案例化教學在工程學科教育中起著重要的作用。文章針對《線性動態(tài)系統(tǒng)理論與設計》課程案例化教學需求,設計了基于Matlab/Simulink仿真環(huán)境和Arduino單片機硬件系統(tǒng)的半實物（hardware in loop,HIL）仿真系統(tǒng),以彌補純數字仿真案例與工程實踐聯系不夠緊密的問題,進一步將基本理論與工程實際相聯系。選取工業(yè)系統(tǒng)廣泛存在的多容水箱液位控制系統(tǒng)作為研究對象,構建貫通系統(tǒng)建模、運動分析、能控性分析、能觀性分析、穩(wěn)定性分析、控制器設計、實物裝置驗證全過程的教學案例,將課程主要內容融會貫通,為學生運用基本理論方法解決實際問題提供了可操作的平臺,進一步解決了該課程概念抽象、理論性強導致的學習效果不佳問題。 

【文章來源】：教育教學論壇. 2020,(01)

【文章頁數】：3 頁

【部分圖文】：

多容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖

如圖2所示，系統(tǒng)主要包括仿真計算機、信號采集與控制、實物被控對象。仿真計算機主要用于系統(tǒng)建模、分析與控制器設計及其仿真，在Matlab/Simulink環(huán)境下進行控制系統(tǒng)設計，可將所設計的控制器與實物被控對象一起構成硬件在環(huán)的半實物仿真實驗系統(tǒng)。實物被控對象的液位可由檢測與控制模塊實時采集并上傳到仿真系統(tǒng)，控制系統(tǒng)產生的控制指令同樣可以通過檢測與控制模塊實時傳送給被控對象中水泵的驅動電路，從而構成包含仿真計算機、采集與控制模塊和實際被控對象的半實物仿真系統(tǒng)。2. 檢測與控制模塊硬件設計。

平臺硬件系統(tǒng)主要包含Arduino Uno開發(fā)板，L298N電機驅動模塊和信號轉換模塊，硬件電路如圖3所示。Arduino UNO開發(fā)板以ATMEGA328P-PU控制器為基礎，具備14路數字輸入/輸出（其中6路可用于PWM輸出）、6路模擬輸入、一個16MHz諧振器。該開發(fā)板負責與上位機和被控對象間的通訊，通過USB接口與上位機進行連接，接收上位機設計的控制程序，也可將各傳感器實時檢測信號回傳至上位機。3. 上位機仿真系統(tǒng)設計。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3025737