机械控制工程虚拟实验系统

论文摘要

实验教学是理工类教学课程的一个重要环节,是高等教育教学改革的重要内容。尤其是工科院校,实验教学在开展素质教育、培养学生综合应用能力等方面有着举足轻重的地位。随着实验教学改革的不断发展,计算机技术在实验教学中不断得到充分的应用,使虚拟仪器技术也逐渐被引入到实验教学中来。以图形化软件编程方法和集成开发环境为标志的虚拟仪器开发环境是虚拟仪器技术研究的重要内容,也是虚拟仪器技术应用和发展的技术基础。美国国家仪器公司(National Instruments)的创新产品LabVIEW是目前最成功、应用最广泛的虚拟仪器开发环境。虚拟仪器代表着未来仪器的一个重要发展方向,体现了“软件就是仪器”的特点。通过使用高效强大的软件,我们可以自定义虚拟实验仪器的采集、存储、分析、共享和显示功能,因此使用一套实验仪器可以完成多个实验内容。这样不仅可以克服传统实验仪器较多,且易于出现故障、误差较大等不利因素,而且能够增强学生的动手能力和创新能力。本文阐述了虚拟仪器的基本理论,介绍了虚拟仪器的设计平台——LabVIEW软件,分析了当前机械控制工程基础教学实验的现状和发展趋势,提出了以计算机软件虚拟机械控制工程基础教学实验的方案。采用虚拟仪器技术,将典型工程被控对象虚拟化。该虚拟教学实验系统基于LabVIEW8.6以及控制设计与仿真工具包来实现相关功能。教学平台采用模块化设计方法,具有开放性、灵活性、易用性等特点。将多个可完成不同实验项目的子系统进行集成,形成了一个综合实验系统。该系统包括典型环节的阶跃响应、脉冲响应、频率特性分析、RLC电路、典型机械例子模型、离心式调速机构、液压APC系统仿真等。实验面板上有参数修改的功能,针对输入的不同参数,实验面板上会显示出不同参数下系统的性能。用虚拟技术创建机械控制工程基础实验系统,可以降低此类学科教学实验的建设成本和管理成本,也可以激发学生的学习兴趣,具有较大实用价值和推广价值。应用结果表明,该系统运行状况良好,对教学实践的改革与创新具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 目前教学实验中面临的问题
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟教学实验的发展
• 1.2.2 虚拟实验的特点
• 1.2.3 虚拟实验在教学中的作用
• 1.2.4 国内外虚拟教学实验的研究现状
• 1.3 课题研究的任务和主要内容
• 1.3.1 课题研究的任务
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 虚拟仪器技术概述
• 2.1 虚拟仪器概述
• 2.1.1 虚拟仪器的基本概念
• 2.1.2 虚拟仪器技术的发展历史
• 2.1.3 虚拟仪器技术的特点及优势
• 2.1.4 虚拟仪器技术的国内外研究现状
• 2.1.5 虚拟仪器技术在控制领域的发展
• 2.2 虚拟仪器开发工具简介
• 2.2.1 LABVIEW 简介
• 2.2.2 LabVIEW 开发环境及设计的一般过程
• 第三章 虚拟实验系统的总体设计方案
• 3.1 虚拟实验系统的组成
• 3.2 虚拟实验系统的方案设计
• 3.2.1 虚拟实验系统的设计目标
• 3.2.2 虚拟实验系统方案的选择
• 3.3 实验系统的软件配置
• 3.4 软件系统的总体设计
• 3.4.1 主界面设计
• 3.4.2 编程及实现
• 第四章 基础理论的虚拟实验设计
• 4.1 典型环节的时域特性曲线
• 4.2 典型环节的频域特性曲线
• 4.3 RLC 电路
• 4.4 质量—弹簧—阻尼系统
• 第五章 典型应用实例的虚拟实验设计
• 5.1 离心式调速机构
• 5.1.1 液压积分控制器
• 5.1.2 液压比例控制器
• 5.1.3 速度控制器具有比例-加-积分控制作用的离心式调速机构
• 5.1.4 速度控制器具有比例-加-微分控制作用的离心式调速机构
• 5.1.5 速度控制器具有比例-加-积分-加-微分控制作用的离心式调速机构
• 5.2 液压APC 系统
• 5.2.1 液压APC 系统的控制模式及工作参数的计算
• 5.2.2 液压APC 系统的数学模型
• 5.3 独立应用程序（exe 程序）生成
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文