实验。， 图2、一维工作台时域特性分析实验 2.2 测试技术基础实验 测试技术基础实验是附属于《工程测试技术基础》课程的一门实验课，8学时，位于第五学期。课程开出的实验有：典型信号频谱分析和相关分析、频率混叠和采样定理、周期信号波形合成与分解、多传感器综合测量实验、悬臂梁固有频率测量、转子实验台轴心轨迹测量、钢管缺陷无损检测等。其目的是让学生见识各种工业传感器，并对工业测量有个直观认识，同时通过实验验证课堂上所学的信号分析理论等知识。 例如，图3是周期信号的波形合成与分解实验的界面。学生通过虚拟仪器软件可以产生不同频率、幅值和相位的正弦波，然后进行叠加，并合成出方波、三角波等一系列标准信号；从而验证信号的三角级数分解、富里叶变换、频谱分析等知识点。由于这些实验分析软件是预先设计好的，实验难度并不大，属于验证性实验。 图3、周期信号的波形合成与分解实验 2.3 测控综合独立实验课 测控综合独立实验课是为《机械工程控制基础》和《工程测试技术基础》两门课程教学内容服务，但实验内容安排又不受这两门课程限制的独立实验课，16学时，位于第六学期。独立实验课程内容包括：MATLAB和Simulink控制软件设计方法、LabVIEW测量程序开发方法、球和杆定位控制系统实验设计、转子实验台振动信号频谱分析实验设计。该课程要求学生初步掌握MATLAB和LabVIEW两种测控技术领域最常用的工具软件，并分别用它们开发一个实际的控制系统和实际的测量系统。课程的重点在于培养学生的实验设计能力和综合实验能力。 图4、学生设计的球和杆系统小球位置控制实验 图4是学生用MATLAB和Simulink设计的球和杆系统小球位置控制实验，实验目的是让小球快速滚动到指定位置。从图中的小球滚动轨迹可以看出控制效果并不好，但这关系并不大。因为这门课程是以学生能否独立设计和完成自己的实验系统为考核标准，至于设计出的实验系统性能好坏则放在次要位置。 这门课程开出后相当受学生欢迎。机械提高0801班魏望舒同学说：这次实验使我受益匪浅。我们一改往日照本宣科的实验方式，在掌握了基本的知识及编程技巧之后，由我们独立开发一个测控程序的界面。老师扮演一个领路人的角色，只在必要时给我们指点，这种主动实践方式让我们真正得到锻炼。吴佳钉同学说：通过这次实验我学到了很多。以前感觉那些实验界面、传感器都很神奇，现在居然自己都能做出来，心里感到由衷的高兴。 2.4 机电测控综合课程设计 机电测控综合课程设计是为整个测控课程群服务的一门综合性实践课程，3周，位于第7学期。实验内容是以3人左右的学生小组为单位，以实验室提供的测控实践平台(单片机内核的运动控制卡+常见机械量测量传感器+伺服电机+蓝牙无线通讯模