“自控原理”虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡 燕， 黃 霞， 張冰洋

(1. 中南民族大學(xué) 電子信息工程學(xué)院, 智能無線通信湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430074；2. 中南民族大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 湖北 武漢 430074)

“自控原理”虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

胡 燕1， 黃 霞2， 張冰洋2

(1. 中南民族大學(xué) 電子信息工程學(xué)院, 智能無線通信湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430074；2. 中南民族大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 湖北 武漢 430074)

針對(duì)目前高?！白詣?dòng)控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題,基于CDIO工程教育理念設(shè)計(jì)和應(yīng)用“自動(dòng)控制原理”課程虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合軟件仿真實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì),集模型仿真、電路仿真和硬件電路系統(tǒng)調(diào)試為一體,既可以完成硬件實(shí)驗(yàn)，又可以完成軟件仿真實(shí)驗(yàn),并且可以將二者相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)虛實(shí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。該虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用加深了學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制理論基本原理和綜合系統(tǒng)分析方法的理解,有效地提高了學(xué)生的綜合分析和動(dòng)手能力。

自動(dòng)控制原理； CDIO； 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； 虛實(shí)結(jié)合

目前“自動(dòng)控制原理”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般采取兩種模式,一種是基于Matlab 的軟件仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?另一種是基于電子線路的控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)模式。兩種模式各有優(yōu)缺點(diǎn),軟件仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ侥軌蜢`活構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),便于進(jìn)行控制系統(tǒng)的原理驗(yàn)證和設(shè)計(jì),但是軟件仿真不接觸實(shí)際器件,容易造成學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)不足,也不能鍛煉學(xué)生的硬件調(diào)試能力,并且軟件仿真實(shí)驗(yàn)是在理想情況下進(jìn)行,不能完全反映實(shí)際系統(tǒng)的故障和異常運(yùn)行情況,導(dǎo)致學(xué)生缺少對(duì)實(shí)際問題的分析及對(duì)控制系統(tǒng)的切實(shí)體會(huì)[1-2]。硬件實(shí)現(xiàn)模式能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，但由于系統(tǒng)構(gòu)建和測(cè)試所耗時(shí)間長,會(huì)導(dǎo)致學(xué)生專注于電路的實(shí)現(xiàn),忽視對(duì)所搭建的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和思考;實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)受到元件參數(shù)不穩(wěn)定的影響或設(shè)備條件的限制,使實(shí)驗(yàn)值和理論值不相吻合或誤差過大,容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解；并且某些內(nèi)容無法實(shí)驗(yàn),或?qū)嶒?yàn)結(jié)果不直觀。因此,設(shè)計(jì)一種虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),結(jié)合軟件模式和硬件模式的優(yōu)點(diǎn),對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行合理設(shè)計(jì),使學(xué)生通過該平臺(tái)進(jìn)行“自動(dòng)控制原理”課程實(shí)驗(yàn)后,學(xué)生既能實(shí)現(xiàn)對(duì)控制理論的思考,也能獲得對(duì)控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)和調(diào)試的切身體會(huì),在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)課本知識(shí)的理解與升華,提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力。

1 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

1.1 功能集成化設(shè)計(jì)

虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用集成化設(shè)計(jì)思路,結(jié)合了電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和虛擬儀器技術(shù),既提供實(shí)體實(shí)驗(yàn)所需的硬件電路,又提供仿真軟件和虛擬儀器；既可以完成硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?又可以完成軟件仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?并且可以將二者相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。

該虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由操作臺(tái)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供電路模塊等,實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可以進(jìn)行靈活組合、構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)。如果要進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)時(shí)另配備信號(hào)發(fā)生器、示波器等儀器儀表。實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)處理單元,用于數(shù)據(jù)采集、輸出以及與上位機(jī)的通信。虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配備PC機(jī)作為操作臺(tái),PC機(jī)安裝仿真軟件Matlab和虛擬電子工作平臺(tái)Multisim,可以進(jìn)行控制系統(tǒng)的模型仿真和電路仿真,而且可以基于LabView設(shè)計(jì)虛擬儀器如信號(hào)發(fā)生器、虛擬示波器等作為控制系統(tǒng)所需的信號(hào)源和測(cè)試儀器,形成集模型仿真、電路仿真和硬件電路系統(tǒng)調(diào)試、軟件硬件虛實(shí)結(jié)合為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[3-5]。

1.2 開放式設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以滿足不同層次要求的實(shí)驗(yàn),自動(dòng)控制原理課程的基本和綜合實(shí)驗(yàn)可由平臺(tái)提供的硬件電路模塊和實(shí)驗(yàn)對(duì)象完成；設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)可通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以滿足實(shí)驗(yàn)的靈活性和有效性的要求,同時(shí)系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì),充分考慮了開放型、研究型實(shí)驗(yàn)的需要,可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)效性,對(duì)上位機(jī)界面及工具欄中按鈕的位置和組合方式等根據(jù)應(yīng)用測(cè)試的使用效果進(jìn)行了多次調(diào)整[6-8]。

1.3 模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)布局采用模塊化布局設(shè)計(jì),對(duì)實(shí)驗(yàn)功能區(qū)進(jìn)行合理分配。接線簡單,易于操作。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容更改方便,易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。

2 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)見圖1。該虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由上位PC微機(jī)(含實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上位機(jī)應(yīng)用軟件)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、USB通信線等組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)由計(jì)算機(jī)接口板、電路實(shí)驗(yàn)板、實(shí)物對(duì)象實(shí)驗(yàn)板組成。

圖1 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)接口板內(nèi)含數(shù)據(jù)采集卡,通過USB口與上位PC進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)采集卡具有8路12位A/D輸入通道和2路12位D/A輸出通道。與上位機(jī)一起使用時(shí),可同時(shí)使用其中2個(gè)輸入和2個(gè)輸出通道。結(jié)合上位機(jī)軟件,用以實(shí)現(xiàn)虛擬示波器、信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字控制器功能。

實(shí)驗(yàn)板主要由電源單元、信號(hào)源單元、元器件單元、非線性單元以及模擬電路單元等組成。電源包括電源開關(guān)、保險(xiǎn)絲、+5 V、-5 V、+15 V、-15 V、0 V以及1.3 V～15 V可調(diào)電壓的輸出。信號(hào)源單元可以產(chǎn)生頻率與幅值可調(diào)的周期階躍信號(hào)、周期斜坡信號(hào)、周期拋物線信號(hào)以及正弦信號(hào),并提供與周期階躍、斜坡、拋物線信號(hào)相配合的周期鎖零信號(hào)。元器件單元提供實(shí)驗(yàn)所需的電容、電阻與電位器,另提供插接電路供放置自己選定大小的元器件。非線性單元用于構(gòu)成不同的典型非線性環(huán)節(jié),如具有死區(qū)特性或間隙特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路、具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路、具有飽和特性的非線性環(huán)節(jié)模擬電路。模擬電路單元為由運(yùn)算放大器與電阻、電容等器件組成的模擬電路單元；其中1個(gè)為倒相電路,實(shí)驗(yàn)時(shí)通常用作反相器,其余8個(gè)模擬電路單元內(nèi)都有用場(chǎng)效應(yīng)管組成的鎖零電路和運(yùn)放調(diào)零電位器。

實(shí)物對(duì)象實(shí)驗(yàn)板提供了直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、溫度PID控制系統(tǒng)、單水箱液位控制系統(tǒng)等實(shí)物系統(tǒng),學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行工程實(shí)踐[9-11]。

3 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用舉例

采用虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行“自動(dòng)控制原理”課程的實(shí)驗(yàn)時(shí),利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建模擬電路,連接成典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)臺(tái)和操作臺(tái)的計(jì)算機(jī)通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換卡和數(shù)據(jù)線進(jìn)行通信,由操作臺(tái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生各種典型輸入信號(hào),經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送給模擬電路；模擬電路輸出信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后送到計(jì)算機(jī),由上位機(jī)上的虛擬示波器來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即利用計(jì)算機(jī)、A/D、D/A 接口卡并配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件,實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、波形記錄及顯示功能。

圖2 比例積分電路

學(xué)生利用虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的模擬電路單元[9-12]搭建電路,如圖3所示?；贚abView 設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件控制數(shù)據(jù)采集卡的D/A輸出通道提供控制系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集卡的D/A輸出端口O1輸出階躍信號(hào)作為比例積分環(huán)節(jié)的輸入,電路的輸出與數(shù)據(jù)采集卡的A/D輸入端口I2連接,經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)在上位機(jī)的虛擬示波器上顯示，即實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建的模擬電路連接是基于LabVIEW 的信號(hào)發(fā)生器和虛擬示波器,組成控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。比例積分典型環(huán)節(jié)的激勵(lì)與響應(yīng)的波形如圖4所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建的比例積分電路

圖4 比例積分激勵(lì)與響應(yīng)波形

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),首先要求學(xué)生掌握典型環(huán)節(jié)即比例積分模擬電路的構(gòu)成及其動(dòng)態(tài)特性,根據(jù)實(shí)驗(yàn)中給定的控制系統(tǒng)方塊圖或傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的模擬電路圖,然后動(dòng)手在實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建模擬電路來實(shí)現(xiàn)實(shí)際的控制系統(tǒng),通過操作臺(tái)PC機(jī)中的虛擬信號(hào)發(fā)生器提供系統(tǒng)的激勵(lì),利用虛擬示波器觀察系統(tǒng)響應(yīng)，即利用基于LabVIEW 的信號(hào)發(fā)生器和虛擬示波器組成自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生通過虛擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在實(shí)驗(yàn)過程中通過搭建電路可以對(duì)控制系統(tǒng)的構(gòu)成有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)；基于LabView的虛擬儀器代替了實(shí)際信號(hào)發(fā)生器和示波器的作用,實(shí)驗(yàn)過程中無需過多調(diào)試儀器,實(shí)驗(yàn)過程變得簡單,使學(xué)生可以把重點(diǎn)放在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析上。

4 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用分析

4.1 卷面考試成績檢驗(yàn)分析

2013/2014學(xué)年學(xué)生實(shí)驗(yàn)班和參照班的考試成績對(duì)比分析。自變量為學(xué)習(xí)條件,包括采用虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(實(shí)驗(yàn)組)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)即純實(shí)物實(shí)驗(yàn)(控制組)兩種條件,也即本研究操控的變量或原因變量,因變量是不同實(shí)驗(yàn)條件下學(xué)生的期末學(xué)習(xí)成績,也即結(jié)果變量。

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS17.0對(duì)2013/2014學(xué)年實(shí)驗(yàn)組和控制組學(xué)生的考試成績平均數(shù)差異顯著性進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組學(xué)生的學(xué)業(yè)成績的差異顯著,t(88)=5.11,p=0.03<0.05,虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)條件下學(xué)生的學(xué)習(xí)成績顯著高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)即純實(shí)物實(shí)驗(yàn)條件下學(xué)生的學(xué)習(xí)成績,如表1所示。

表1 2013/2014學(xué)年實(shí)驗(yàn)組和控制組獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)

注:p表示不同組別被試間差異，p<0.05表示差異顯著，p<0.01十分顯著,p<0.001特別顯著。

從卷面試題反映的理論知識(shí)的清晰度方面看,采用虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)班學(xué)生強(qiáng)于普通班學(xué)生；從工程實(shí)踐的角度可以看出,在完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)間方面,實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間短于普通班學(xué)生；在搭建系統(tǒng)電路的質(zhì)量方面,實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的電路質(zhì)量高于普通班學(xué)生；在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)間方面,實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的時(shí)間短于普通班學(xué)生。

4.2 學(xué)生體驗(yàn)和評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)的儀器使用起來比較繁瑣，而且往往效率低下,從功能電路的設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試及組合到整體測(cè)試往往經(jīng)歷比較繁瑣的過程,而且函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和示波器的使用比較麻煩,尤其是示波器的使用對(duì)學(xué)生而言是有難度的,探頭的質(zhì)量要求高，而且昂貴,使用不當(dāng)還容易損壞,示波器的參數(shù)設(shè)置和相關(guān)調(diào)整也不是簡單一兩步就能調(diào)好完成的,而且得到的波形效果往往不盡如人意。

仿真常用在理論設(shè)計(jì)和一定程度上驗(yàn)證電路的可行性方面,仿真結(jié)果常常無法保證設(shè)計(jì)電路的功能可以在實(shí)際的電路中反映出來,也就是實(shí)際電路和設(shè)計(jì)電路存在偏差。在虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)中,學(xué)生可以采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式,將設(shè)計(jì)的電路用實(shí)際電路搭建起來,采用基于LabView的虛擬儀器能馬上驗(yàn)證電路的正確性,不僅解決了純軟件設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際電路有誤差的不可靠性,也減少了傳統(tǒng)儀器操作的麻煩,同時(shí)解決了因應(yīng)用軟件而忽略動(dòng)手能力培養(yǎng)的問題,因?yàn)樘摂M儀器Labview所依賴的正是需要學(xué)生動(dòng)手完成的電路。

4.3 CDIO培養(yǎng)模式的體現(xiàn)

CDIO工程教育模式“做中學(xué)”的理念和方法適合工科教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate),虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是在CDIO模式下進(jìn)行的探索研究。

虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,利用虛擬儀器能夠方便快捷地完成系統(tǒng)的測(cè)試和功能分析。相對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,還引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中思考問題、解決問題,體現(xiàn)了CDIO模式“做中學(xué)”的理念和方法。CDIO “設(shè)計(jì)”理念一直貫穿于虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究中?！白钥卦怼碧搶?shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的中心思想是以學(xué)生為中心,引導(dǎo)學(xué)生“主動(dòng)學(xué)習(xí)”,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中充分提供給學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的資源和工具,引導(dǎo)學(xué)生思考和研討。通過整合虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn),創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和全身心投入學(xué)習(xí),利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

“自控原理”虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用了課前、課中、課后的混合式學(xué)習(xí)應(yīng)用模式,體現(xiàn)了CDIO“構(gòu)思”、“設(shè)計(jì)”、“實(shí)現(xiàn)”和“運(yùn)作”等典型環(huán)節(jié)的思想。本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體現(xiàn)了CDIO模式的“實(shí)現(xiàn)”及“運(yùn)作”環(huán)節(jié)。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前使用虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),在進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)前能夠掌握有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍和規(guī)律,避免實(shí)驗(yàn)的盲目性和可能出現(xiàn)的硬件電路損壞,能訓(xùn)練學(xué)生的儀器使用、線路搭建的能力和思維邏輯性；在實(shí)驗(yàn)過程中,通過小組合作促使學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí),發(fā)動(dòng)小組討論,加以教師引導(dǎo),促進(jìn)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)比理論結(jié)果找出差異、分析原因；課后利用虛擬實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程,促進(jìn)學(xué)習(xí)者反思和深度學(xué)習(xí),這些都利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和應(yīng)用能力。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),將軟件仿真實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種功能集成化、設(shè)計(jì)模塊化、開放的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),形成集模型仿真、電路仿真和硬件電路系統(tǒng)調(diào)試,軟件硬件虛實(shí)結(jié)合為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,基于CDIO工程教育理念設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),有利于提高學(xué)生自動(dòng)控制理論分析設(shè)計(jì)和電路系統(tǒng)調(diào)試的綜合能力。

References)

[1] 燕濤,朱莉, 翁智.“自動(dòng)控制原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(11):389-392.

[2] 夏靜萍,王瑛.自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(12):184-189.

[3] 榮軍,黃帥丁.簡易自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2011,32(8):67-73.

[4] 孫斌,趙玉曉,張新娜.基于虛擬儀器的自控原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012,29(5):105-108.

[5] 劉瑞歌,宋鋒.基于虛擬儀器技術(shù)的自動(dòng)控制原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2011(4):171-173.

[6] Graham C Goodwin,Adrian M. Medioli.Emulation-Based Virtual Laboratories: A Low-Cost Alternative to Physical Experiments in Control Engineering Education[J]. IEEE Transactions on Education,2011,54(1):48-54.

[7] Clara M Ionescu,Ernesto Fabregas.A Remote Laboratory as an Innovative Educational Tool for Practicing Control Engineering Concepts[J].IEEE Transactions on Education, 2013,56(4):436-442.

[8] Santana M Ferre. Remote Laboratories for Education and Research Purposes in Automatic Control Systems[J].IEEE Transactions on Industry Informatics,2013,9(1):547-556.

[9] ACCC-IV 控制技術(shù):信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[EB/OL].(2014-12-03)[2015-05-18].http://www.zjqiushi.com.

[10] 孫大衛(wèi).一種典型自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(7):79-81.

[11] 馬志明.基于LabVIEW的虛擬自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[D].西安:西北大學(xué),2013.

[12] 劉光磊.基于LabviEw的水箱液位實(shí)驗(yàn)裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[D].長沙:中南大學(xué),2011.

Design and application of virtual-actual combination experimental platform for Automatic Control Principle course

Hu Yan1， Huang Xia2， Zhang bingyang2

(1. Hubei Key Laboratory of Intelligent Wireless Communications, College of Electronics and Information, South-Certral University for Nationalities, Wuhan 430074, China; 2. Expermetal Teaching Center, South-Certral University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

Aiming at the existing problems of Automatic Control Principle course in experimental teaching in colleges and universities, the virtual-actual combination experimental platform for Automatic Control Principle course based on CDIO engineering education concept is designed and applied. Combining the advantage of software simulation and hardware experiment, the experimental platform sets model simulation (MATLAB), circuit simulation (Multisim) and debugging of hardware circuit system as a whole. It can perform the hardware experiments and the software simulation, and it can realize the virtual-actual combination experiments. The application of virtual-actual combination experimental platform makes students understand deeply the basic principle of automatic control theory and analysing method of comprehensive system, and improves effectively students’ comprehensive analysis and practice ability, achieving the effect of experimental teaching.

automatic control principle; CDIO; experimental platform; virtual-actual combination

2015- 05- 22 修改日期：2015- 07- 10

中南民族大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CZY13001)

胡燕(1972—)，女，湖北武漢，博士,副教授，研究方向?yàn)榭刂瓶茖W(xué)與工程

E-mail：mail:huyan1106@126.com

張冰洋(1986—)，男，湖北武漢，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師.

E-mail：witzby@qq.com

TP391.9；G642.423

A

1002-4956(2015)12- 0084- 05