淺談虛擬實(shí)驗在液壓傳動教學(xué)中運(yùn)用

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1、淺談虛擬實(shí)驗在液壓傳動教學(xué)中運(yùn)用隨著機(jī)械專業(yè)在全國越來越多高校的開設(shè)，液壓傳動實(shí)驗臺的需求也越來越多，而實(shí)際根本無法滿足每個學(xué)生一臺的需求，這就需要將虛擬實(shí)驗引入到實(shí)際教學(xué)屮來。本文根裾教學(xué)的實(shí)際需求，采用自上而下的設(shè)計方法，將虛擬實(shí)驗引入液壓傳動教學(xué)中來，通過模擬實(shí)際現(xiàn)象，達(dá)到學(xué)生教育應(yīng)用的目的和實(shí)驗要求。關(guān)鍵字：虛擬實(shí)驗，液壓傳動，教學(xué)，應(yīng)用1、概述作為機(jī)械類專業(yè)的一門主要課程，液壓傳動涵蓋了數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、電氣控制、機(jī)械設(shè)計等諸多學(xué)科，該課程是為了更好的結(jié)合理論實(shí)踐，使學(xué)生掌握液壓傳動的基本理論和相關(guān)原理，然后通過計算機(jī)等技術(shù)，達(dá)到進(jìn)一步的要求。液壓傳動教學(xué)就是為

2、了培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和實(shí)際操作水平，通過虛擬實(shí)驗教學(xué)，使學(xué)生達(dá)到扎實(shí)的基本理論知識和原理水平。2、虛擬實(shí)驗應(yīng)用于教學(xué)的理論基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗是指運(yùn)用計算機(jī)、自動控制等技術(shù)滿足實(shí)際情況模擬發(fā)生的現(xiàn)象，達(dá)到明確的感官認(rèn)識的實(shí)驗。在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)校的教學(xué)條件有限，教師在實(shí)際教學(xué)過程屮更好的滿足學(xué)生的直接認(rèn)識，需要引進(jìn)虛擬實(shí)驗。隨著電子計算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗軟件在不斷優(yōu)化和形象化,能夠達(dá)到教學(xué)的目的，而且虛擬實(shí)驗?zāi)軌驖M足資源重復(fù)利用，有利于滿足學(xué)生對整個過程的直接視覺認(rèn)識。一般情況下，教材都會把實(shí)驗結(jié)果給出，而實(shí)際實(shí)驗過程中的不確定性和多變性會引發(fā)學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)

3、生的興趣，對提出問題和解決問題能夠有很大的幫助。根據(jù)教學(xué)需求，虛擬實(shí)驗軟件也在不斷升級，能夠滿足越來越多的虛擬實(shí)驗的要求。3、虛擬實(shí)驗在液壓傳動教學(xué)屮的應(yīng)用虛擬實(shí)驗系統(tǒng)是將教學(xué)內(nèi)容、各種設(shè)備有機(jī)的結(jié)合在一起，通過教師的指導(dǎo)和學(xué)生的實(shí)際操作，達(dá)到貼近實(shí)驗的需求。本文通過簡要的描述虛擬液壓傳動實(shí)驗的溢流閥動態(tài)特性實(shí)驗，來分析教學(xué)與系統(tǒng)間的關(guān)系。在虛擬實(shí)驗過程中，所有的設(shè)備都是通過一定的機(jī)械符合進(jìn)行運(yùn)行，其物理應(yīng)用平臺能夠解決輸入輸出問題，其核心是軟件運(yùn)行，軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響實(shí)驗的效果，因此，需要通過不斷實(shí)驗和調(diào)整，設(shè)計出一個好的虛擬實(shí)驗系統(tǒng)，達(dá)到滿足實(shí)驗和教學(xué)要

4、求。下面介紹液壓傳動中溢流閥虛擬動態(tài)試驗。3.1溢流閥動態(tài)特性測試實(shí)驗0前，？"常采用的為型式試驗。型式試驗的測量精度較高，試驗條件也較為嚴(yán)格，通過試驗可以較為全面的了解溢流閥的性能參數(shù)。溢流閥動態(tài)特性試驗的主界面如圖1所示：從溢流閥動態(tài)特性試驗的主界詘我們可以看到溢流閥動態(tài)特性曲線和濾波后特性曲線的對比。從記錄數(shù)據(jù)位置將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過設(shè)定不同的采樣參數(shù)和濾波，得出不同的特性曲線。在溢流閥動態(tài)特性試驗的主頁面左側(cè)，有停止/運(yùn)行，表示測試是否幵始。系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，例如信號電壓、截止頻率、超調(diào)率等都可以在主頁面左側(cè)設(shè)置完成。得到不同的測試曲線，可以將曲線保存到指定文件，用于

5、以后數(shù)據(jù)讀取。溢流閥動態(tài)特性曲線及其濾波后的特性曲線在主頁面顯示時，縱軸表示壓力，橫軸表示時間變化，可以清晰得到對比曲線。3.2軟件模塊的選擇應(yīng)用參數(shù)模塊設(shè)置：主要參數(shù)包括（1）采樣率，又稱采樣頻率，即為每秒從外部輸入的連續(xù)信號中提取獲得并組成的離散信號的采樣個數(shù)。（2）采樣數(shù)，顧名思義，就是每次采集的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)分析、處理模塊：在一個虛擬儀器系統(tǒng)中，最重要的部分就是對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以計算出用戶所需的結(jié)果或直接生成直觀的圖形，溢流閥動態(tài)特性測試系統(tǒng)主要需要分析得到的就是其動態(tài)特性曲線。為此，需要知道曲線的一些特征點(diǎn)，而這些都要根據(jù)采集的壓力信號數(shù)據(jù)來計算出

6、來。濾波模塊：在實(shí)驗過程屮，因為是軟件系統(tǒng)，不管是輸出還是輸入都會產(chǎn)生噪聲影響，這就需要降低噪聲，達(dá)到高精度的數(shù)據(jù)?？梢圆捎脼V波器或者軟件程序消除噪聲，根據(jù)軟件供應(yīng)商提供的濾波設(shè)備進(jìn)行硬件消除噪聲，同時也采用軟件的方式實(shí)行濾波除噪。數(shù)據(jù)捆綁模塊：該模塊從上到下分別使用了捆綁函數(shù)、創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)以及數(shù)值至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)。由于捆綁函數(shù)及創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)在前妞己經(jīng)介紹過，現(xiàn)在主要介紹數(shù)值至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)的功能實(shí)現(xiàn)。曲線、表格生成模塊：由于前面已經(jīng)將數(shù)裾進(jìn)行了捆綁及轉(zhuǎn)換字符串等相關(guān)操作，這一模塊只需要創(chuàng)建相關(guān)的圖形及表格控件，并將輸入接入即可。最下面的為用以生成相關(guān)數(shù)據(jù)存儲表

7、格的表格控件，這里使用了數(shù)字至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)，是為了將采和計算出的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為寬度為、精度為的小數(shù)，并以字符串的形式放入表格中。如果以后要將這些數(shù)據(jù)寫入表格中去，還需要使用分?jǐn)?shù)指數(shù)字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)重新轉(zhuǎn)換回來。實(shí)驗報告模塊：該模塊用以根椐實(shí)驗數(shù)據(jù)及其它相關(guān)信息生成實(shí)驗報告，并附帶打印功能，該模塊再次使用了格式化日期時間字符串函數(shù)，用以格式化實(shí)驗的時間以日寸分來表示，并送入條件選擇結(jié)構(gòu)中去。實(shí)驗報告模塊所使用的條件選擇結(jié)構(gòu)內(nèi)包含了一個名為“實(shí)驗報告.Vi”的子程序。這里需要注意的是，在條件選擇結(jié)構(gòu)外面接入了一個名為“打印”的布爾型