浅谈虚拟实验在液压传动教学中运用

鲍家定

摘要：随着机械专业在全国越来越多高校的开设，液压传动实验台的需求也越来越多，而实际根本无法满足每个学生一台的需求，这就需要将虚拟实验引入到实际教学中来。本文根据教学的实际需求，采用自上而下的设计方法，将虚拟实验引入液压传动教学中来，通过模拟实际现象，达到学生教育应用的目的和实验要求。

关键字：虚拟实验，液压传动，教学，应用

1、概述

作为机械类专业的一门主要课程，液压传动涵盖了数学、流体力学、电气控制、机械设计等诸多学科，该课程是为了更好的结合理论实践，使学生掌握液压传动的基本理论和相关原理，然后通过计算机等技术，达到进一步的要求。液压传动教学就是为了培养学生综合运用知识的能力和实际操作水平，通过虚拟实验教学，使学生达到扎实的基本理论知识和原理水平。

2、虚拟实验应用于教学的理论基础

虚拟实验是指运用计算机、自动控制等技术满足实际情况模拟发生的现象，达到明确的感官认识的实验。在实际教学过程中，学校的教学条件有限，教师在实际教学过程中更好的满足学生的直接认识，需要引进虚拟实验。随着电子计算机等技术的发展，虚拟实验软件在不断优化和形象化，能够达到教学的目的，而且虚拟实验能够满足资源重复利用，有利于满足学生对整个过程的直接视觉认识。一般情况下，教材都会把实验结果给出，而实际实验过程中的不确定性和多变性会引发学生的思考，激发学生的兴趣，对提出问题和解决问题能够有很大的帮助。根据教学需求，虚拟实验软件也在不断升级，能够满足越来越多的虚拟实验的要求。

3、虚拟实验在液压传动教学中的应用

虚拟实验系统是将教学内容、各种设备有机的结合在一起，通过教师的指导和学生的实际操作，达到贴近实验的需求。本文通过简要的描述虚拟液压传动实验的溢流阀动态特性实验，来分析教学与系统间的关系。在虚拟实验过程中，所有的设备都是通过一定的机械符合进行运行，其物理应用平台能够解决输入输出问题，其核心是软件运行，软件系统架构设计的好坏直接影响实验的效果，因此，需要通过不断实验和调整，设计出一个好的虚拟实验系统，达到满足实验和教学要求。下面介绍液压传动中溢流阀虚拟动态试验。

3.1溢流阀动态特性测试实验

目前，較常采用的为型式试验。型式试验的测量精度较高，试验条件也较为严格，通过试验可以较为全面的了解溢流阀的性能参数。

溢流阀动态特性试验的主界面如图1所示：

从溢流阀动态特性试验的主界面我们可以看到溢流阀动态特性曲线和滤波后特性曲线的对比。从记录数据位置将数据导入，通过设定不同的采样参数和滤波，得出不同的特性曲线。在溢流阀动态特性试验的主页面左侧，有停止/运行，表示测试是否开始。系统参数的设定，例如信号电压、截止频率、超调率等都可以在主页面左侧设置完成。得到不同的测试曲线，可以将曲线保存到指定文件，用于以后数据读取。溢流阀动态特性曲线及其滤波后的特性曲线在主页面显示时，纵轴表示压力，横轴表示时间变化，可以清晰得到对比曲线。

3.2 软件模块的选择应用

参数模块设置：主要参数包括（1）采样率，又称采样频率，即为每秒从外部输入的连续信号中提取获得并组成的离散信号的采样个数。（2）采样数，顾名思义，就是每次采集的数据量。

数据分析、处理模块：在一个虚拟仪器系统中，最重要的部分就是对采集来的数据进行分析和处理，以计算出用户所需的结果或直接生成直观的图形，溢流阀动态特性测试系统主要需要分析得到的就是其动态特性曲线。为此，需要知道曲线的一些特征点，而这些都要根据采集的压力信号数据来计算出来。

滤波模块：在实验过程中，因为是软件系统，不管是输出还是输入都会产生噪声影响，这就需要降低噪声，达到高精度的数据。可以采用滤波器或者软件程序消除噪声，根据软件供应商提供的滤波设备进行硬件消除噪声，同时也采用软件的方式实行滤波除噪。

数据捆绑模块：该模块从上到下分别使用了捆绑函数、创建数组函数以及数值至小数字符串转换函数。由于捆绑函数及创建数组函数在前面已经介绍过，现在主要介绍数值至小数字符串转换函数的功能实现。

曲线、表格生成模块：由于前面已经将数据进行了捆绑及转换字符串等相关操作，这一模块只需要创建相关的图形及表格控件，并将输入接入即可。最下面的为用以生成相关数据存储表格的表格控件，这里使用了数字至小数字符串转换函数，是为了将采和计算出的数据统一转化为宽度为、精度为的小数，并以字符串的形式放入表格中。如果以后要将这些数据写入表格中去，还需要使用分数指数字符串至数值转换函数重新转换回来。

实验报告模块：该模块用以根据实验数据及其它相关信息生成实验报告，并附带打印功能，该模块再次使用了格式化日期时间字符串函数，用以格式化实验的时间以日寸分来表示，并送入条件选择结构中去。实验报告模块所使用的条件选择结构内包含了一个名为“实验报告.vi”的子程序。这里需要注意的是，在条件选择结构外面接入了一个名为“打印”的布尔型按钮，用以控制是否打印实验报告。实验报告从上到下依次为实验日期、实验人姓名、实验时间及实验内容。

复位模块：该模块用以将采集的数据以及以及生成并显示的相关曲线复位，并等待实验人的下一次操作，以决定是否开始新的采集分析过程。当执行复位操作时，条件选择结构为真，此时，结构内部用以生成特性曲线和数据表的各种数据被全部置零，并等待实验人的下一次操作。复位模块使得系统重新设置定义，满足下一次实验要求。

每一组模块的功能都是相互关联的，为了更好得到虚拟实验的效果，需要不断改进程序流程，去除噪声和干扰，达到具体教学应用，使得学生更好理解掌握所授实验及原理。

4 结束语

本文通过介绍液压传动在机械类专业的重要性，以及虚拟实验在具体教学中的理论基础，阐述了虚拟实验在液压传动教学中的应用。根据实际教学的意见，我们在整个虚拟液压传动实验过程中能够通过参数的设定和数据处理，得到不同的实验效果，而对参数的调整和数据分析，可以满足液压传动的教学需求，达到教师及学生的教学和认识目的。

参考文献：

[1]潘伟等. 虚拟仪器技术在液压测试中的应用[J]. 广东：机床与液压，2001

[2]韩伟. 液压传动虚拟实验的研究[D]. 安徽：安徽理工大学，2011