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關(guān)于研旭
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案例分享 | 仲愷農(nóng)業(yè)工程學院—新工科電力電子與電機控制教學實驗臺（YXMBD-TE1000）
發(fā)布時間：
2024-01-26 15:55
來源：
原創(chuàng)
仲愷農(nóng)業(yè)工程學院（Zhongkai University of Agriculture and Engineering）簡稱“仲愷”，以廖仲愷名字命名，位于廣州市，是國家首批卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃高校，教育部本科教學評估優(yōu)秀學校，未來技術(shù)技能與人文交流人才國際訓練基地，廣東省特色高校提升計劃建設(shè)高校，為中國-拉丁美洲農(nóng)業(yè)教育科技創(chuàng)新聯(lián)盟、一帶一路暨金磚國家技能發(fā)展國際聯(lián)盟成員。
仲愷農(nóng)業(yè)工程學院前身為1925年提議創(chuàng)辦的仲愷農(nóng)工學校；于1927年3月正式招生；于1984年升格為本科院校，定名“仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學院”；于2006年獲得碩士學位授予權(quán)；于2008年3月更名“仲愷農(nóng)業(yè)工程學院”；于2021年獲批博士學位授予立項建設(shè)單位。
截至2022年6月，學校有海珠、白云2個校區(qū)，校園總規(guī)劃面積2484畝，現(xiàn)占地面積1765畝；下設(shè)二級學院（教學部）20個，開設(shè)本科專業(yè)64個；有碩士學位授權(quán)一級學科9個、碩士專業(yè)學位授權(quán)類別6個、博士后科研工作站1個；有全日制在校本科生、研究生27838人，教職員工1658人。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢
電力電子在現(xiàn)代工業(yè)中的重要角色
電力電子技術(shù)作為門新興的交叉學科，在能源革命中扮演著重要角色，電力電子技術(shù)的應用必須要進行相應的充分準備才能將其優(yōu)勢發(fā)揮到最大，否則該技術(shù)的潛能不能得到工程技術(shù)人員的深刻認識，或者預期的節(jié)能效果也可能會因為錯誤的參數(shù)設(shè)置而無法實現(xiàn)。
現(xiàn)代工業(yè)對電氣工程技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)提出越來越高的要求，電力電子專業(yè)人員不僅要具備扎實的理論知識、全面的計劃能力，還要掌握接線和參數(shù)設(shè)置等實踐技能。因此，面向技術(shù)應用的高等工程必須要強調(diào)實踐導向。
學習和理解電力電子與驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)知識
研旭電力電子與驅(qū)動控制的實驗平臺系統(tǒng)讓學習和實驗變得更簡單、更高效。豐富的基礎(chǔ)和進階實驗硬件配置方案不僅能讓學生進行復雜的實驗，還能夠循序漸進地傳授理論知識，幫助學生獲得工程實踐技能和科研項目經(jīng)驗。實驗從簡單的晶體管開關(guān)開始，到介紹調(diào)制方法，再到闡釋復雜的變速直流驅(qū)動和三相驅(qū)動原理，系統(tǒng)化的實驗項目都配備了內(nèi)容豐富的互動式實驗教學軟件。詳細的多媒體實驗指導手冊和本安型的實驗設(shè)備則讓項目式的實驗學習過程變得輕松有趣。課程軟件能圖形化顯示所有實際測量值或控制實驗硬件設(shè)備。軟硬互動的實驗方式大幅提高學習效果。
現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)的開發(fā)和分析工具
為了應對技術(shù)變革帶來的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)迫切需要高素質(zhì)的工程技術(shù)人才，除了掌握扎實的專業(yè)知識，他們還要熟悉并掌握在工程技術(shù)中廣泛應用的高效工具的使用方法。在全球范圍內(nèi)，Matlab®/ Simulink®編程語言已成為科學技術(shù)計算和仿真的行業(yè)標準。借助Matlab®/ Simulink®高級語言及其數(shù)值計算、可視化和編程等交互環(huán)境，驅(qū)動控制技術(shù)的開發(fā)周期得到大幅縮短。當前，電力電子技術(shù)的應用范圍正在不斷擴大。這些工業(yè)化的工具使用過程十分復雜，因此必須通過理論聯(lián)系實際的方式，特別是借助實驗系統(tǒng)和“半實物仿真”的實驗方式，進行系統(tǒng)地傳授和學習。在培養(yǎng)未來工程師的方面，全世界的高等院校都有義不容辭的責任。
基于模型開發(fā)MBD半實物仿真
研旭驅(qū)動控制器可通過編程接口實現(xiàn)自由編程。借助YXSPACE-SP1000實驗系統(tǒng)可在Matlab®/Simulink®中實現(xiàn)復雜變速驅(qū)動的快速仿真，然后將生成的代碼程序?qū)懭腧?qū)動控制器中。在可變負載條件下，學生還可以使用拓展工具對系統(tǒng)進行復雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實驗和科研軟件，研旭電力電子實驗系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動硬件系統(tǒng)與該軟件的實時互動操作，為電力電子和驅(qū)動技術(shù)實驗教學和科研提供了一種新方式。
實驗平臺介紹
實驗平臺能滿足高等院校“電力電子技術(shù)”、“半導體變流技術(shù)”、“電機控制（直流電機調(diào)速、交流電機調(diào)速及變頻調(diào)速）”等課程實驗教學。
系統(tǒng)構(gòu)架
系統(tǒng)特點
更精細的模塊化單元封裝
● 采用更為美觀、集成度高的封裝形式。
● 模塊化更合理，數(shù)字化更突出。
更完善的安全保護機制
● 具備硬件保護和軟件保護雙重保護，可靠性高，軟件保護可大大減少器件的損壞，可避免出現(xiàn)經(jīng)常換器件的麻煩。
更細致的實驗指導教程
● 創(chuàng)新的交互式實驗課程軟件，提供進行實驗所需的各種支持。它不僅提供實驗過程指導，還提供相關(guān)理論知識講解介紹，記錄測量結(jié)果，并可導出各類數(shù)據(jù)。
理論仿真驗證與實際元件實驗驗證相結(jié)合
● 在 Matlab 中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
● 使用門檻低，會 Matlab 仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成
更靈活，更開放
● 硬件模塊化設(shè)計，多種實驗拓撲模塊可選，同時，可根據(jù)需求定制各種不同的功率硬件，拓撲結(jié)構(gòu)、功率級別、傳感器的數(shù)量位置等均可以變化。
● 軟件模塊化設(shè)計，編程和監(jiān)控全部采用基于模型的可視化設(shè)計方法，提供各類驗證過的算法模型，可直接組合調(diào)用，大大縮短上手時間。
更可信，更可靠
● 采用高可靠性的功率模塊和經(jīng)過完善測試的接口模塊，故障率低
● 具備數(shù)字仿真和物理電路雙重驗證，設(shè)計更靈活，實驗數(shù)據(jù)更具說服力。
系統(tǒng)組成
電力模塊與接線拓撲
快速原型控制器（RCP）
采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際 研究更具有參考性；
◆ 保護機制齊全，此部分不需要用戶實際搭建保護模型，只需配置控 制量的極限值即可實現(xiàn)實時保護，讓用戶不用為安全保護費心，更
多的關(guān)注于核心控制算法；
◆ 模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬 件各類細節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
◆ 具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以 直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接 與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用 于各種工程調(diào)試需求。
實驗管理及課程培訓系統(tǒng)
實驗管理系統(tǒng)主界面
◆ 創(chuàng)新的交互式實驗課程軟件，提供進行實驗所需的各種支持。它不僅 提供實驗過程指導，還提供相關(guān)理論知識講解介紹，記錄測量結(jié)果， 并可導出各類數(shù)據(jù)。
◆ 實驗課程軟件需集成所有的實驗例程，統(tǒng)一在一個軟件中運行，可一 鍵打開，自動完成程序的下載、仿真以及數(shù)據(jù)的在線觀測。
◆ 實驗課程軟件需提供進行實驗所需的各種支持。包括但不限于實驗指 導書，相關(guān)理論知識講解、自動記錄實驗過程中的各種數(shù)據(jù)，導出各 類數(shù)據(jù)。
◆ 支持Matlab運行環(huán)境及Simulink實驗仿真模型，結(jié)合實驗課程，可直 接一鍵打開模型并自動搭建UI界面，提供離線模式和在線模型，可直 接進行仿真實驗驗證。
◆ 每一個例程都提供離線仿真模型和實物控制模型，學生導入模型，進 行虛擬仿真和實物控制的實驗驗證。
◆ 原理理論學習，實驗管理系統(tǒng)提供相關(guān)實驗的理論內(nèi)容與輔助教學視 頻，可由教師機進行管理。
實驗例程集成融合
獨立例程說明書集成可直接打開
◆ 集成所有實驗例程，系統(tǒng)可自動導入相應實驗的 Simulink控制模型，無需打開其他軟件。
◆ 可導入預設(shè)實驗控制界面，集成章節(jié)化的實驗說明手冊，在實驗工程文件基礎(chǔ)上按照實驗指導進行控制操。
離線matlab模型集成調(diào)用
在線matlab模型集成調(diào)用
◆ 可自動抓取實驗數(shù)據(jù)、完善實驗報告，提交實驗報告， 若有其他開放性實驗，可自己建立相關(guān)模型進行驗證。
◆ 可自動保存實驗過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，支持自主導入控制模型，進行快速原型控制器的程序一鍵生成與燒寫。
◆ 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并具備錄波功能，波形數(shù)據(jù)可直接在matlab或第三方軟件中打開并查看。
開發(fā)設(shè)計學習流程
實驗內(nèi)容
Matlab/Simulink軟件仿真基礎(chǔ)
1、電力電子技術(shù)概念開發(fā)設(shè)計學習流程
2、電力電子器件概述
3、Matlab及Simulink介紹
4、PWM的基本原理和控制方法
5、PWM在Simulink的生成
6、SPWM的基本原理和控制方法
7、SPWM在Simulink的生成
基于模型開發(fā)（MBD）半實物仿真介紹
1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹
2、快速原型控制器（RCP）介紹
3、RCP控制器與matlab對接操作
4、Simulink離線模型的分割與硬件模型庫的調(diào)用
5、RCP實時仿真監(jiān)控系統(tǒng)界面的搭建
晶閘管整流與調(diào)壓變換實驗（SCR）
1、單相半波整流電路實驗
2、三相半波整流電路實驗
3、單相橋式半控整流電路實驗
4、三相橋式半控整流電路實驗
5、單相橋式全控整流電路實驗
6、三相橋式全控整流電路實驗
7、單相交流調(diào)壓電路實驗
8、三相交流調(diào)壓電路實驗
（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真，可相互論證）
直流-直流DC-DC變換實驗(MOSFET)
1、Buck斬波電路實驗
2、Boost斬波電路實驗
3、Buck-Boost斬波電路實驗
4、Cuk斬波電路實驗
5、Sepic斬波電路實驗
6、Zeta斬波電路實驗
7、雙向半橋DC/DC斬波電路實驗
8、四開關(guān)管Buck-Boost斬波電路實驗
（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真， 可相互論證）
直流-交流DC-AC變換實驗（IGBT）
1、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)整流電路實驗
2、三相空間電壓矢量（SVPWM）整流電路實驗
3、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)獨立逆變電路實驗
4、單相正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)并網(wǎng)逆變電路實驗
5、三相空間電壓矢量（SVPWM）獨立逆變電路實驗
6、三相空間電壓矢量（SVPWM）
實際項目案例分享
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