摘 要

众所周知，电工技术是机电工程相关专业的及其重要的基础课程，但它概念抽象、数学的含量也特别大，以至于计算起来非常繁杂。不仅如此，电工技术的一些电路或者电机的实验，考虑到器材的成本和一些技术安全性上的问题，在传统的实验室是非常难以实现的，这对学生的学习非常不利。近年来，虚拟实验室的快速发展打破了这种禁锢。所谓虚拟实验室，顾名思义就是在一个虚拟的空间内模拟各种实验，它使用起来非常方便，可以使学生非常直观地了解到各种电路电机实验的仿真特性，而且大大的节约了教学成本。

本设计利用MATLAB语言强大的数学计算和绘图功能，开发电工教学辅助系统，对一些常见的电路和电机的实验特性进行仿真，设计大致包括电路、电机和电力电子三个模块，每个模块都给出相应的例子进行研究。主要使用了MATLAB的图形化用户界面（GUI）的图形开发功能，部分电机和电力电子的实验特性将用到SIMULINK来实现。

关键词：虚拟；MATLAB；电工；GUI；SIMULINK

The development of Virtual Laboratory

ABSTRACT

As is known to all,Electrician technology is an important foundation course of Electrical and mechanical engineering and its related professional,But its concept is very abstract,and the mathematical content is particularly large,so that its calculation is very complicated.Not only that,considering the cost of equipment and technical safety problem,Some of the circuit or electrical electrician technology experiment is very difficult to achieve in the traditional laboratory,This is very adverse to student's learning.In recent years,The rapid development of virtual laboratory break the imprisonment.The so-called virtual laboratory,Just as its name implies is simulated experiments in a virtual space,it's very convenient to use,so that students can understand directly to the characteristics of various motor experimental circuit simulation,

it also can greatly save the cost of teaching.

This design was completed to development a system for assisting electrical teaching who has used MATLAB language’s powerful mathematical calculation and drawing functions ,and the system can simulate characteristics of some common circuit and motor.This design was consisted of three modules,and these modules were circuit and motor and power electronic module,corresponding examples were given to each module for research. This design mainly used the function of graphic development of graphical user interface (GUI) which is a module of MATLAB ,part of the motor and power electronic experimental features will use the SIMULINK module to realize.

Key words: virtual; MATLAB; electrician; GUI; SIMULINK

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

1 绪论 - 1 -

1.1 本课题的研究背景 - 1 -

1.2 国内外虚拟技术发展现状 - 1 -

1.3 本课题的主要内容 - 2 -

1.4 本课题的可行性分析 - 3 -

2 虚拟实验室开发工具 - 4 -

2.1 开发工具选择与介绍 - 4 -

2.2 开发工具在电学中的应用 - 5 -

3 框架设计 - 6 -

3.1 设计思路与设计框图 - 6 -

3.2 框架设计及具体步骤 - 9 -

3.2.1 封面界面设计 - 9 -

3.2.2 登录界面设计 - 11 -

3.2.3 主界面设计 - 13 -

3.2.4 三大模块界面设计 - 14 -

4 仿真界面与模型设计 - 18 -

4.1 电路模块仿真界面设计 - 18 -

4.1.1 一阶动态电路基本概念与解题思路 - 18 -

4.1.2 一阶动态电路具体例题分析 - 18 -

4.1.3 一阶动态电路在MATLAB中的仿真 - 19 -

4.2 电机模块仿真界面设计 - 22 -

4.2.1 直流发电机的基本概念与特性 - 22 -

4.2.2 直流发电机外特性具体例题分析 - 22 -

4.2.3 直流发电机外特性在MATLAB中的仿真 - 23 -

4.2.4 异步电机的基本概念与特性 - 25 -

4.2.5 三相异步电机机械特性在MATLAB中的仿真 - 25 -

4.3 电力电子模块模型设计 - 26 -

4.3.1 升降压式变换器原理分析 - 26 -

4.3.2 升降压式变换器在MATLAB中的仿真 - 27 -

5 总结与展望 - 31 -

5.1 设计总结 - 31 -

5.2 设计存在的不足 - 31 -

5.3 展望 - 32 -

致 谢 - 33 -

参考文献 - 34 -

附录A 登录界面程序 - 35 -

附录B 主界面程序 - 37 -

附录C 三大模块界面程序 - 39 -

附录D 其他子程序与仿真结果图 - 47 -

1 绪论

1.1 本课题的研究背景

进入二十一世纪以来，我国的经济与科技正在不断地飞速发展，与之相对应的，国内的高等教育也发展迅速，当然，这也大大的提升了高校的教学难度。面对着各种新理念与新技术的不断涌出，各学科之间的联系也在不断地跟着加强，仅依赖课本中的公式和简单的演算说明的教学方式显然已经跟不上教育发展的步伐。在这种背景下，实验教学理所当然的成为了高校教学中的极其重要的一个环节。而伴随着高校的不断扩招，学生人数也跟着在不断地上升，很多学校实验室的设备已经不能满足教学需要了，高级设备的配备不足与资金短缺等问题逐渐暴露出来，造成的后果就是学生只学到书面上的理论知识，没有相应的操作经验，使实验教学部分无法达到预期的效果。更有甚者，部分高校的实验课如同走过场一样，这对教学工作十分不利。

虚拟技术是近年来发展起来的一项新技术，其目的是在计算机中创建出一个虚拟环境，操纵者可以对虚拟环境实时控制，并能从中得到反馈信息。虚拟技术的快速发展，对实验教学向科学化、现代化的发展起到了很大的推进作用。利用虚拟技术，可以将实验室搬入计算机，构建出一个虚拟实验室，学生可以通过对各种实验器材的搭建，完成传统实验室难以实现的大型实验，并且可以直观地观察实验现象，收集实验数据，其实验效果并不比真实环境中取得的效果差，甚至要更好。因此，虚拟技术在实验教学上的运用巨有非常重要的意义。