“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建

摘 要 為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的建設(shè)，“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程構(gòu)建了多樣化的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，采用模擬裝置和自制研發(fā)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件包，來(lái)完成相應(yīng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合西門子實(shí)驗(yàn)室，完成面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的、自主性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。課程實(shí)驗(yàn)形式的多樣，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又拓寬了知識(shí)面，加深了學(xué)生對(duì)自動(dòng)化專業(yè)所設(shè)課程的全面理解，對(duì)于提高課程的教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生的動(dòng)手能力、就業(yè)有著重要的意義。

關(guān)鍵詞 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)踐教學(xué) 多樣化 能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)： TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是新疆大學(xué)的校級(jí)精品課程，也是電氣工程學(xué)院自動(dòng)化、電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一門很重要的專業(yè)核心課程，涉及面廣，實(shí)踐性強(qiáng)，是與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合極為緊密的課程之一。學(xué)習(xí)理論知識(shí)之余，加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)是一個(gè)急待解決的課題。

1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

1.1 模擬實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了14臺(tái)天煌教儀的DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以完成“電力電子技術(shù)”，“直流調(diào)速系統(tǒng)”，“交流調(diào)速系統(tǒng)”，“電機(jī)控制”等多門課程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)就可以在該裝置上完成。按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不同，學(xué)生根據(jù)原理圖，選取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，正確完成實(shí)驗(yàn)線路的搭建，通過(guò)萬(wàn)用表，示波器讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察實(shí)驗(yàn)曲線。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖1所示。

1.2 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1.2.1基于MATLAB/simlink的系統(tǒng)仿真

借助仿真軟件MATLAB，根據(jù)系統(tǒng)各組成部分的參數(shù)，建立系統(tǒng)的simlink仿真模型，可獲得系統(tǒng)的仿真曲線，從而分析系統(tǒng)的性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，如圖2所示。

1.2.2基于matlab/GUI的系統(tǒng)仿真平臺(tái)

基于Matlab提供的用戶界面（GUIDE）開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)軟件。通過(guò)GUIDE創(chuàng)建各種圖形句柄對(duì)象，實(shí)現(xiàn)仿真平臺(tái)的用戶界面。同時(shí)，GUIDE可以在用戶GUI的設(shè)計(jì)過(guò)程中，直接自動(dòng)生成M文件框架，通過(guò)這個(gè)框架，用戶可以直接在其中編寫自己的函數(shù)代碼。

電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，采用工程設(shè)計(jì)的方法，即先設(shè)計(jì)電流環(huán)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)順序，通過(guò)對(duì)兩個(gè)環(huán)的框圖化簡(jiǎn)及調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇，對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的主界面如圖3，用戶在界面中填寫已知的系統(tǒng)參數(shù)或加載實(shí)例，可視化的仿真界面如圖3。

2綜合型、開(kāi)發(fā)型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”是一門與實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用密切聯(lián)系的課程。為加強(qiáng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐、綜合應(yīng)用能力，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，結(jié)合相關(guān)專業(yè)課程，構(gòu)建了面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的綜合型、開(kāi)發(fā)型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2.1.1恒壓供水的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為了與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，結(jié)合PLC、變頻控制等知識(shí)，以ABB ACS 400型變頻器和MODICON TSX 3722Micro系列可編程序控制器為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)變頻調(diào)速恒壓供水的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由變頻器、PLC、壓力表、壓力變送器、電器控制板、控制面板、控制對(duì)象等組成如圖4。

控制對(duì)象是雙層水箱，上層相當(dāng)于用戶用水層。下層相當(dāng)于供水層，由2臺(tái)Y90S-2型三相交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)著揚(yáng)程30 m的SG8—33型管道供水泵進(jìn)行供水。供水管上安裝了監(jiān)測(cè)水壓的遠(yuǎn)傳壓力表和壓力變送器，上水箱安裝了監(jiān)測(cè)水位的液位變送器。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有靈活性，根據(jù)不同的控制要求實(shí)現(xiàn)各種不同的控制方式。通過(guò)改編程序、變頻器參數(shù)的設(shè)定等方法可以完成內(nèi)容比較豐富的多種綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組成系統(tǒng)，為學(xué)生創(chuàng)造盡可能接近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的良好實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

2.1.2 基于S7-200的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)

控制對(duì)象是國(guó)產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，基本參數(shù)為：PN = 1500KW，UN = 380V，IN = 3.7A，nN = 1400r/min，fN = 50HZ，使用西門子公司的MM440變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；檢測(cè)環(huán)節(jié)采用歐姆龍光電編碼器（型號(hào)為E6B2-CWZ6C，分辨率為600P/r），給定電壓為直流24V。

通過(guò)所學(xué)的課程傳感器、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與PLC的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合歐姆龍光電編碼器的特點(diǎn)和S7-200 PLC高速計(jì)數(shù)口的設(shè)置參數(shù)，自行設(shè)計(jì)搭建出電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)，如圖5所示。

新疆大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)形式多樣性，將傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)與MATLAB環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；基礎(chǔ)理論驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)與自主型、綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；基本實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又充分滿足了學(xué)生的好奇心及探究知識(shí)的積極性，真正做到了理論與實(shí)踐相結(jié)合，在知識(shí)積累、科研能力培養(yǎng)、素質(zhì)鍛煉等方面起到了很好的效果。

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