基于虚拟仿真技术的气动实验平台开发与应用

来源:用户上传      作者:刘银华 段振霞 刘建国

　　 摘 要：开发了一个基于LabVIEW虚拟仿真技术的气动实验平台，整个平台由气动回路系统和LabVIEW测试控制系统组成。气动回路系统是根据储气罐充气系统的工作原理进行设计与模拟，LabVIEW测试控制系统根据储气罐充气系统的气压控制原理进行设计与模拟，电路开关量采用固态继电器，通过LabVIEW编写控制程序作为虚拟控制器。该实验平台已经投入使用，实践证明，该实验平台搭建方便，操作步骤与知识点易于理解与掌握，适用于机械类专业学生学习，通过编程控制气动设备，增加了实验的趣味性与创新性，调动了学生学习的积极性和主动性。
　　 关键词：虚拟仿真技术;LabVIEW;气动实验平台;创新
　　 中图分类号：G642 文献标识码：A
　　Abstract： A pneumatic experiment platform based on LabVIEW virtual simulation technology is developed. The whole platform consists of pneumatic loop system and LabVIEW test control system. The pneumatic loop system is designed and simulated according to the working principle of the air tank charging system. The LabVIEW test control system is designed and simulated according to the air pressure control principle of the air tank charging system. The switch value of the circuit adopts solid state relay， and the control program is written through LabVIEW as the virtual controller. The experimental platform has been put into use. Practice has proved that the experimental platform is easy to build， and the operation steps and knowledge points are easy to understand and master. It is suitable for mechanical majors to learn. Through programming control of pneumatic equipment， the interest and innovation of the experiment are increased， and the enthusiasm and initiative of students are mobilized.
　　Key words： virtual simulation technology; LabVIEW; pneumatic experimental platform; innovate
　　 随着近年来测试控制技术的发展及气动技术的进步，气动控制在企业的应用越来越广泛，然而高校针对工科学生开设的相关实验课程往往是分开的，对学过《液压与气动技术》的学生单独开设一个关于气动回路的实验课程，在气路实验中只专注于气路系统的设计与使用，很少会涉及到控制技术。对于学过《控制基础》的学生又会专门开设一门测试控制类的实验课程，在测试控制实验中只让学生专注于编程，很少会涉及到执行机构的气路系统。这种针对性较强的实验课程可以培养学生解决某一领域问题的能力，但是无法培养学生解决综合性、复杂性问题的能力[1]。针对这一情况，开发了一个基于LabVIEW虚拟仿真技术的FESTO气动实验平台。整个平台由气动回路系统、LabVIEW测试控制系统和电路控制系统组成。气动回路系统是根据储气罐充气系统的工作原理进行设计与模拟，气动压力传感器采用与实际控制系统类似的元器件，使用2位3通的电磁换向阀来模拟储气罐充气回路中的空压机，使用2位3通的手动换向阀来模拟储气罐充气回路中的人工气动工具。LabVIEW测试控制系统根据储气罐充气系统的气压控制原理进行设计与模拟，通过LabVIEW编写控制程序作为虚拟控制器。电路控制系统中继电器采用与实际控制系统一样的继电器。该实验平台已经使用多个学期，实践证明，该实验平台搭建方便，操作步骤与知识点易于理解与掌握，适用于机械类专业学生学习，通过编程控制气动设备，增加了实验的趣味性创新性，调动了学生学习的积极性和主动性，培养了学生综合运用专业知识解决复杂问题的能力[1-3]。
　　1 气动实验平台总体设计方案
　　 本实验课程主要针对全校工科类本科学生，通过设计和连接气动回路锻炼了W生的动手能力，通过编写LabVIEW控制程序锻炼了学生的创新思维能力[4]。
　　 实验平台主要包括FESTO气动系统、LabVIEW控制系统，电路控制系统和数据采集系统。气动系统中采用的是FESTO公司生产的气动元器件，包括过滤调压阀、2位3通电磁换向阀、单向节流阀、储气罐、气动压力表、气动压力传感器、2位3通按键式手动换向阀。控制系统采用LabVIEW进行编程，LabVIEW是一种程序开发环境。电路控制系统中采用固态继电器作为开关量控制电磁换向阀的通电和断电。数据采集系统采用阿尔泰USB2833数据采集卡，通过采集压力传感器电压信号作为LabVIEW程序的输入信号[4-5]。

nlc202204191611

转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15428775.htm