CN108109506A - 一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台 - Google Patents

一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台 Download PDF

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冷鹏
汤俊
伍雅娜
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Abstract

一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台。本发明将虚拟仿真技术引入电机控制教学中，用虚拟电机仿真器，控制器和上位机连成一个整体，是以实时虚拟电机仿真器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O接口与控制器连接，通信协议与上位机连接，进行高效的、硬件在环的虚拟仿真。其中，虚拟电机仿真器模拟现实电机运行；上位机连接控制器和虚拟电机仿真器的显示器，实现了一个电机运行的可视化；可编程控制器对虚拟电机电压、电流的瞬时值进行采集以及控制动作信号。本发明弥补了传统实验的不足，是一种硬件在环的半实物仿真系统。这个系统可以丰富实验教学内容，使学生变被动学习为主动学习，提高电机控制原理的掌握和学生分析实际电机控制编程的能力。

Description

一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台
技术领域
随着本发明属于一种半实物虚拟仿真教学领域。利用虚拟仿真平台可以真实地，高效地模拟电机运行状况,使使用者掌握电机实时控制原理。
背景技术
随着社会的发展,传统实验中以实物操作作为单一实验手段的弱点逐渐显示出来，实物实验室的设备和条件已不能满足课程发展对于实验的要求。目前，存在的主要问题：（1）高校的电机及电机控制实验设备大都是采用实际的物理设备，操作固定,直观易用,实验认知效果明显，但是，它不利于培养学生动手能力和创新能力；（2）物理设备昂贵，投资巨大，体积大，占地多；（3）学生实验操作潜藏一定危险性,易发生人身事故安全；（4）传统的电机控制实验平台也存在诸多不适用于新教学模式改革的缺点,不便扩充新的实验项目。
发明内容
本发为克服已有实验平台的不足，解决传统实验中存在的各项问题，本发明将虚拟仿真技术引入电机控制教学中，弥补了传统实验的不足，而且可以丰富实验教学内容，使学生变被动学习为主动学习，提高电机实时控制原理的掌握和学生实际电机控制编程的能力。
本发明解决上述技术问题的装置包括：
1.电机算法仿真器模块：模拟现实电机运行的特点，实现了实时高效运行特点，包括以下两个子模块：
1）模拟电机运行算法子模块：利用嵌入式板高效处理数据的能力，再加上电机算法真实地模拟现实电机运行，模块实现了能及时模拟电机的运行状态功能；
2）模拟电机数据区子模块：存储虚拟电机初始数据，对模拟电机进行初始设定；
2.控制器模块：控制器能够对虚拟电机电压、电流的瞬时值进行采集以及控制动作信号，实现虚拟电机的实时控制，并与虚拟电机仿真器模块构成硬件在环仿真系统。
3.上位机模块：能够实现直流机，异步电机，同步电机和永磁机的电机3D展示，特性展示等等，实现了一个项目的可视化功能。
本发明提供的一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台具有以下优点：
1.电机算法仿真器模块化程度高，提高了运行的可靠性，及时性以及高效性。
2.实际控制器+虚拟对象构成了一个硬件在环(HIL)仿真系统，是系统的一种半实物仿真。
3.使用方法上，简单易操作，使用者也无需花太多的时间来学习软件的使用。
4.形式上创建虚拟仿真实验室辅助常规课堂教学，弥补常规教学不能试验的空白。
附图说明
图1为本发明硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台结构示意框图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步地详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台装置的结构如图1所示，模块一电机虚拟仿真器——嵌入式板，模块二控制器和模块三上位机相连，构成了一个封闭式的硬件在环仿真系统。通常电机在嵌入式板正常运行，学生可以在上位机观察运转的情况以及学生通过控制器动手编程去控制电机的运转。

Claims (5)

1.在一种硬件在环的实时控制虚拟仿真电机教学平台，嵌入式的实时虚拟电机仿真器通过I/O接口与控制器连接，并通过网络接口与上位机程序连接。
2.根据权利要求1所述的仿真教学平台，其特征在于：虚拟电机仿真器运行仿真模型，来模拟受控对象的运行状态，控制器发出电机控制指令，上位机程序展示当前虚拟电机的运行状态，整个系统实现可控的、实时的、硬件在环的虚拟仿真。
3.根据权利要求2所述的虚拟电机仿真器，其特征在于：用嵌入式板模块实现的虚拟电机仿真器能够实时高效运行直流电机、异步电机、同步电机和永磁电机的仿真模型。
4.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于：控制器模块能够对虚拟电机仿真器的瞬时值状态值进校采集，并根据相关算法发出控制信号，和嵌入式的虚拟电机仿真器构成了一个硬件在环的仿真系统，是一种半实物仿真。
5.根据权利要求2所述的上位机程序，其特征在于：上位机程序能够展示直流电机、异步电机、同步电机和永磁电机的的相关运行特性曲线以及电机3D展示等等。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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