分数阶控制伺服电动机实验演示平台设计

分数阶控制技术是近20年控制领域兴起的一个研究方向。采用分数阶微积分，可更精确地描述复杂系统的动态特性和进行有效控制。以工业伺服系统常用的永磁同步交流电动机作为被控对象，在磁场定向的矢量控制模式下，对电动机的速度-位置环分别采用分数阶PI控制、分数阶自抗扰控制和分数阶滑模控制等技术，设计了电动机速度调节、位置伺服控制的一组综合实验，通过数字信号处理器TMS320F28335搭建了实验测试平台，实验结果验证了各设计方案的可行性。该综合实验用于本科生计算机控制系统实训和研究生控制工程实践环节，帮助学生领会先进控制技术的潜力，彰显精益求精的工匠精神。     

基于VxWorks的永磁同步电动机控制系统设计

针对难以精确地用数学语言描述永磁同步电动机机理特性的问题,设计了基于VxWorks实时操作系统的硬件在环永磁同步电动机对拖实验平台。利用VxWorks实时操作系统实现控制系统控制信号及采集信号的实时性;使用频率变化的正弦信号激励出永磁同步电动机特定频率范围内的模态,采用功率谱密度函数模型辨识方法建立其数学模型,并将辨识出的数学模型用于系统速度环的控制器设计,并通过仿真及平台进行了实验。实验结果表明,辨识模型可以较精确地描述实验平台的快速性、相对稳定性等动态特性。该方案将重点放在模型建立和控制器设计上,门槛低,灵活性大,可大大缩减实验时间。     

轮履复合式机器人实验平台设计与研究

轮履复合机器人实验平台是在分析现有移动平台形式的基础上,针对工业现场和教学实践的双重需要,设计的一种可二次开发的通用机器人实验平台。该设计采用模糊逻辑控制器控制电机驱动单元实现机器人的自主移动,采用轮履复合式的机械结构极大地提高了机器人的灵活性和机动性,拓展了机器人的活动空间。软硬件均采用模块化设计,使机器人实验平台的通用性和开发便捷性进一步增强,可广泛应用于教学、救援、巡检、军事以及勘探等领域。     

基于硬件在环仿真的交通信号控制实验设计

为使学生能够直观体验交通信号控制实验的效果,设计了由计算机(运行微观交通仿真软件)、信号控制机和信号机接口设备组成的硬件在环仿真实验平台。通过该仿真实验平台,学生可以设置信号机参数、运行仿真实验、观察信号机对交通流的控制效果并进行离线评价、比较不同交通条件下信号控制方案的优劣。通过该实验,可以提高信号控制实验的教学效果和学生解决实际交通问题的综合能力。     

高速环境下UHF RFID标签读取率测试研究

从RFID技术在供应链、交通管理等不同速度场景下的应用特点出发,将不同应用场景划分为不同速度等级,并设计实现了1款直线导轨以模拟低速到高速的不同应用环境,研究标签的读取率与速度之间存在的对应关系。针对该实验平台设计了1款平台测试软件来统计分析测试数据,总结实验规律。通过测试0~50 km/h速度范围内,不同种类的UHF RFID标签在同种附着介质上的读取率变化曲线,比对多组实验结果得出结论,标签的读取响应率随速度的增加而迅速衰减。该实验结论对UHF标签在不同速度场景下的应用有指导作用。     

航空发动机压气机压力仿真实验教学平台设计

针对航空发动机压气机失稳过程中压力变化难于模拟的问题，设计并开发一种高精度的压气机压力仿真实验教学平台。平台具有人机友好和操作方便的特点，方便学生快速上手操作。平台基于现场可编程门阵列(FPGA)与气动压力模拟技术设计，通过调用控制器实时模块实现上位机与FPGA的通信。在LabVIEW编程环境中设计控制程序，实现平台控制、数据采集、存储和显示。在喘振信号动态跟踪实验中，最大误差为60 kPa,同时能快速跟踪正弦和三角波信号。平台设计旨在激发学生对航空发动机压气机失稳等问题的兴趣，增强对发动机硬件在环仿真技术的了解，同时提高实践动手能力，为培养新一代航空发动机及机械工程领域创新人才提供基础。     

冷连轧实验轧机自动控制系统

实验平台基于现代化冷连轧机自动控制系统的性能要求,针对多变量控制系统高速通信和高速控制的特点,满足可靠性、快速性和工艺适应性的需要。通过采用西门子多CPU控制器SIMATIC TDC,系统实现了主电机速度控制、压下机构位置控制和带钢张力控制等功能。该实验平台既可用来开发冷连轧控制算法,也可用来实现轧制过程的物理模拟,为工业生产提供实验数据。     

三相光伏并网发电技术实验平台设计

设计了一种功能完整、上位机界面友好的三相光伏并网技术教学实验平台,详细阐述了实验平台的整体硬件结构和上位机实时监控界面。采用光伏模拟器代替实际光伏电池模拟不同工况下的光伏特性曲线。实验平台根据需求可切换不同控制策略。设计了上位机监控系统易于光伏并网控制的各项功能,实现对测试结果的实时波形化监测。该平台操作简单、控制精确,可方便完成三相光伏并网发电技术的实验教学内容。     

四旋翼飞行器实验平台设计

为培养应用型创新人才,设计了四旋翼飞行器实验平台。该实验平台采用模块化设计,系统主控芯片采用STM32F103,采用MPU6050测量飞行器的姿态,采用GPS测量飞行器的位置,采用串级PID对飞行器进行控制,外环控制飞行器的位置,内环控制飞行器的姿态,经过Matlab/Simulink仿真可以看出,所设计的控制器可以满足要求。该实验平台应用范围较广泛,不同专业、年级的学生都可以在此实验平台上进行理论知识的验证以及系统的设计开发,取得了良好的教学效果。模块化的设计思想便于学生进行扩展设计,经过实践证明,四旋翼飞行器实验平台有利于培养学生的创新思维和创新能力。     

基于LabVIEW和DAQmx的温室温度监控系统实验平台设计

采用LabVIEW、DAQmx以及PCI-6251多功能数据采集卡和BNC2120接线终端,设计了一套实时温室温度监测系统。通过加热钨灯和制冷排气扇作为执行部件,并采用热电偶作为感温元件,设计了模拟温室箱,完成了基于LabVIEW和DAQmx的温室温度监控系统实验平台的设计。系统通过热电偶对模拟温室箱内的温度进行实时采集,并根据用户要求控制执行机构对目标环境温度进行实时控制,从而实现对温度的实时采集、显示和控制等功能。结果表明,设计的温室温度监控系统实验平台能够实现对温度的实时监测与控制,以及对历史温度变化趋势的可视化显示的设计要求。