基于MATLAB中GUI功能设计电机仿真实验系统_图文

1、实践实验教学中国电力教育2010年第34期 总第185期 在当今的大学和科研机构中,计算机是教学和研究的重要工具之一。在电机设计中,经常会遇到各种数学问题需要求解。利用计算机并应用数值方法进行求解是解决这类问题的基本途径。MATLAB 是目前国际上公认的最优秀的数值计算及仿真软件,在国外“电机学”及相关课程的教学与实验中得到了广泛应用。然而,在国内,此平台主要应用在电机系统科研中,1-3在全面普及此类软件并将其运用于“电机学”教学和实验方面仍显不足,尤其是高校面向实践的教学。利用MATLAB/Simulink 软件设计电机仿真实验系统,可以实现对各种电机及其控制系统在任意容量下的起动、运行、调

2、速和制动等进行仿真。使得原本抽象的理论变得生动具体,培养了学生正确的思维方法,使学生在“电机学”及相关课程的学习中身临其境,激发了学习兴趣,培养了想象力和创造力。笔者在多年“电机学”及相关课程的理论教学基础上,根据目前大专院校电机课程实验项目的设置,对常规电机实验内容建立计算机辅助仿真。借助MATLAB 软件平台,设计可视化窗口,通过点击鼠标调用各种仿真模块,或者直接修改对应的M 文件及相关参数,仿真结果可通过窗口实时显示。运行结果直观、形象,对理论知识的理解与消化极有益处。一、实验系统GUI 界面的设计1.设计目标(1建立一个窗口,列出所有电机供实验者选择。(2选择电机类型后,通过下拉菜单显

3、示该电机的实验项目。(3在选择电机和实验项目后,在该窗口下显示该电机的实验说明。(4选择电机实验项目后,通过点击该项目可调用该实验对应的仿真模型并运行。(5通过按键关闭用户界面或返回主界面。2.实验系统界面设计根据设计目标,本系统需设计三个figure。第一为主界面:“欢迎进入电机仿真实验”;第二为子界面1,在此界面中罗列所有电机的仿真实验项目;第三为子界面2,是该实验系统的一个简要说明。3.主界面设计在MATLAB7.1下,新建一个figure 窗口,命名为welcome_to_lab.fig。该界面需2个text,2个pushbutton 和1个axes,通过设置对应对象的属性与相关参数即

4、可完成对该界面的设置。主界面如图1所示。4.子界面1设计在MATLAB7.1下,新建一个figure 窗口,命名为GUI_MATLAB.fig。该界面需2个text,2个pushbutton 和 2个axes。子界面如图2所示。这里需要着重指出的是子界面1中的内部菜单编辑。该软件主要研究四大电机的模拟仿真系统,本设计对直流电机、变压器、异步电机、同步电机的部分实验特性进行仿真。通过下拉菜单实现GUI 对Simulink 的调用。4基于MATLAB 中GUI 功能设计电机仿真实验系统童 佳 丁立军摘要:针对“电机学”的教学与实验特点,结合MATLAB 的Simulink 及GUI 的各种功能,设

5、计了基于GUI 的电机仿真实验系统软件。该软件在实际教学实践中得到了很好的应用,尤其在实物实验系统难以实现或很难设计的环节,使学生对电机物理模型有了更好的认识。本文就软件的功能、制作的理念和设计方法作了详细的介绍,并就软件功能的扩展进行了探讨。关键词:MATLAB/GUI ;电机仿真实验;Simulink作者简介:童佳(1962-,女,浙江杭州人,嘉兴学院机电工程学院,讲师,主要研究方向:电机与传动控制、电力设备状态检测与分析;丁立军(1979-,男,浙江嘉兴人,嘉兴学院机电工程学院,讲师,浙江工业大学信息工程学院博士研究生,(浙江 杭州 310023主要研究方向:人工神经网络理论与应用、模式

6、识别。(浙江 嘉兴 314001基金项目:本文系浙江嘉兴学院教改基金资助项目(项目编号:70109018的研究成果。图1 主界面图2 子界面1电机仿真实验图3 菜单界面电机系统界面图 实践 实验教学中国电力教育2010年第34期 总第185期单击New Menu按钮来建立新的菜单。在Menu Editor 下建立4个主菜单,分别为直流电机、变压器、异步电机、同步电机,可以通过在label下分别输入直流电机、变压器、异步电机、同步电机来实现。如图3所示。二、实验系统仿真模型的建立及调用下面以“异步电动机的调压调速”为例详细介绍Simulink 仿真系统5的调用及仿真模型的建立。1.异步电动机调压

7、调速Simulink仿真系统的调用在异步电动机的主菜单下建立四个子菜单:异步电动机起动实验、异步电动机制动实验、异步电动机正反转控制测试实验、异步电动机调速测试实验。本设计要实现由选择指定的下拉菜单来对相应实验进行Simulink仿真,这可通过编辑callback来调用指定的Simulink仿真系统。具体的回调函数如下:function Untitled_120_Callback(hObject,eventdata, handles% hObject handle to Untitled_120(see GCBO% eventdata reserved - to be defined in a

8、 future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATAset(handles.text2,'string','实验说明:调节三相异步电动机的定子电压就能改变机械特性从而达到调节转速的目的。open_system('yibuji.mdl'通过运行上述程序,即可实现调用指定的Simulink仿真系统“yibuji.mdl”。2.异步电动机调压调速Simulink仿真系统模型的建立基于MATLAB的GUI功能设计电机仿真实验系统的难点并不在于GUI

9、界面的编程,而在于不同类型电机仿真模型的建立,这要求设计者熟练掌握各种电机的工作原理,且具备很好的数学建模能力。异步电动机调速的方法有很多,本设计使用Simulink对异步电动机调压调速过程建立仿真模型,通过仿真可以获得异步电动机在电压变化时的定转子电流、转速和电磁转矩的变化过程。三相异步电动机定子调压调速Simulink模型原理图如图4,图中主要包括异步电动机模块、交流电源模块、电机测量模块、阶跃信号模块、增益模块、三相断路器模块、示波器模块、终端模块等。通过阶跃信号模块与三相断路器模块的共同作用控制定子电压的大小与电压改变的时间点。设定阶跃信号模块的时间参数为2秒,也即在2秒时改变定子的电

10、压。设定仿真时间为5秒。3.仿真结果仿真结果如图5和图6所示。图5给出了异步电动机在调压过程中定、转子电流的变化。图6给出了异步电动机在调压过程中电磁转矩和转速的变化。从仿真结果的波形中容易看出三相异步电动机的转速随着定子电压的减少而下降,且在电压变化瞬间定、转子电流、转速和电磁转矩产生比较大的冲击。仿真结果与实际相符,仿真结果证明了该系统模型的有效性。上面以异步电动机调压调速为例详细介绍了菜单的编辑方法和通过回调函数来实现Simulink仿真及M文件的调用,并建立了Simulink仿真模型。同样的方法可以实现其他三大电机的实验模拟仿真。为了更好地让使用者了解电机的性质,软件设计了一些附加信息

11、,如对相应电机实验予以说明,以完善软件的功能。另外用户通过点击鼠标可方便地调用各种Simulink 模块,也可以图4 三相异步电动机定子调压调速Simulink模型原理图图5 异步电动机转子a相电流ir(A 上、定子 a相电流 i s (A 下仿真结果图6 异步电动机电磁转矩Te(N·m上、电机转速n(rpm下仿真结果 实践实验教学中国电力教育2010年第34期 总第185期 随着高等教育的大众化,我国经济体制改革的深化和经济结构的战略性调整以及受国际金融危机蔓延的影响,大学生的就业面临着严峻的挑战。党和国家历来高度重视大学生就业问题,近年来,出台了一系列政策措施,着力解决大学毕业生

12、就业难的问题,如制定优惠政策鼓励毕业生到基层就业、自主创业,以创业促就业等。虽然党中央、国务院反复号召、鼓励、倡导大学生自主创业,但直到今天,全国真正走向自主创业的大学生不足2%。而在欧美国家大学生创业并取得成功的案例非常普遍,同样,我国改革开放以来先富裕起来的一部分人,其学历水平也不高,但创业成功的也是多数,而受过高等教育的当代大学生,却由于思想观念、创业素质等多种原因,面临着就业难的问题,这是一个非常值得反思的教育问题,也是社会问题。在知识经济时代,由知识创新引发的技术创新使大学生创业成为可能。开展大学生创新创业教育是我国经济和高等教育发展的迫切要求。目前多数大学生创业者各方面能力素质相当

13、优秀,本身没有太大的就业障碍,因此政府和高校在创业导向、定位上需要更加明确:创业只是为大学生提供一个平台,尤其是构建一个大学生创业实践平台,让广大学生在此平台上,加强创新创业能力培养。在目前高等教育从精英教育转向大众教育,大学毕业生就业形势日趋严峻的社会形势下,结合我国的人才培养目标和特点,充分利用各种资源,研究并创新现有创业教育实践模式,构建应用型本科院校大学生创业实践平台,加强学生创新创业能力培养,提高大学生创业教育质量,形成以创业带动大学生创新性人才培养的新链条,对高校就业和教育将产生更大的积极意义。一、国外大学生创业实践情况自1999年联合国教科文组织在面向21世纪国际教育发展趋势研讨

14、会上提出“创业教育”这一新的教育观念,要求高等学校必须将创业技能和创业精神作为高等教育的基本目标,要求将它提高到与学术研究和职业教育同等重要的地位。随后海外高校不断加强学生创业教育、创业能力的培养,并把创业研究作为一个重要的内容进行研究。创业教育证书被称为继文化应用型本科院校大学生创业实践平台初探赵兰芳 蔡永铭摘要:创业教育的关键和难点在于构建一个大学生创业实践平台,本文在研究文献的基础上,从应用型本科院校的人才培养目标和特点出发,提出应用型本科院校大学生创业实践平台的构想,即充分利用高校内外部资源建立创业实践平台、建立校企合作创业实践平台和政府、行业、高校共同支持的创业实践平台。关键词:创业

15、教育;创业实践;本科院校作者简介:赵兰芳(1978-,女,广东新会人,广东药学院毕业生就业指导中心主任科员,助理研究员,哲学硕士,主要研究方向:思想政治教育;蔡永铭(1975-,男,广东丰顺人,广东药学院信息工程学院副院长,副教授,工学硕士,主要研究方向:信息技术。(广东 广州 510240直接在模块里填写和修改M 文件,修改电气元件相关参数。并在修改调试过程中,可实时通过窗口显示运行结果,以便进一步修改参数和校正。实验过程和运行结果一目了然。这对用户了解相应电机的特点是非常有益的。三、软件向硬件的扩展针对MATLAB 通过计算机可实现与外部硬件接口的功能,我们项目组计划在日后的研究中对软件进行硬件扩展,通过采样电路对电机进行采样,将采样数据输入计算机后和MATLAB 接口,从而进行实时现场监控。四、结论经过实际教学实践,“基于MATLAB 中GUI 功能设计电机仿真实验系统”具有很好的助学及助教性,深得学生好评。仿真平台引入“电机学”教学,在提高课堂教学质量、增强学生学习兴趣、培养学生学习主动性上具有很好的作用。由于教育的周期性规律,我们只能在一个年级的学生中进行课题的研究性使用,现在所取得的研究成果将在以后的教学和实验中进一步完善。参考文献:1徐艳平,钟彦儒,于宏全.基于MATLAB的永磁同步电机直接转矩控