面向案例化教学的半实物仿真系统设计

发布时间：2021-02-09 13:56

　　案例化教学在工程学科教育中起着重要的作用。文章针对《线性动态系统理论与设计》课程案例化教学需求,设计了基于Matlab/Simulink仿真环境和Arduino单片机硬件系统的半实物（hardware in loop,HIL）仿真系统,以弥补纯数字仿真案例与工程实践联系不够紧密的问题,进一步将基本理论与工程实际相联系。选取工业系统广泛存在的多容水箱液位控制系统作为研究对象,构建贯通系统建模、运动分析、能控性分析、能观性分析、稳定性分析、控制器设计、实物装置验证全过程的教学案例,将课程主要内容融会贯通,为学生运用基本理论方法解决实际问题提供了可操作的平台,进一步解决了该课程概念抽象、理论性强导致的学习效果不佳问题。 

【文章来源】：教育教学论坛. 2020,(01)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

多容水箱液位控制系统示意图

如图2所示，系统主要包括仿真计算机、信号采集与控制、实物被控对象。仿真计算机主要用于系统建模、分析与控制器设计及其仿真，在Matlab/Simulink环境下进行控制系统设计，可将所设计的控制器与实物被控对象一起构成硬件在环的半实物仿真实验系统。实物被控对象的液位可由检测与控制模块实时采集并上传到仿真系统，控制系统产生的控制指令同样可以通过检测与控制模块实时传送给被控对象中水泵的驱动电路，从而构成包含仿真计算机、采集与控制模块和实际被控对象的半实物仿真系统。2. 检测与控制模块硬件设计。

平台硬件系统主要包含Arduino Uno开发板，L298N电机驱动模块和信号转换模块，硬件电路如图3所示。Arduino UNO开发板以ATMEGA328P-PU控制器为基础，具备14路数字输入/输出（其中6路可用于PWM输出）、6路模拟输入、一个16MHz谐振器。该开发板负责与上位机和被控对象间的通讯，通过USB接口与上位机进行连接，接收上位机设计的控制程序，也可将各传感器实时检测信号回传至上位机。3. 上位机仿真系统设计。

【参考文献】：
期刊论文
[1]工程专业相结合的“线性系统理论”教学改革[J]. 高飞,岳振宇,王俊,张有光,祝贺.  电气电子教学学报. 2017(05)
[2]《线性动态系统理论与设计》课程案例化教学改革与实践[J]. 黄景涛,邱联奎.  教育教学论坛. 2016(31)
[3]MATLAB/SIMULINK仿真技术在研究生《线性系统理论》课程教学中的应用[J]. 周颖.  科技创新导报. 2015(12)
[4]“线性系统理论”课程教学案例的设计[J]. 王晓兰,李恒杰.  电气电子教学学报. 2013(02)



本文编号：3025737