工业中使用HIL技术的一个重要动机是HIL技术使得人们可以在被控制的硬件不可用的情况下实现对其电子控制系统的测试。对于大型或者昂贵的机器设备,例如汽车、船舶、飞机、火箭、电力系统等,HIL技术在其中运用的很多。
在工程教育中,有不少老师也开始利用HIL技术来设计和实现教学实验,这和工业中的情况是有相似之处的。即使一个学校有充足的经费去购买昂贵的实验硬件设备,但也不可避免的面临到一些挑战:缺乏足够的物理空间和合适的方法来维护设备、由于设备的使用安全限制或者担心损坏的原因而导致学生无法接触到设备内部构造等。而引入HIL技术的教学实验,可以体现出与实际工业应用的高度关联性,以相对灵活和低成本的方式为学习者构建一个沉浸式的实时体验学习环境,让学生身临其境的感受和理解所学理论知识到底是如何在实际工业应用中“发挥作用的”。
本文向大家展示了如何基于ELVIS III和QCB板卡,利用HIL技术,实现在教学实验中引入工业实际应用(自动驾驶),拆解知识单元(直流电机速度控制和位置控制),匹配应用实例(自动驾驶汽车驱动控制和转向控制),设计PBL实验。
自动驾驶实验介绍及展示
以下实验过程由西安交通大学机械工程专业的学生王世剑记录并整理,其中也记录了他在做实验过程中的一些具体体验感受:
通过前面电机控制实验和倒立摆控制实验,对控制系统有了整体的理解。稳定性分析作为理论工具判断系统的稳定性,数字控制展示了实际控制器采样以及数据处理计算过程,加深了对自动控制原理的理解。