教学用的全数字控制交直流调速和加载系统的制作方法
专利名称：教学用的全数字控制交直流调速和加载系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于教学目的交直流调速和加载系统，特别涉及教学 用的全数字控制交直流调速和加载系统。
背景技术：
由于国内高职高专以及高等院校中的自动化专业都需要学习电机学、电 机拖动、电力电子技术、自动控制系统等专业课程，学习的过程比较枯燥乏 味；通过实验教学能理论结合实际，能更好的加深理论学习的过程，掌握其 本质含义；而理论教学则是实验教学的基础，学生在实验过程中应学会运用 所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力； 同时通过实验项目来验证理论，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、 深化。
为了更好的配合教学的目的，必须要配置相应的实验设备，目前国内的 设备均为较为简单的模式，每个单元完成指定的功能实验，但是存在与电力 电子技术发展有较大的差距，特别是在数字化、智能化、网络化、仿真化和 系统性方面不强，存在实验内容与工业实际差距较大，无法体现最新的科技 发展；实验内容以验证为主，无法实验学校的实验开发性；实验效率低下， 学生只能将大量的时间花费在接线、查线以及调节参数上，无法将更多的精 力花费在思考和问题的解决上。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了教学用的全数字控制交直流调速和加载系统， 在数字化、智能化、网络化、仿真化和系统性五大方面得到本质性提高。 根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和 软件部分两大部分，其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内。硬件部分是 计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、 电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器， 数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。
软件可分为两部分内容，其一为实验室网络管理软件，利用计算机快速、 强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络，计
算机再连接INTERNET网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通过 权限管理完成对学生实验全过程的动态监控，大大提高实验效率和水平；
其二为实验控制、显示软件，包括数字控制调速系统软件、内嵌的虚拟示 波器软件、仿真实验软件、接线判断软件；其中数字控制调速系统软件完成直 流电机和交流电机的调速控制，核心采用DSP技术，硬件部分采用统一架构， 仅仅修改DSP中的程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的 验证性实验，还能完成设计性实验，同时能在实验过程中完成过程的波形数据 的测量和绘制;接线判断软件通过控制实验线路中嵌入式系统及接线自动诊断 装置，完成对学生接线的智能判断，当出现接线错误时在计算机界面上出现 告警信息，提醒使用者注意。
以下就五大革新做详细的描述
l.数字化随着电力电子技术的发展，数字化浪潮不断涌来，我们在这套 系统中，着重将数字技术搬到调速系统中，从最基础的晶闸管数字触发电路、 一直到计算机控制的调速系统，涵盖了全部的数字化实验，我们还针对教学 目的，开发出采用基于DSP技术的运动控制卡，只要通过改变DSP内核的程 序，就可以方便的开发出不同要求的调速系统，无论是直流还是交流；使得 学校只需使用一套通用的硬件设备，改变程序就可以完成多种实验项目。提 高实验的深度和广度，增加实验的灵活性。
2. 智能化随着学校设备的增多，实验内的管理人员非常紧张，学生初次 接触实验设备，难免会出现接线错误，或者漏接少接等情况出现，通常我们 只是对学生反复强调要仔细检査，但是错误依然会出现，轻则实验无法顺利 完成，严重的将烧毁器件，造成实验设备损坏；很多厂家都增加了很多的保 护措施，来提高设备的可靠性，但是收效甚微；针对上述情况我们专门设计 了一套接线线路的自我检查电路，计算机上安装相应的线路图编辑软件，在 计算机上绘制实验接线原理图，通过下载到嵌入式系统，嵌入式系统通过接 线自动诊断装置中硬件部分，可以在实验设备没有通电的情况下，自动进行 逐点诊断，当错误发生，则在计算机界面上出现相应的警告信息，告诉最终 用户。提高实验设备的可靠性。
3. 网络化从前的教学设备都是独立单元，缺乏沟通和联系，随着互联网 技术的发展，针对学校教学的需要，我们开发出基于互联网技术的实验管理 软件，每个实验设备配置计算机，硬件上通过交换机构成星型结构的局域网， 整个实验实配置一台实验服务器，并可对校园网对接。系统分为学生机、教 师机和实验服务器，实验波形和数据的采集由学生机完成，通过相应的软件 将学生的实验实际情况发送到实验服务器，教师机通过权限对学生的实验项 目、实验时间、实验结果进行参看、评分和管理。大大减轻的教师的劳动强 度，完全避免出现学生恶意拼凑实验数据和波形，实验更加高效和公正。
4. 仿真化随着计算机技术的发展，在实验前利用计算机对实验的内容 进行仿真，预测实验结果，即可以提高学生的实验兴趣，也可以提前完成实 验项目的相关预习工作；我们提供了基于Matlab、 PSIM的上位机软件，提高 实验效率，增强了实验的深度。
5. 系统性作为实验设备，必须要保证系统的完整，整套系统包括了教材 中的所有实验项目和内容，学生接完实验连线后，只需要坐在计算机前面， 就完全可以依靠计算机的指导，顺利完成全部的实验内容，包括电机负载的
增加和减少，波形的记录，数据的读取等一系列实验工作；如果需要改变实 验只需要通过更换不同的组件就可以实现，提高设备的利用率，节约实验经费。
图1为本发明的实验室网络结构图； 图2为本发明的系统结构框图。
具体实施方案
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围 并不限于此。
如图l、 2所示，教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内 容为硬件部分和软件部分两大部分。其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统 内。硬件部分是计算机4上的运动控制卡5和数据采集卡6都与连接实验线 路7，接线判断软件8控制实验线路的嵌入式系统9及接线自动诊断装置10， 实验线路7连接转速、电流的电压信号反馈14及交直流电机11，交直流电机 11通过同轴连接磁粉制动器12，数据采集卡通过磁粉制动器控制器13连接 磁粉制动器，完成远程程控加载。
软件可分为两部分内容，其一为实验室网络管理软件15，利用计算机快 速、强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络， 计算机再连接INTERNET网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通 过权限管理完成对学生实验全过程的动态监控，大大提高实验效率和水平；
其二为数据控制、显示软件，包含且不仅包括数字控制调速系统软件、内 嵌的虚拟示波器17软件、仿真实验软件18、接线判断软件8等；其中数字控 制调速系统软件完成直流电机和交流电机的调速控制，采用统一的硬件结构， 仅仅修改程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的验证性实 验，还能完成设计性实验；接线判断软件控制实验线路的嵌入式系统及接线自
动诊断装置。
软件部分以Windows操作系统为平台，嵌入了接线判断、实验管理、 调速系统上位机、虚拟示波器以及仿真实验等5大部分功能。接线判断包括 了从原理图绘制，自动生成测试代码，状态提示等功能，可以准确地判断学 生接线正确与否，同时做出相应的提示信息，大大提高实验设备的可靠性。 实验管理系统基于Windows98/2000/XP平台，采用SQL Server数据库，基于 Windows通用应用程序界面实验及Web的方式管理，整个系统软件具备免费升 级能力，有强大安全防护功能，防"黑客"进入教师机，从而实现整个实验室 的无纸化、网络化的目标，大大减轻的教师的劳动强度，完全避免出现学生恶 意拼凑实验数据和波形，实验更加高效和公正。虚拟示波器17软件能对各种 电动机启动波形进行显示、分析、处理和打印功能，同时上位机软件16可以 对电机电流、电压和转速当前值进行实时显示，调节器中的PI参数均可以任 意设置，完成调速系统在不同参数模式下的运动状态的研究。仿真实验包括 采用Matlab和PSIM等软件作为平台，采用我们公司编制的相应的程序，进 行虚拟化教学，大大拓展了教学的难度和深度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，放在本 发明的精神和原则之内所做修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和软件部分两大部分，其特征在于其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内；硬件部分是计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器，数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。
2、 根据权利要求1所述的教学用的全数字控制交直流调速和加载系统， 其特征在于软件可分为两部分内容，其包括实验室网络管理软件和实验控 制、显示软件，验室网络管理软件是利用计算机快速、强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络，计算机再连接INTERNET 网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通过权限管理完成对学生实 验全过程的动态监控；实验控制、显示软件，包括数字控制调速系统软件、内嵌的虚拟示波器软 件、仿真实验软件、接线判断软件；其中数字控制调速系统软件完成直流电机 和交流电机的调速控制，核心采用DSP技术，硬件部分采用统一架构，仅仅修 改DSP中的程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的验证性 实验，还能完成设计性实验，同时能在实验过程中完成过程的波形数据的测量 和绘制；接线判断软件通过控制实验线路中嵌入式系统及接线自动诊断装置， 完成对学生接线的智能判断，当出现接线错误时在计算机界面上出现告警信 息，提醒使用者注意。
全文摘要
本发明涉及教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和软件部分两大部分，其特征在于其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内；硬件部分是计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器，数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。本发明具有数字化、智能化、网络化、仿真化、系统性。
文档编号G09B25/02GK101354851SQ200710142199
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者敏 吴, 裘奕晨 申请人:浙江天煌科技实业有限公司
技术领域：
本发明涉及一种适用于教学目的交直流调速和加载系统，特别涉及教学 用的全数字控制交直流调速和加载系统。
背景技术：
由于国内高职高专以及高等院校中的自动化专业都需要学习电机学、电 机拖动、电力电子技术、自动控制系统等专业课程，学习的过程比较枯燥乏 味；通过实验教学能理论结合实际，能更好的加深理论学习的过程，掌握其 本质含义；而理论教学则是实验教学的基础，学生在实验过程中应学会运用 所学的理论知识去分析和解决实际系统中出现的各种问题，提高动手能力； 同时通过实验项目来验证理论，促使理论和实践相结合，使认识不断提高、 深化。
为了更好的配合教学的目的，必须要配置相应的实验设备，目前国内的 设备均为较为简单的模式，每个单元完成指定的功能实验，但是存在与电力 电子技术发展有较大的差距，特别是在数字化、智能化、网络化、仿真化和 系统性方面不强，存在实验内容与工业实际差距较大，无法体现最新的科技 发展；实验内容以验证为主，无法实验学校的实验开发性；实验效率低下， 学生只能将大量的时间花费在接线、查线以及调节参数上，无法将更多的精 力花费在思考和问题的解决上。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了教学用的全数字控制交直流调速和加载系统， 在数字化、智能化、网络化、仿真化和系统性五大方面得到本质性提高。 根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和 软件部分两大部分，其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内。硬件部分是 计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、 电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器， 数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。
软件可分为两部分内容，其一为实验室网络管理软件，利用计算机快速、 强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络，计
算机再连接INTERNET网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通过 权限管理完成对学生实验全过程的动态监控，大大提高实验效率和水平；
其二为实验控制、显示软件，包括数字控制调速系统软件、内嵌的虚拟示 波器软件、仿真实验软件、接线判断软件；其中数字控制调速系统软件完成直 流电机和交流电机的调速控制，核心采用DSP技术，硬件部分采用统一架构， 仅仅修改DSP中的程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的 验证性实验，还能完成设计性实验，同时能在实验过程中完成过程的波形数据 的测量和绘制;接线判断软件通过控制实验线路中嵌入式系统及接线自动诊断 装置，完成对学生接线的智能判断，当出现接线错误时在计算机界面上出现 告警信息，提醒使用者注意。
以下就五大革新做详细的描述
l.数字化随着电力电子技术的发展，数字化浪潮不断涌来，我们在这套 系统中，着重将数字技术搬到调速系统中，从最基础的晶闸管数字触发电路、 一直到计算机控制的调速系统，涵盖了全部的数字化实验，我们还针对教学 目的，开发出采用基于DSP技术的运动控制卡，只要通过改变DSP内核的程 序，就可以方便的开发出不同要求的调速系统，无论是直流还是交流；使得 学校只需使用一套通用的硬件设备，改变程序就可以完成多种实验项目。提 高实验的深度和广度，增加实验的灵活性。
2. 智能化随着学校设备的增多，实验内的管理人员非常紧张，学生初次 接触实验设备，难免会出现接线错误，或者漏接少接等情况出现，通常我们 只是对学生反复强调要仔细检査，但是错误依然会出现，轻则实验无法顺利 完成，严重的将烧毁器件，造成实验设备损坏；很多厂家都增加了很多的保 护措施，来提高设备的可靠性，但是收效甚微；针对上述情况我们专门设计 了一套接线线路的自我检查电路，计算机上安装相应的线路图编辑软件，在 计算机上绘制实验接线原理图，通过下载到嵌入式系统，嵌入式系统通过接 线自动诊断装置中硬件部分，可以在实验设备没有通电的情况下，自动进行 逐点诊断，当错误发生，则在计算机界面上出现相应的警告信息，告诉最终 用户。提高实验设备的可靠性。
3. 网络化从前的教学设备都是独立单元，缺乏沟通和联系，随着互联网 技术的发展，针对学校教学的需要，我们开发出基于互联网技术的实验管理 软件，每个实验设备配置计算机，硬件上通过交换机构成星型结构的局域网， 整个实验实配置一台实验服务器，并可对校园网对接。系统分为学生机、教 师机和实验服务器，实验波形和数据的采集由学生机完成，通过相应的软件 将学生的实验实际情况发送到实验服务器，教师机通过权限对学生的实验项 目、实验时间、实验结果进行参看、评分和管理。大大减轻的教师的劳动强 度，完全避免出现学生恶意拼凑实验数据和波形，实验更加高效和公正。
4. 仿真化随着计算机技术的发展，在实验前利用计算机对实验的内容 进行仿真，预测实验结果，即可以提高学生的实验兴趣，也可以提前完成实 验项目的相关预习工作；我们提供了基于Matlab、 PSIM的上位机软件，提高 实验效率，增强了实验的深度。
5. 系统性作为实验设备，必须要保证系统的完整，整套系统包括了教材 中的所有实验项目和内容，学生接完实验连线后，只需要坐在计算机前面， 就完全可以依靠计算机的指导，顺利完成全部的实验内容，包括电机负载的
增加和减少，波形的记录，数据的读取等一系列实验工作；如果需要改变实 验只需要通过更换不同的组件就可以实现，提高设备的利用率，节约实验经费。
图1为本发明的实验室网络结构图； 图2为本发明的系统结构框图。
具体实施方案
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围 并不限于此。
如图l、 2所示，教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内 容为硬件部分和软件部分两大部分。其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统 内。硬件部分是计算机4上的运动控制卡5和数据采集卡6都与连接实验线 路7，接线判断软件8控制实验线路的嵌入式系统9及接线自动诊断装置10， 实验线路7连接转速、电流的电压信号反馈14及交直流电机11，交直流电机 11通过同轴连接磁粉制动器12，数据采集卡通过磁粉制动器控制器13连接 磁粉制动器，完成远程程控加载。
软件可分为两部分内容，其一为实验室网络管理软件15，利用计算机快 速、强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络， 计算机再连接INTERNET网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通 过权限管理完成对学生实验全过程的动态监控，大大提高实验效率和水平；
其二为数据控制、显示软件，包含且不仅包括数字控制调速系统软件、内 嵌的虚拟示波器17软件、仿真实验软件18、接线判断软件8等；其中数字控 制调速系统软件完成直流电机和交流电机的调速控制，采用统一的硬件结构， 仅仅修改程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的验证性实 验，还能完成设计性实验；接线判断软件控制实验线路的嵌入式系统及接线自
动诊断装置。
软件部分以Windows操作系统为平台，嵌入了接线判断、实验管理、 调速系统上位机、虚拟示波器以及仿真实验等5大部分功能。接线判断包括 了从原理图绘制，自动生成测试代码，状态提示等功能，可以准确地判断学 生接线正确与否，同时做出相应的提示信息，大大提高实验设备的可靠性。 实验管理系统基于Windows98/2000/XP平台，采用SQL Server数据库，基于 Windows通用应用程序界面实验及Web的方式管理，整个系统软件具备免费升 级能力，有强大安全防护功能，防"黑客"进入教师机，从而实现整个实验室 的无纸化、网络化的目标，大大减轻的教师的劳动强度，完全避免出现学生恶 意拼凑实验数据和波形，实验更加高效和公正。虚拟示波器17软件能对各种 电动机启动波形进行显示、分析、处理和打印功能，同时上位机软件16可以 对电机电流、电压和转速当前值进行实时显示，调节器中的PI参数均可以任 意设置，完成调速系统在不同参数模式下的运动状态的研究。仿真实验包括 采用Matlab和PSIM等软件作为平台，采用我们公司编制的相应的程序，进 行虚拟化教学，大大拓展了教学的难度和深度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，放在本 发明的精神和原则之内所做修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和软件部分两大部分，其特征在于其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内；硬件部分是计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器，数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。
2、 根据权利要求1所述的教学用的全数字控制交直流调速和加载系统， 其特征在于软件可分为两部分内容，其包括实验室网络管理软件和实验控 制、显示软件，验室网络管理软件是利用计算机快速、强大的数据管理功能和网络功能，将数量众多的实验台和计算机构成网络，计算机再连接INTERNET 网络，实现整个实验室的无纸化、网络化的目标；通过权限管理完成对学生实 验全过程的动态监控；实验控制、显示软件，包括数字控制调速系统软件、内嵌的虚拟示波器软 件、仿真实验软件、接线判断软件；其中数字控制调速系统软件完成直流电机 和交流电机的调速控制，核心采用DSP技术，硬件部分采用统一架构，仅仅修 改DSP中的程序内容就可以完成电机种类的切换，不仅可以完成传统的验证性 实验，还能完成设计性实验，同时能在实验过程中完成过程的波形数据的测量 和绘制；接线判断软件通过控制实验线路中嵌入式系统及接线自动诊断装置， 完成对学生接线的智能判断，当出现接线错误时在计算机界面上出现告警信 息，提醒使用者注意。
全文摘要
本发明涉及教学用的全数字控制交直流调速和加载系统，其核心内容为硬件部分和软件部分两大部分，其特征在于其中软件部分嵌入硬件部分的操作系统内；硬件部分是计算机上的运动控制卡和数据采集卡都与连接实验线路，实验线路连接转速、电流的电压信号反馈及交直流电机，交直流电机通过同轴连接磁粉制动器，数据采集卡通过磁粉制动器控制器连接磁粉制动器，完成远程程控加载。本发明具有数字化、智能化、网络化、仿真化、系统性。
文档编号G09B25/02GK101354851SQ200710142199
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者敏 吴, 裘奕晨 申请人:浙江天煌科技实业有限公司
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