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> 教学科研 > 仿真教学试验系统

   实验室建设背景

   目前的高等教育中,越来越强调对学生实践能力的培养,实验教育成为理工科教育的一个至关重要的环节。然而,随着各学科实验项目和学生人数的增多,传统的电气实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求,在教学和学生使用上的不便之处也慢慢凸现出来。如何解决传统实验教学资源分配不足、实验方式过于刻板、实验器材维护费时费力、实验内容固定难以拓展等问题,是目前新工科建设、课程改革内容中一个讨论的热点。

    在对创新型实验建设的需求日益明确之际,仿真实验教学的概念开始成为学校关注的重点。仿真教学实验是一种基于软件技术构建的虚拟实验教学系统,是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化,为开设各种专业实验课程提供了全新的教学与科研环境。因此建设仿真实验室可以与实物实验室互补,它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点。近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些高科技的仿真实验室。


    远宽解决方案

    远宽能源除了将仿真技术应用于科研与工业测试,也率先将该技术引入到了教学实验室建设中。对于不同的实验内容与实验类型,远宽能源提出了如下的仿真实验建设的解决方案:实时仿真实验和远程虚拟仿真实验。


 实验平台
特点
实时仿真实验

基于先进的FPGA小步长实时仿真技术

学生在实验室实地实验,能接触到实际的控制设备

实验提供完整的仿真侧与控制侧硬件与程序

实验内容支持自定义编辑与拓展,课程内容覆盖广泛


远程虚拟仿真实验

结合实时仿真实验技术与网络信息技术

灵活的实验资源配置方式,提高器材使用效率


    1. 实时仿真实验

    远宽能源将先进的FPGA小步长实时仿真技术应用到教学实验室建设中,小步长实时仿真技术使它能够覆盖电力电子、电机驱动、新能源等多个电力电子相关应用的创新教学实验以及研究的需求。基于图形化系统建模,模型一键下载,无需FPGA编程编译,大大增强了产品的易用性;同时实验平台还配置了硬件控制器(TI的DSP或者NI的GPIC),和仿真器构成完整的闭环系统。实时仿真实验系统如下图所示:


 


    相比于纯软件仿真——

    纯软件仿真能够帮助学生学习和验证控制理论与算法,但较难培养学生的实际动手能力,对控制器也没有直观的认识;而使用实时仿真平台验证真实的硬件控制器可以更好的培养学生的动手能力:


  • 学生可以接触到实际的控制设备;可以了解和学习如何将理论和算法转化为在实际控制设备上运行的代码;
  • 可以学习和了解信号采集,PWM脉冲发生等实际的硬件知识;可以自己动手配置、连线、调试,通过示波器观察真实的信号等;
    相比于实物试验台——


    也有一些电力电子与电机教学实验是基于实物试验台,相对而言实时仿真具有如下的优势:

  • 实时仿真更适合于并网型系统实验,由于电网是一个大的能量源,并网型的系统(大多数新能源系统都是并网型)即使是小功率的,实验和调试一般都是比较危险的,很容易过流烧坏设备;而实时仿真实验在这样的场合就很有优势。
  • 实时仿真更适合原动机贵重体积大的场合,如风机、光伏、储能系统等。风机、光伏板、蓄电池一般都体积大,价格高,运行需要合适的气象条件等,实物实验不方便。
  • 控制侧的算法开放可修改,很多实物试验台只能进行演示性和操作性实验,控制器是不开放的;而本实时仿真试验台的控制侧算法是开放可修改的。


   

    让学生接触和了解实时仿真这一先进的科研与测试手段——

    除了如上的优势,实时仿真实验室的一个重要的意义,就是可以让更多的学生接触和了解 实时仿真 这一目前在研究和实际工业产品测试中用的越来越多的先进的开发和测试手段,有利于培养学生的操作能力、分析调试能力、设计能力和创新意识。 



   这套实验系统即可让更多的学生接触和了解实时仿真这一目前在研究和实际工业产品测试中用的越来越多的先进的开发和测试手段,也提供了条件让学生开展各种创新型的实验活动,有利于培养学生的动手操作、分析调试、设计的能力和创新意识。

    覆盖的实验课程内容


  • 电力电子技术:Boost/Buck电路、晶闸管整流H桥单双极性PWM控制两电平桥SPWM实验等;
  • 电机控制:交流电机恒压频比控制永磁同步电机矢量控制等;
  • 电力系统中的电力电子: 并网型逆变器控制三电平并网变流桥控制基于两电平桥的SVG实验等;
  • 新能源发电技术:光伏系统MPPT实验永磁同步风力发电系统控制实验等;


由于平台的开放性,用户可以自己添加更多的教学或创新型的实验内容。


 

    2. 远程虚拟仿真实验

    远程虚拟仿真实验室基于网络技术构建的虚拟实验教学系统,它将信息技术与实时仿真技术相结合,适用于实现教学实验室的数字化与虚拟化,为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学与科研环境。与实时仿真实验不同的是,学生除了到实验室实地操作实时仿真系统进行实验课程外,也可以通过互联网技术的强大互连特性,通过网络远程控制实时仿真设备并完成相关的实验,这种方式大大提高了实验教学的伸缩性和适应性,克服了实验场地、实验器材、课时数等对学生实践能力培养的限制。远程虚拟仿真实验系统架构如下图所示:




    创新平台适用于综合型实验、设计型实验和创新型实验,以及复杂、并网系统实验,详细案例介绍请参考页面底部的相关内容推荐。


     对于展示型、原理型实验,还有基于网络技术的纯数字仿真实验室建设方案。教师可将实验课程内容通过纯数字仿真的方式离线模拟出来并发布到网络上,学生可以通过登录网页的方式进行在线实验。实验界面与实验步骤如下图所示:



上海办公室:上海市杨浦区长阳路2588号科技园306室
武汉办公室:湖北省武汉市武昌区友谊大道2号2008新长江广场A座九层6号

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