1、机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心                            

依托北京航空航天大学机械工程和控制科学与工程两个国家一级学科,在虚拟现实技术与系统国家重点实验室、复杂产品先进制造教育部工程中心、北京市机械工程实验教学示范中心、北航自动化与电气教学研究实验中心等基础上,与国内外知名企业联合共建多个新工科人才培养实验室,协同先进飞控与机械协同育人基地、北航大学生机器人竞赛中心、北航育人实习校企联合共建基地,构建了具有航空航天特色的机械与控制高度融合的机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心。

机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心现有固定人员55人,其中高级职称42人,中级13人。其中45岁及以下中青年教师24人,占全职教师总数的44%,中心老中青结合,年龄结构合理。另外,在全职教师中,53人拥有研究生学历,其中48人拥有博士学位,4人拥有硕士学位,拥有博士学位教师占全职教师总数87%。机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心紧密围绕机械和控制科学新工科人才培养需求,以机载系统、机器人、智能制造为对象,构建从数字仿真、半物理仿真到物理系统实验完备的机械和控制科学全过程虚拟仿真链条,设计虚拟仿真实验教学体系:

 

机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心教学过程中注重教学内容的前沿性,将国家自然科学基金、国家973项目、北京自然科学基金等项目的科研成果转化为工业机器人控制实践、机电系统实验、测试系统综合实验等通识课、专业课的实验教学内容,提高了实验教学的水平与质量。同时联合国内相关企业,共同开发了虚拟仿真模拟实验箱、丝杠控制系统虚拟仿真实验、桥式吊车控制系统虚拟仿真实验、智能机器人虚拟仿真实验、星球车电驱动系统损伤适应虚拟仿真实验、微型无人机控制实验等资源。部分课程虚拟仿真实验项目如下:

(1) 自动控制原理课程虚拟仿真实验介绍

  • 基于虚拟仿真模拟实验箱的自动控制原理实验

虚拟仿真模拟实验箱是根据实验室模拟实验箱半实物仿真系统建立的虚拟仿真实验项目,通过虚拟仿真的方式搭建电路,实现一、二阶系统或高阶系统,也可以实现状态反馈与状态观测器。搭建好的电路可以直接与<连接,选择不同的输入信号或增加观测窗口,获取数据等。系统可以直接通过Simulink建立校正环节,实现对虚拟实验箱的控制。本系统可以完成一、二阶系统时域动态响应测试、频率特性分析、串联校正、采样系统研究、非线性系统研究、状态空间建模、状态反馈与状态观测器等实验项目。

  • 丝杠控制系统虚拟仿真实验

丝杠控制系统虚拟仿真实验是根据实验室基于PLC的丝杠控制系统研制开发的虚拟仿真实验项目。通过Simulink设计控制率可以实现对滑块速度、位置的控制。本系统可以完成控制系统建模与分析、串联校正、根轨迹分析与设计、PID控制等实验项目。

  •   桥式吊车控制系统虚拟仿真实验

桥式吊车控制系统虚拟仿真实验是根据实验室数字式桥式吊车控制硬件系统开发设计的。可以通过Simulink进行控制率设计,对小车速度、位置、摆杆角度等进行控制。本系统可以完成状态空间建模与分析实验、状态反馈与状态观测器设计实验、最优二次型控制实验等实验项目。

  •  微型无人机控制虚拟仿真实验

微型无人机控制虚拟仿真实验是根据实验室不同类型微型无人机硬件系统开发设计的。可以通过设计控制方法,对无人机的速度等进行控制。基于本实验项目,学生可以综合了解状态空间建模过程、控制器的设计等知识点。

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(2)工业机器人控制实践课程虚拟仿真实验介绍

  •  串联机器人虚拟仿真实验

串联机器人虚拟仿真实验是根据机器人基地的串联机器人等比例虚拟化开发设计的。利用该虚拟仿真实验资源,可以完成串联机器人的机构分析、工作空间、运动学分析、动力学模型、轨迹规划以及末端执行器控制等实验项目,以及完成写字机器人的综合实验项目。

  •  并联机器人虚拟仿真实验

并联机器人虚拟仿真实验是根据机器人基地的Delta并联机器人等比例虚拟化开发设计的。利用该虚拟仿真实验资源,可以完成并联联机器人的机构分析、工作空间、运动学分析、动力学模型、轨迹规划等模块化实验项目,以及完成针灸机器人、核酸检测机器人等综合实验项目。

(3)自动控制元件与电力电子技术虚拟仿真实验介绍

  • 星球车损伤适应虚拟仿真实验

基于星球车损伤适应虚拟仿真资源开展综合实验,学生可以掌握以电动机作为执行机构的调试方法及典型应用,熟练掌握如何分析电动机机械特性和过渡过程的基本理论和计算方法,合理计算、设计单闭环、双闭环控制系统各环节参数,掌握单闭环、双闭环控制系统的调试方法,了解开环机械特性、闭环静特性对实际对象工作性能的影响等多个知识点。

机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心为学生营造一个以学生为主体、学生随时随地实验、自主创新的实践环境与舞台。同时,支撑了北航“自动化”和“机械工程”两个一流专业的建设、支撑了“机器人工程”和“智能制造工程”两个新工科专业的获批、支撑了以上专业的一流课程申报、支撑了“控制科学与工程”和“机械工程”双一流学科的评估,出版的教材和开发的虚拟仿真平台支撑了教学实验在国内影响力的提升。

2、虚拟仿真实验教学中心指导委员会

姓名

单位

备注

龚光红

北京航空航天大学

指导委员会主任

郭为忠

上海交通大学

 

宋轶民

天津大学

 

王军政

北京理工大学

 

王春洁

北京航空航天大学

 

柴旭东

某研究机构仿真中心

 

杜兆才

某研究机构

 

 

3、虚拟仿真实验教学管理系统

http://mce.buaa.edu.cn/



附件【国家级虚拟仿真实验教学示范中心年度报告.pdf