面向稳控系统E1通道的网络靶场实验台的设计与实现

随着智能电网和跨区稳定控制技术的发展,信息通信与电力系统的耦合更加紧密,网络攻击带来的安全风险也越来越高。稳控系统E1通道作为重要的测控通道,其安全性对稳控系统起到重要的作用,因此,开展面向稳控系统E1通道的半实物仿真和攻防演练,对发现E1通道的安全漏洞有重要意义。首先,基于半实物仿真技术设计了面向稳控系统E1通道的网络靶场实验台,介绍基于该实验台的攻防演练方案;然后,通过该实验台对一个典型的在运稳控系统E1通道开展仿真和攻击模拟实验,测试了稳控系统的安全隐患,并验证了实验台的有效性;最后,提出几种提升E1通道安全性的方法,并展望了实验台的应用前景。

永磁同步电机直接转矩控制系统实验教学设计与实现

为加深学生对电气传动控制技术和永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统理论知识的理解,培养学生的团队合作能力和综合实践能力,搭建了直接转矩控制系统的实验平台,在课程教学中引入了HiGale半实物仿真系统和MATLAB软件。学生基于MATLAB软件对永磁同步电机的直接转矩控制系统进行仿真建模、参数调试、运行和分析,并进一步在HiGale中进行半实物仿真实验,对主要实验过程及结果加以分析,使得教学形式更加多样化。该平台帮助学生加深对直接转矩控制系统的理解和认识,提高学生理论联系实际的能力,激发学生对电机控制技术的学习兴趣。

舵机在回路的半实物飞控实验教学系统

选择某真实舵机作为系统中的实物部件,基于1773光纤数据总线、串口通信、系统仿真等实用技术,构建了舵机在回路的半实物飞控实验系统。该实验系统具有技术先进,与实际工程应用紧密结合的特点,能够有效地提高学生工程实践、综合运用能力。阐述了实验系统的组成及工作原理、功能特点、可进行的实验项目、系统测试与建模、系统设计与实现。

新工科背景下嵌入式系统实验教学改革

针对原有的嵌入式系统课程实验教学中学生很难直接面向真实物理信息系统进行嵌入式系统实践、实际课程教学效果不如预期的问题,提出基于处理器在环的半实物仿真实验教学方案。为了在仿真环境中使物理信息系统的输入输出与真实的微处理器产生直接交互,通过嵌入式系统控制逼近真实的物理信息系统,同时设置实战化的创新实践课程,培养学生基于半实物化的开发方法快速完成原型开发验证的能力,鼓励学生自主探索和创新。

航空航天类专业制导控制室内外半实物仿真实验技术研究与应用

针对航空航天类专业制导控制类课程的理论学习与实验教学的需要,进行飞行器制导控制室内外半实物仿真实验教学平台的研发。该平台以“3轴+2轴”转台作为物理实物部分,仿真计算机和制导运动控制模型作为控制核心,通过转台和目标模拟器的运动控制实现高动态目标跟踪控制。结合校企联合和航空航天行业的优势,在外场实验中模拟复杂背景下基于火箭撬平台进行导引头仿真测试,该实验技术符合实际工程应用的需求,同时具有较强创新性、先进性及推广性,能使学生深入理解高动态平台制导控制专业知识,该系统有利于提高学生的创新能力。实践表明,学生在该实验技术的学习过程中,对制导控制实验课程技术有了更深层次的认知、分析和应用,达到了良好的科研教学融合效果。

半实物仿真驱动的“电力拖动自动控制系统”一流课程建设探索

为了贯彻以产出为导向、以学生为中心的教育教学理念,对标一流课程建设目标,针对直流电机和交流电机的调速问题,提出把计算机虚拟仿真技术和实物实验相融合,构建电力拖动自动控制半实物仿真教学平台,采用MATLAB搭建可视化虚拟仿真平台,程序后台直接和实物通过串行端口相连,程序中的数据采集自实际设备的运行数据,实物平台采用自主研发的20套电机测控实验平台。该一流课程的建设给学生提供了理论知识的运用空间,学生在校就能把所学知识融会贯通,解决生活生产实践中的问题,进而指导生产和生活,使培养的人才更贴近和适合社会的需求。

基于PCI-1710的复杂温度半实物仿真系统设计

本文阐述了建立复杂温度对象实验装置的设计思路与方法,通过使用PCI-1710多功能卡直接控制硬件实物,为在MATLAB环境下进行温度过程控制实时仿真、研究温度控制的各种先进控制方法提供了一个更为有效的平台。

弱碰撞半物理仿真系统的机构设计与实验

弱碰撞半物理仿真（或称半实物模拟）系统是空间试验关键技术之一，也是我国探月工程的必要试验装置，其核心由运动模拟器组成。为了真实模拟空间中的碰撞，运动模拟器需要具有高刚度、大承载、高精度、高动态响应等特性，而弱碰撞对接的特殊性又对高频响、工作空间、各向同性有更为严格的要求。目前的运动模拟器在动态响应、工作空间及各向同性等方面都无法满足弱碰撞测试的需求。针对现有技术的不足，本文设计了一种全新的高性能运动模拟器，进行了从机构构型、尺度设计、结构设计直至驱动系统设计的一体化设计，并对系统精度进行了标定，具体内容如下。

半实物仿真网络虚拟实验接口技术及应用研究

为了对实际控制系统进行模拟实验研究以验证其性能,通过结合半实物仿真和虚拟实验室技术开发网络虚拟实验系统,构建网络远程实验环境,开发接近于真实工业现场的实验平台,阐述了实验平台系统软硬件体系结构和实现功能,并重点解决了在半实物仿真系统组建过程中各物理组件之间的接口联接和数据传递;以某熔融石英炉控制为例,针对熔融石英炉的控制模型及神经网络控制算法,开发了网络虚拟熔融石英炉实验室系统,验证虚拟实验室和半实物仿真技术的协同与融合。

基于鲁棒控制的三自由度直升机半实物仿真实验

针对三自由度直升机系统实验过程中受到外界干扰具有不确定性的问题,设计一种基于鲁棒控制的三自由度直升机半实物仿真实验方法。通过建立三通道姿态运动的动力学模型,利用鲁棒控制方法设计控制律,进行仿真实验,并将鲁棒控制程序用于直升机系统实物,利用H∞控制理论设计鲁棒控制算法进行半实物仿真实验。实验结果表明:仿真实验和半实物仿真实验均能较好地控制直升机姿态,系统模型存在不确定性或外界干扰不明确时,鲁棒控制算法仍能使姿态控制系统稳定并满足预期要求。

无人机飞行控制原型实验设计与实践

针对航空航天类专业课程理论教学与课程实践相结合的需要,对无人机飞行控制系统半实物仿真实验技术进行了研究,设计了无人机半实物仿真实验平台。该实验平台将三轴转台、姿态传感器等作为实物部分,基于Simbox仿真计算机建立无人机飞行控制模型,通过仿真框架软件设计、半实物仿真硬件设备搭建实现无人机姿态控制。该实验平台可应用于无人机飞行控制及科学研究等领域,具有良好的实用价值。

永磁同步电动机控制半实物仿真系统设计

为满足永磁同步电动机控制的教学和科研需要,利用dSPACE仿真系统的软、硬件环境设计一个永磁同步电动机控制半实物仿真系统。基于dSPACE硬件和永磁同步电动机及其驱动装置设计硬件系统;利用Simulink和ControlDesk软件平台设计半实物仿真软件系统;给出永磁同步电动机控制半实物仿真系统的工作流程;用传统的PI控制算法和滑模控制算法替换模型中转速调节器进行实验,验证了该半实物仿真系统的可行性和有效性。学生用自己设计的控制算法替换模型中的调节器便可以验证所设计的控制算法的合理性。此系统不仅给实验教学带来了极大的便利,也培养了学生的动手能力。

战区导弹防御系统(TMD)的红外成像半实物仿真

随着各种高新技术的涌现和信息技术的不断发展,以信息战和远程精确打击为特点的信息时代的军事革命已经开始了。创新的军事理论和先进的武器系统不断涌现、形成和完善。美国的国家导弹防御系统(NMD)和战区导弹防御系统(TMD)一直倍受关注。本文分析了用于战区导弹防御系统TMD和高空威胁导弹防御系统(THAAD)的红外成像半实物仿真系统的构成、仿真实验的方法和步骤及其关键部件。

基于MVB列车网络控制系统的半实物仿真平台设计与实现

针对160 km/h动力集中动车组动力车网络控制系统需求,采用工控机、MVB接口电路和Lab⁃VIEW软件,搭建了网络控制系统半实物仿真平台,实现了MVB网络通信、牵引、制动等子系统的仿真模型搭建,并对半实物仿真平台进行了功能验证。试验结果表明,该仿真平台可以实现网络控制系统的设计仿真,提高列车网络控制系统的开发效率。

弱碰撞半物理仿真系统的机构设计与实验

弱碰撞半物理仿真（或称半实物模拟）系统是空间跌验关键技术之，也是我国探月工程的必要试验装置，其核心由运动模拟器组成。为了真实模拟空间中的碰撞，运动模拟器需要具有高刚度、大承载、

面向案例化教学的半实物仿真系统设计

案例化教学在工程学科教育中起着重要的作用。文章针对《线性动态系统理论与设计》课程案例化教学需求,设计了基于Matlab/Simulink仿真环境和Arduino单片机硬件系统的半实物(hardware in loop,HIL)仿真系统,以弥补纯数字仿真案例与工程实践联系不够紧密的问题,进一步将基本理论与工程实际相联系。选取工业系统广泛存在的多容水箱液位控制系统作为研究对象,构建贯通系统建模、运动分析、能控性分析、能观性分析、稳定性分析、控制器设计、实物装置验证全过程的教学案例,将课程主要内容融会贯通,为学生运用基本理论方法解决实际问题提供了可操作的平台,进一步解决了该课程概念抽象、理论性强导致的学习效果不佳问题。

数字逻辑半实物远程实验

本文结合数字系统实验课程,介绍了用户学习、教学管理、设备共享三方结合的数字系统半实物仿真实验的教学经验,以期能够帮助广大教师改进学生对在线实验的学习体验。

基于软PLC技术的磨矿过程运行控制系统及实验

为解决具有综合复杂特性的磨矿生产过程运行控制实验研究的难题,开发了由运行监视子系统、运行控制子系统、虚拟执行机构与检测装置和虚拟对象子系统组成的运行控制半实物仿真系统.本系统采用软PLC技术构建的嵌入式控制器实现实时运行控制,采用基于C sharp语言开发的过程监测软件进行在线监测,并集成执行机构与检测运算模型和虚拟过程对象,具有实时性高、移植性好、面向工业实际等特点.基于运行控制实验系统的结果表明,该系统能够为运行控制方法的研究提供一个高效、便捷的验证环境,为运行控制算法的进一步工业应用奠定基础.

竖炉焙烧过程运行优化控制系统的开发及实验研究

为解决具有综合复杂动态特性的竖炉焙烧(shaft furnace roasting,SFR)过程运行优化控制问题,基于研制的流程工业一体化运行控制平台,开发了具有可伸缩、可扩展、可复用以及模块化、组态化特点的SFR过程运行优化控制(operational optimization control,OOC)系统.该系统支持MATLAB、动态链接库等多种算法实现方式,并采用非编译融合算法方式实现算法与系统功能模块的解耦.基于开发的OOC系统,建立了具有运行控制层、过程控制层以及虚拟对象层的半实物仿真实验平台,开展了相应的仿真实验研究.结果表明OOC系统在正常工况和局部故障工况下均能取得满意的控制性能.

飞行控制系统动态实验平台的设计

飞行控制系统在现代飞机中有着举足轻重的地位,它的性能好坏直接影响着飞机系统的整体性能,而飞行控制系统又是非常复杂的系统,在实验室环境下对其进行必要的实验研究非常困难。该文论述了采用仿真技术,构建飞行控制系统动态实验平台的方法,给出了系统的原理框图,介绍了系统各部分的组成及功能,并对系统设计中的几个关键技术,飞行数学模型的建立、计算机软件、硬件接口和通信技术等的实现进行了较深入的分析,介绍了具体的设计方案。