Interaktives und visualisiertes Online-Experimentiersystem für Ingenieurausbildung und -forschung

Unser Protokoll realisiert Remote- und virtuelle Experimente in Online-Laboren für Lehre, Lernen und auch Forschung. Theoretisches Wissen und Experimentierpraxis werden kombiniert, um das Lehren und Lernen durch unser Protokoll zu verbessern. Es bietet ein einheitliches Framework, das eine theoriegeleitete Implementierung, webbasiertes Algorithmusdesign, eine anpassbare Überwachungsschnittstelle sowie dreidimensionale virtuelle und Remote-Experimente ermöglicht.

Zijie Wie und Shengwang Ye werden helfen, das Verfahren zu demonstrieren. Wei arbeitet auf ihren Master-Abschluss hin und Ye arbeitet auf seinen Doktortitel hin. Öffnen Sie zunächst einen gängigen Webbrowser und geben Sie die URL www.powersim.whu.edu.cn/react ein.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Experiment starten und schreiben Sie W-H-U-T-E-S-T als Benutzername und Passwort, um sich beim System anzumelden. Geben Sie das WHU-Labor in die linke Unterlaborliste ein und wählen Sie WHU-typische Links für das Experimentieren und geben Sie dann die Algorithmus-Design-Unterschnittstelle ein. Klicken Sie auf die Schaltfläche Neues Modell erstellen und rufen Sie die webbasierte Algorithmusoberfläche auf.

Erstellen Sie einen Schaltplan mit den bereitgestellten Blöcken. Doppelklicken Sie auf die entsprechenden Blöcke, um die Parameter einzustellen, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Simulation starten. Das Simulationsergebnis wird in der Schnittstelle bereitgestellt.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Kompilierung starten und warten Sie, bis das Designblockdiagramm zu einem ausführbaren Steuerungsalgorithmus generiert wird. Dieser Steueralgorithmus kann heruntergeladen und in die Fernbedienung ausgeführt werden, die auf der Task-Rig-Seite eingesetzt wird, um Steueralgorithmen zu implementieren. Klicken Sie auf die Schaltfläche Steuerung anfordern, um die Steuerung des Schaltungssystems zu beantragen.

Klicken Sie dann auf die Return-Schaltfläche zur Algorithmus-Design-Unterschnittstelle. Suchen Sie den ausführbaren Steuerungsalgorithmus im Bereich Private Algorithmusmodelle. Klicken Sie auf die Schaltfläche Experiment durchführen, um den Designsteuerungsalgorithmus auf eine Fernbedienung herunterzuladen.

Geben Sie die Konfigurationsunterschnittstelle ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Neuen Monitor erstellen, um eine Überwachungsschnittstelle zu konfigurieren. Fügen Sie vier Textfelder für die Parameterabstimmung und ein Kurvendiagramm für die Signalüberwachung hinzu. Verknüpfen Sie die Signale und Parameter mit den ausgewählten Widgets und stellen Sie den x-Achsenbereich des Diagramms auf 8S ein.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Start, um den Test zu starten. Stellen Sie die Eingangsspannung auf null Volt und stimmen Sie den Kondensator C auf fünf Mikrofarad ab, dann stellen Sie die Eingangsspannung auf ein Volt ein. Loggen Sie sich in das NCSLab-System ein und betreten Sie das Teillabor für Prozesssteuerung.

Wählen Sie den Doppeltankprüfstand und geben Sie die Unterschnittstelle für das Algorithmusdesign ein. Entwerfen Sie eine proportionale integrale Ableitung oder einen PID-Regelalgorithmus gemäß den im ersten Beispiel beschriebenen Schritten. Doppelklicken Sie auf den PID-Regler und stellen Sie proportional gleich 1,12, Integral gleich 0,008 und Derivat gleich 6,6 ein.

Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Simulation starten. Klicken Sie auf die Schaltfläche Konfigurationsparameter und rufen Sie das Kompilierungskonfigurationsfenster auf, um den Solver auf ODE4 einzustellen. Generieren Sie den ausführbaren Steuerungsalgorithmus und laden Sie den Steueralgorithmus auf die Fernbedienung herunter.

Konfigurieren Sie eine Überwachungsschnittstelle mit vier Textfeldern für Sollwert, P, I und D.Fügen Sie ein Diagramm zur Überwachung des Wasserstands und des entsprechenden Sollwerts hinzu. Legen Sie den x-Achsenbereich des Diagramms auf 200S fest. Wählen Sie ein 3D-Widget, das alle Winkel der Prüfstände und Animationen des Wasserstands in Verbindung mit den Echtzeitdaten bereitstellen kann.

Klicken Sie dann auf den Start-Button. Stellen Sie den Sollwert von 10 Zentimetern auf fünf Zentimeter ein und setzen Sie dann I gleich 0,1, wenn die Höhe des Wasserstands im kontrollierten Tank fünf Zentimeter erreicht und sich stabilisiert. Setzen Sie den Sollwert von fünf Zentimetern auf 15 Zentimeter zurück.

Stellen Sie I von 0,1 auf 0,01 ein und setzen Sie den Sollwert von 15 Zentimetern auf 25 Zentimeter zurück. Das Überschwingen wird eliminiert und der Wasserstand stabilisiert sich beim Sollwert von 20 Zentimetern. Melden Sie sich beim NCSLab-System an und wählen Sie die Lüfterdrehzahlregelung im Remote-Labor-Teillabor.

Geben Sie die Algorithmus-Design-Unterschnittstelle ein und ziehen Sie die Blöcke, um das IMC-Steuerungsalgorithmusdiagramm zu erstellen. Generieren Sie dann den ausführbaren Steuerungsalgorithmus. Verwenden Sie das Lüfterdrehzahlsteuerungssystem, um den entwickelten IMC-Algorithmus zu überprüfen.

Konfigurieren Sie eine Monitoring-Schnittstelle und verknüpfen Sie zwei Textfelder mit Sollwert und Lander zum Tuning. Verknüpfen Sie dann ein Echtzeitdiagramm mit dem Sollwert und der Geschwindigkeit für die Überwachung. Wählen Sie das 3D-Modell-Widget des Lüfters und das Kamera-Widget aus und klicken Sie auf den Start-Button, um das Echtzeit-Experiment zu aktivieren.

Setzen Sie den Sollwert von 2.000 U/min auf 1.500 U/min zurück. Und schließlich setzen Sie es von 1.500 U / min auf 2.500 U / min zurück. Das Echtzeitexperiment des Systems erster Ordnung mit dem Designsteuerungsalgorithmus wird hier gezeigt.

Die Parameter sind abstimmbar und die Signale können mit den bereitgestellten Widgets überwacht werden. Die repräsentativen Bilder zeigen Echtzeit-Experimente mit dem Dual-Tank-System nach Abstimmung des Integralterms von 0,1 auf 0,01. Der Sollwert wird von 15 Zentimetern auf 25 Zentimeter zurückgesetzt.

Das Overshoot wurde hier beseitigt. Eine Echtzeitsteuerung kann erreicht werden und die Lüftergeschwindigkeit kann mit dem Remote-Labor der Lüftergeschwindigkeitssteuerung in Kombination mit einem virtuellen 3D-Lüftersystem überwacht werden. Das physische Lüftersystem befindet sich an der Wuhan University und bietet Remote-Labordienstleistungen für Benutzer weltweit.

Es kann auch ein koordiniertes Kontrollexperiment für Multi-Agenten durchgeführt werden, das die koordinierten Steuerungsleistungsagenten im Remote-Labor demonstrieren kann. Diese Technologie realisiert den Online-Austausch von experimentellen Geräten und diversifiziert die Entwicklung des experimentellen Unterrichts und bietet eine gute Demonstration für die Entwicklung von entfernten und dreidimensionalen virtuellen kombinierten Labors.