適用于多層次教學(xué)的可視化電機(jī)控制及測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
“適用于多層次教學(xué)的可視化電機(jī)控制及測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”(以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”)是針對(duì)電機(jī)控制類課程開發(fā)的一套可視化電機(jī)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括：永磁無刷電機(jī)(電機(jī)本體)，單片機(jī)為控制核心的驅(qū)動(dòng)器、測(cè)功機(jī)(模擬負(fù)載)，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
該教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
(1) 編程對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制
學(xué)生可以直接通過提供的單片機(jī)控制板，自己編寫程序?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行控制。通過仿真器完成編寫程序的燒寫，更加自主地學(xué)習(xí)掌握BLDCM電機(jī)的控制原理。
(2) 數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)功能
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)采集功能，包括電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)顯示、電機(jī)三相電流實(shí)時(shí)顯示、電機(jī)振動(dòng)實(shí)時(shí)顯示以及電機(jī)工作溫度實(shí)時(shí)顯示等。并且給出每個(gè)時(shí)刻的參數(shù)值以及把所有采集到的參數(shù)值存儲(chǔ)在一個(gè)文本里面以便數(shù)據(jù)回放。
(3) 數(shù)據(jù)回放功能
可視化界面可對(duì)以前做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和回放，避免了數(shù)據(jù)記錄不全或丟失，回放時(shí)間段設(shè)置完畢后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入概覽界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集當(dāng)時(shí)的情景模擬。同樣的，數(shù)據(jù)回放時(shí)也可以進(jìn)入圖表放大顯示界面以及數(shù)值顯示界面。這樣對(duì)所做的試驗(yàn)可以進(jìn)行對(duì)比，并且比傳統(tǒng)的手工記錄更加直觀。
(4) 對(duì)復(fù)雜機(jī)電負(fù)載特性的模擬
針對(duì)科創(chuàng)類實(shí)驗(yàn)針對(duì)的復(fù)雜機(jī)電負(fù)載，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以設(shè)定模擬負(fù)載變化程序，模擬機(jī)電負(fù)載特性并通過可視化界面對(duì)電機(jī)進(jìn)行加載/卸載的組合模擬，更加逼近真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)合負(fù)載變化的需求，考查電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行效果。
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新研究能力為目標(biāo)，學(xué)生可通過該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組裝實(shí)訓(xùn)、控制實(shí)訓(xùn)、電機(jī)控制編程，系統(tǒng)調(diào)試，新型控制策略的探索等。學(xué)生能夠通過可視化界面更加直觀的在實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)過程中去反思、重新認(rèn)識(shí)電機(jī)的基本原理及控制策略，利用回放對(duì)比等功能對(duì)多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以完成以下類型實(shí)驗(yàn)：
(1)基本型實(shí)驗(yàn)
① 無刷直流電機(jī)的PWM控制
?、?無刷直流電機(jī)的SVPWM控制
?、?無刷直流電機(jī)的容錯(cuò)控制
④ 無刷直流電機(jī)的弱磁控制
?、?無刷直流電機(jī)的有位置傳感器控制
⑥ 典型復(fù)雜機(jī)電負(fù)載的載荷實(shí)驗(yàn)(如作動(dòng)器負(fù)載、洗衣機(jī)負(fù)載等)
(2) 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)
基于該平臺(tái)學(xué)生可以進(jìn)行自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，包括：
?、?不同PWM控制策略的對(duì)比
學(xué)生可以通過程序的修改采用不同PWM的控制策略，比較不同控制策略對(duì)電機(jī)性能的影響，將幾種不同PWM控制策略下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、相電流等參數(shù)在同一界面顯示并進(jìn)行對(duì)比分析。
?、?有位置傳感器控制和無位置傳感器控制的對(duì)比
學(xué)生可通過自主編程完成有位置傳感器控制和無位置傳感器控制的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果在同一界面進(jìn)行對(duì)比，比較有/無位置傳感器控制時(shí)，電機(jī)性能的差異。
?、?任意模擬不同負(fù)載特性的載荷試驗(yàn)
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以通過可視化界面進(jìn)行突加/突卸負(fù)載的組合編程試驗(yàn)，并且能夠捕捉電機(jī)參數(shù)的變化，完成突加/突卸負(fù)載時(shí)的變化曲線，更加直觀的讓同學(xué)理解電機(jī)的運(yùn)行特性。
(3) 多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)
教師在應(yīng)用該平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以進(jìn)行多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)和訓(xùn)練。
比如：
?、?訓(xùn)練學(xué)生練習(xí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的拆卸、組裝及系統(tǒng)初調(diào);
?、?提供單片機(jī)Demo板讓學(xué)生完成測(cè)繪、繪制原理圖、制作PCB，掌握基本電路實(shí)踐能力;
?、?提供單片機(jī)Demo板，讓學(xué)生完成程序編寫，鍛煉學(xué)生編程能力及編程應(yīng)用能力;
?、?提供單片機(jī)Demo板和程序基本框架，讓學(xué)生對(duì)控制算法進(jìn)行改進(jìn)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思考和算法編程能力;
⑤ 在此平臺(tái)上進(jìn)行各種設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)
教師通過從不同角度去應(yīng)用此教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以從不同層次、層面鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作、調(diào)試、測(cè)試及創(chuàng)新思考能力。
作品名稱：適用于多層次教學(xué)的可視化電機(jī)控制及測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
學(xué)?；騿挝唬耗暇┖娇蘸教齑髮W(xué)
