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测控综合实验室建设

测控综合实验室建设

  随着人才市场需求的变化,使得改革传统教学方式迫在眉睫。华中地区某高校于2008-2016年度与我公司合作建设测控综合实验室。旨在改变传统的教学模式,将工业生产环节中的测量对象以及控制对象微型化到实验室中起到合理利用实验室空间的目的,降低了成本以及价格。使得每个学生都有动手实验的机会达到面向课程并不脱离实际的特点。

  面临的挑战

  传统的教学模式在新的环节下会遇到如下的挑战:1、传统教学的实验项目与课本原理性的基础实验结合比较紧密,无法与工业现场的实际情况结合在一起。2、传统与工业现场的实际实验产品具有系统复杂度高故障较难排除学生动手机会少等显着的缺点。3、传统设备并没有与时俱进的技术,虚拟仪器、计算机控制等。

  系统解决方案

  我们公司提供了解决传统教学模式遇到上述问题的成套的完整方案,将复杂的工业现场对象小型化,简单化去除与课程无关的环节,更着重体现教学课程中的原理性内容,将课程内容与工业现场联系在一起。提供完整的虚拟仪器与计算机控制解决方案与最新的测试技术与控制技术结合在一起提高学生在实际工作契合度。

项目详情

华中地区某高校于2008-2016年度与我公司合作建设测控综合实验室,以开放、创新为导向面向培养机械工程、机电一体化、工业控制、工业自动化等领域具有综合和创新能力的人才。我们在短短的数年中提供了一系列涵盖检测与传感器技术、控制工程、机械工程、计算机控制及虚拟仪器等产品为培养课本与工程实际结合的学生提供了良好的平台并得到师生的广泛赞誉。

二、客户实验室情况

二、客户实验室情况

    客户说明

  客户原有实验设备与实验项目主要以传统展现机械原理与基础信号处理实验设备为主以及部分工业生产中使用的生产线,实验室使用频率大人次多。但原有的设备技术比较老旧跟不上新时代的虚拟仪器、计算机控制等内容。并在开放性与学生动手的地方比较少。

  技术挑战

  客户实验室使用频率高人次多需要设备具有较好的可靠性并且实验设备具有模块化设计在需要维修的场景中能够方便更换。

为应对前面的诸多挑战,我们提供了开放的可重构解决方案。

  1、DRVI虚拟仪器

  DRVI是采用软件总线开放结构和COM/DCOM组件的即插即用特性来设计的具有计算机硬件模块化组装特点的面向用户的可在线编程、调试和重组的新型虚拟仪器技术,可广泛适用于工业测控、科学实验、远程教育和实验教学等诸多领域。该仪器技术的主体为一个带软件控制线和数据线的软主板,其上可插接软内存条、软仪表盘、软信号发生器、软信号处理电路、软波形显示芯片等软件芯片组,并能与A/D卡、I/O卡等信号采集硬件进行组合与连接,构成一个能根据应用需求快速重组的虚拟仪器实验教学系统。

  软件提供了工程测试虚拟实验:紧密围绕《工程测试技术基础》这门课程,涵盖本科阶段关于“工程测试与信号分析”知识点的几乎所有概念。

  软件可以兼容各类主流数据采集卡并提供扩展接口,可以通过C++或ActiveX的方式扩展软件功能,内置的Signal VBScript脚本解释器可以方便的编写程序脚本扩展程序功能,具有良好的扩展性。   

                  

 

  2、基础实验平台

 

 

  3、环境检测实验对象

  环境状况检测实验模块是利用传感器直接测量外界环境状况,将非电信号转换成电信号。输入到测量电路及终端装置,再通过DRVI虚拟仪器软件平台进行信号的调理、分析、记录以及显示等。该模块由温度传感器、湿度传感器、光传感器、声传感器、二氧化碳传感器、酒精传感器和K型热电偶构成,可完成实验室一些基本环境要素的测量。

 

  4、多功能转子实验对象

  多功能转子实验对象可以灵活安装振动、转速、噪声、位移等等机械参量测量的传感器,该实验对象既可作为学生对传感器应用的基础性测量实验,也可作为工程测试与信号处理的综合性训练的实验系统,同时亦可作为学生课程设计的工程对象。对于该系统,教师在实验课上可实行以任务驱动为导向的工程教学法,只提出实验的目的、基本原理和实验结果要求,学生按照任务要求自行选择传感器、测量软件,进行测试平台的设计和搭建,包括传感器的布置位置、测量方式、信号获取质量的判别、软件的测试分析环节、对缺陷或不稳定状态的调整等等,提高学生面应对实际问题的处理能力、分析能力和解决能力。

 

 

 

  5、环形输送线实验对象

  环行输送线实验对象是我们根据实际生产线中的一段为原型简化而成,是一个典型的物品识别与分拣系统,是传感器综合应用的典型实验对象。本体由输送线和机械手两部份组成,配有应变式力传感器、红外传感器、电涡流传感器、颜色识别传感器和传感器支架,与DRLab综合实验台配套使用,可完成传输速度测量、产品计数、物料称重、铁磁性物料检测、物件颜色识别、物体分拣等实验。

 

  6、开放式传感器实验箱

  该传感器实验箱优化选择了具有代表性的传感器,兼顾教材内容与实际应用。在实验内容设计上既有侧重基础性传感器原理的项目,也有侧重传感器应用的项目,是一台性能优良的传感器实验箱。结构紧凑,便携式仪表箱,采用开关电源,安全系数高,使用方便。适用不同类别、不同层次的大中院校的教学需求,可用于“传感器技术”、“电子技术”“工程检测技术与应用”等课程的实验教学。 本实验箱包含被测体、传感器、处理电路、及数据采集卡及DRVI虚拟仪器软件平台,构成一个完整的测试系统。共配置十六种传感器,可完成二十余种实验项目。

 

  7、一级倒立摆实验对象

  对控制理论中“多变量、不稳定、非线性、高阶次、强耦合”等复杂的控制问题,德普施科技提供基于倒立摆系统的实验解决方案。倒立摆系统作为一个实验装置,形象直观,结构简单,构件参数易于获取。作为一个被控对象,它又相当复杂,就其本身而言,是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合系统,只有采取行之有效的控制方法方能使之稳定。控制器设计的好坏,可以通过摆动角度,位移和稳定时间直接度量,控制好坏一目了然,是非常理想的控制实验平台。因此实际应用中经常采用倒立摆系统来验证复杂系统控制器的性能。此外,倒立摆控制系统与火箭飞行器控制、机器人行走控制等系统有很大的相似之处,其对应的控制理论和控制方法在在军工、航天、机器人领域等都有着非常广泛的用途。因此,倒立摆机理的研究具有重要的应用价值,是控制理论中经久不衰的研究课题。

  我们在实验指导书介绍了几种典型的倒立摆系统的控制模型,是目前国内外广泛采用的模型,这也是研究各种控制算法的基础。从基础的受力分析、数学建模,到经典的PID控制、线型二次型最优控制,涵盖了控制工程常用的经典方法,如Laplace变换和传递函数,根轨迹设计方法,BodeNyquist方法的频域响应方法,测试信号的稳态跟踪误差,系统辨识等,旨在直观、简明的验证时域和频域设计方法的基本原理和控制算法,帮助学生在愉快的实验中加深对所学课程的理解和掌握。

 

  8、球杆系统

  球杆系统是我们开发的典型控制实验对象之一,从外部构成上来说,球杆系统结构简单,主要由实验台架、不锈钢小球、直线位移传感器、直流伺服电机、运动控制模块等构成;从内部机理上来说,球杆系统涵盖了许多经典和现代控制对象的特性,具有复杂控制对象的一般性质,例如非线性、开环不稳定性等。作为一个典型的教学和科研设备,球杆系统可以用于实现经典控制理论中的PID控制、频域响应控制、根轨迹控制的,同时也可以作为现代控制理论中的线性最优控制方法的实验对象。其建模步骤也较为简单,是本科教学或研究生自主学习与研究的良好平台。

 

  9、双容水箱控制实验对象

  液位对象是工业上常见的过程控制对象,它具有时变、非线性、大滞后、不确定性等过程控制对象的典型特性。我们以“控制理论与控制工程”实验室建设为背景,开发研制出“双容水箱控制实验对象”,该实验对象采用两个带刻度的透明有机玻璃桶作为液位对象,可以直接观察液位高度,用压力传感器测量液位也很容易,可灵活地进行过程组态,实施各种不同的控制方案,可以构成一阶系统、二阶系统,双入双出系统。工业上许多的多输入多输出被控对象的整体或局部都可以抽象成双容水箱系统,因此,双容水箱系统的液位控制实验具有广泛的应用背景和较高的研究价值。因此,双容水箱液位控制系统是非常理想的教学实验设备。

 

  10、可重构机电一体化综合控制实验平台

  综合控制实验平台支持的实验项目涵盖机械、电子、计算机、信息技术等多学科知识、结构上易于拆分、组合、赋予学生动手操作的空间,实验任务接近工业实际、可难易分层,具有可扩展的特点,适应不同专业水平学生的需求。学生通过实验训练可以达到以下期望的教学效果:

 

 

 ● 机械设计及气动技术;

 ● 传感器检测技术;

 ● 电机及伺服系统的控制技术;

 ● 基于嵌入式系统和计算机的自动控制技术;

 ● 基于PLC的自动控制技术;

 ● 主流控制软件平台的搭建及编程技术;

 ● 机电设备模块化集成建造概念;

 ● 基本掌握典型机电一体化系统的核心技术和整体概念;

 ● 培养探索精神、科学思维、工程意识、创新意识;

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