[摘要]將板材V形彎曲智能化控制這一科研成果引入實驗教學(xué)，并以該成果的理論作為指導(dǎo)開發(fā)了針對本科生和研究生實驗的實驗控制系統(tǒng)，不僅豐富了原有的教學(xué)內(nèi)容，而且通過學(xué)生親自設(shè)計實驗方案，親自動手操作，對教學(xué)內(nèi)容有了更深入的了解，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]科研成果，實驗教學(xué)，實驗控制系統(tǒng)，LabVIEW。

[中圖分類號]TG386.3[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2008)02-0258-03

0引言

板料在彎曲卸載后將產(chǎn)生回彈，使彎曲件的尺寸和形狀發(fā)生變化，精度降低，因此研究影響彎曲回彈的因素對保證彎曲件質(zhì)量有著重要意義。在生產(chǎn)中彎曲件的形狀很多，如V形件、U形件等。產(chǎn)生彎曲回彈的原理是：板料的變形過程由彈性變形和塑性變形過程構(gòu)成，當外力去除后，彈性變形部分會立即消失，產(chǎn)生彈性回復(fù)，即回彈?？梢?，板料彎曲后回彈總是存在的，如何減小和控制板料彎曲的回彈，使彎曲件的彎曲半徑、彎曲角等幾何形狀參數(shù)在許可的范圍內(nèi)變化，是研究和擬定彎曲工藝的主要內(nèi)容。

近年來燕山大學(xué)課題組開展了旨在控制V形件彎曲回彈的研究，該項目同時獲得了省自然科學(xué)基金的資助，通過該項目的研究對V形件彎曲回彈的機理有了更深入的認識，找到了控制V形件回彈的方法，進而開發(fā)了一套V形件彎曲智能化控制系統(tǒng)。為了充分發(fā)揮這一成果的作用，能夠讓學(xué)生對彎曲回彈有更深刻的認識，實驗教師把這一內(nèi)容與原有的傳統(tǒng)彎曲回彈實驗相結(jié)合開設(shè)了一門綜合性、設(shè)計性實驗。

1實驗原理

影響V形彎曲過程的因素除了彎曲力、彎曲行程外，還有材料性能參數(shù)和毛坯及模具幾何參數(shù)，而目標彎曲角（回彈后的角度）與彎曲行程成線性關(guān)系，因此可以通過控制彎曲行程來達到控制目標彎曲角的目的[1]。根據(jù)此原理建立了如圖1所示的實驗系統(tǒng)，由模具部分、液壓系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等組成，工作原理如圖2所示。

系統(tǒng)按照工作原理分成四部分：

1）過程監(jiān)測部分：主要由傳感器、A/D卡、工控機及采集、記錄和顯示程序組成。能夠反映彎曲過程特征的兩個物理量，彎曲行程、彎曲力，被位移傳感器和壓力傳感器經(jīng)調(diào)理模塊（Scx1-1180和Scx2-1520）轉(zhuǎn)換成兩個電壓信號。兩個電壓信號經(jīng)A/D卡（6062E1）將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計算機。計算機內(nèi)設(shè)置的記錄顯示程序?qū)⑸鲜鰞蓚€物理量以數(shù)據(jù)文件的形式自動保存在計算機內(nèi)，并隨著彎曲過程的進行在顯示器上實時顯示出變化曲線；

2）工藝參數(shù)輸入部分：主要由計算機和相應(yīng)的軟件組成，根據(jù)目標彎曲角計算出彎曲行程，然后輸入行程控制量；

3）系統(tǒng)控制部分：由計算機、控制程序、D/A卡（6062E2）、三位四通電磁換向閥、控制器及相關(guān)模塊等組成?？刂葡到y(tǒng)以彎曲行程作為輸入信號，發(fā)出控制指令，D/A卡將控制電壓信號的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量后進入三位四通電磁換向閥，使換向閥動作，達到控制彎曲行程的目的；

3）系統(tǒng)控制部分：由計算機、控制程序、D/A卡（6062E2）、三位四通電磁換向閥、控制器及相關(guān)模塊等組成?？刂葡到y(tǒng)以彎曲行程作為輸入信號，發(fā)出控制指令，D/A卡將控制電壓信號的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量后進入三位四通電磁換向閥，使換向閥動作，達到控制彎曲行程的目的；

2實驗內(nèi)容介紹

板材彎曲回彈的測量與控制實驗教學(xué)重點體現(xiàn)沖壓工藝的基礎(chǔ)理論知識在實驗中的應(yīng)用，同時向?qū)W生有選擇的滲透系統(tǒng)工作的控制原理，激發(fā)、啟迪學(xué)生對于科研工作的熱愛。

本實驗課主要講授如下內(nèi)容：①V形彎曲產(chǎn)生回彈的原理及影響因素；②回彈的基本控制方法；③實驗系統(tǒng)工作原理；④傳感器的原理及標定。本實驗使用了磁致伸縮位移傳感器、應(yīng)變片式壓力傳感器。

根據(jù)實驗指導(dǎo)書，學(xué)生自行確定實驗方案。同時完成以下主要內(nèi)容：①選擇實驗材料、排樣、下料，實驗室提供多種板材，主要包括鋼板、鋁板和銅板；②選擇合適的彎曲條件，主要是材料、彎曲角度、試件尺寸；③通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、處理數(shù)據(jù)，測量回彈角度得出行程影響目標彎曲角的規(guī)律；④在老師的指導(dǎo)下把行程－目標彎曲角的變化規(guī)律植入控制程序；⑤運行系統(tǒng)，實現(xiàn)彎曲回彈的自動控制。

現(xiàn)場給出了實驗標準做法的步驟、圖片和實物參考，實驗完畢要求寫出實驗報告。

在彎曲回彈實驗中加入控制手段，改進、豐富了原有的實驗內(nèi)容，同時也展示了本學(xué)科的前沿科研成果，該控制系統(tǒng)是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，不僅能引起學(xué)生極大的好奇心和科研興趣，而且對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立思考能力，培養(yǎng)交叉學(xué)科的復(fù)合型人才很有益處。

3實驗軟件系統(tǒng)的開發(fā)

以該項成果的理論為指導(dǎo)依據(jù)，針對學(xué)生實驗的實際條件筆者所在實驗室人員開發(fā)了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

3.1基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于G語言的圖形化編程軟件LabVIEW是美國國家儀器公司（NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品[2~6]，即對稱之為虛擬儀器的軟件對象進行圖形化組合操作，提供了直覺式的環(huán)境，在自動測試、數(shù)據(jù)采集與控制、過程監(jiān)控和工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

廣義的數(shù)據(jù)采集包括模擬輸入和模擬輸出兩部分，就是將電壓、電流、溫度、壓力等物理信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳遞到計算機中的過程。LabVIEW的數(shù)據(jù)采集程序庫包括許多數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動控制程序。通常，一塊卡可以完成多種功能。用戶在使用之前必須設(shè)置好采集卡的硬件配置?；贚abVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般如圖3所示[5]。

數(shù)據(jù)采集硬件有多種形式，硬件的選擇要根據(jù)具體的應(yīng)用場合并考慮到自己現(xiàn)有的技術(shù)資源。本系統(tǒng)采用的是由6062筆記本數(shù)據(jù)采集卡（Card-6062E）、IBM筆記本電腦T60、信號調(diào)理4槽機箱（SCXI-1180）、8通道應(yīng)變測試調(diào)理模塊（SCXI-1520）及其接線端子（SCXI1314）、6通道模擬輸出調(diào)理模塊（SCXI-1124）及其接線端子（SCXI-1125）組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.2基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的程序開發(fā)和測試

在彎曲實驗控制系統(tǒng)中，過程變量彎曲力和彎曲行程的樣本數(shù)據(jù)的采集是利用基于LabVIEW[2~4]的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成的。

圖4和圖5分別為在LabVIEW上開發(fā)的V形彎曲控制過程中變量采集程序的前面板圖及主框圖。圖形和數(shù)據(jù)的顯示控件都安放在前面板上，數(shù)據(jù)間具體的輸入輸出、運算關(guān)系和文件的讀寫等操作則是在框圖程序里進行定義。

4結(jié)束語

本實驗的開設(shè)集中體現(xiàn)了多學(xué)科知識的融合，整個實驗過程濃縮了沖壓工藝中彎曲回彈的基本理論、控制回彈的基本方法和新近的科研成果，對本學(xué)科的大學(xué)生來說既是一次內(nèi)容充實的實驗課，又是一堂理論聯(lián)系實際的工藝理論課。將該系統(tǒng)引入實驗教學(xué)中，經(jīng)過兩年的實踐，收到了良好的效果：

1）相比原有傳統(tǒng)的實驗，實驗內(nèi)容更加豐富了，更能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；

2）通過改裝原來的實驗設(shè)備、開發(fā)實驗數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)既節(jié)省了實驗經(jīng)費又改善了實驗條件；

3）將科研成果引入實驗教學(xué)是一個高效可行之路，實驗室教師通過開發(fā)高新技術(shù)實驗，不但提高教學(xué)水平，同時促進了科研。

參考文獻

1官英平，蘇春建，趙軍.寬板V形自由彎曲智能化控制實驗系統(tǒng)[J].塑性工程學(xué)報，2006，13(5).

2 歐陽黎明.MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:國防工業(yè)出版社，2001.

3 劉君華，賈惠芹，丁昕，等.虛擬儀器圖形化編程語言[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

4 汪敏生.LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002.

5G W Johnson著.LabVIEW圖形編程.武嘉澍譯.北京:北京大學(xué)出版社.2002.

6 張立明.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型及其應(yīng)用[M].南京:復(fù)旦大學(xué)出版社，1994.