工学教育・研究のためのインタラクティブで可視化されたオンライン実験システム

私たちのプロトコルは、教育、学習、および研究のためのオンライン研究所でのリモートおよび仮想実験を実現します。理論知識と実験の実践は、私たちのプロトコルを通じて教えと学習を強化するために組み合わされています。理論ガイド付き実装、Web ベースのアルゴリズム設計、カスタマイズ可能な監視インターフェイス、3 次元の仮想およびリモート実験を可能にする統一されたフレームワークを提供します。

ジジエ・ウィーとシェンワン・イーは、この手順を実証するのに役立ちます。ウェイは修士号に向けて取り組んでおり、Yeは博士号に向けて取り組んでいます。まず、メインストリームの Web ブラウザを開き、URL www.powersim.whu.edu.cn/react を入力します。

実験開始ボタンをクリックし、W-H-U-T-E-S-Tをユーザー名とパスワードとして書き込み、システムにログインします。左側のサブラボリストに WHU ラボを入力し、実験の WHU 標準リンクを選択し、アルゴリズム設計サブインターフェイスを入力します。[新しいモデルの作成] ボタンをクリックし、Web ベースのアルゴリズム インターフェイスを入力します。

提供されたブロックを使用して回路図を構築します。対応するブロックをダブルクリックしてパラメータを設定し、シミュレーション開始ボタンをクリックします。シミュレーション結果はインタフェースで提供されます。

コンパイル開始ボタンをクリックし、デザインブロックダイアグラムが実行可能な制御アルゴリズムに生成されるまで待ちます。この制御アルゴリズムは、タスクリグ側に展開されたリモートコントローラにダウンロードして実行し、制御アルゴリズムを実装することができます。要求制御ボタンをクリックして、回路システムの制御を申請します。

次に、アルゴリズム設計サブインターフェイスへの戻りボタンをクリックします。プライベート アルゴリズム モデル のパネルで実行可能な制御アルゴリズムを見つけます。実験ボタンをクリックして、設計制御アルゴリズムをリモートコントローラにダウンロードします。

構成サブインターフェイスを入力し、[新しいモニタの作成] ボタンをクリックして、モニタリング インターフェイスを設定します。パラメータチューニング用のテキストボックスを4つ、信号監視用の曲線チャートを1つ含めます。選択したウィジェットに信号とパラメータをリンクし、チャートのX軸範囲を8Sに設定します。

開始ボタンをクリックして実験を開始します。入力電圧をゼロボルトに設定し、コンデンサCを5マイクロファラドに調整してから、入力電圧を1ボルトに設定します。NCSLab システムにログインし、プロセス制御サブラボに入ります。

ダブルタンクテストリグを選択し、アルゴリズム設計サブインタフェースを入力します。例 1 で説明した手順に従って、比例積分微分または PID 制御アルゴリズムを設計します。PIDコントローラをダブルクリックすると、比例は1.12、積分は0.008、微分は6.6に等しくなります。

次に、シミュレーションの開始ボタンをクリックします。設定パラメータボタンをクリックし、コンパイル設定パネルに入り、ソルバーをODE4に設定します。実行可能な制御アルゴリズムを生成し、リモートコントローラーに制御アルゴリズムをダウンロードします。

設定点、P、I、および D.4 つのテキスト ボックスを備えたモニタリング インターフェイスを設定します。グラフの X 軸範囲を 200S に設定します。リアルタイム データに接続された水位のテスト リグとアニメーションのすべての角度を提供できる 3D ウィジェットを選択します。

次に、スタートボタンをクリックします。設定点を10センチメートルから5センチに設定し、制御タンク内の水位の高さが5センチメートルで安定したときに0.1に等しく設定します。設定点を 5 センチから 15 センチにリセットします。

I を 0.1 から 0.01 にチューニングし、設定点を 15 センチメートルから 25 センチメートルにリセットします。オーバーシュートが排除され、水位は20センチメートルの設定点値で安定します。NCSLabシステムにログインし、リモートラボのサブラボでファン速度制御を選択します。

アルゴリズム設計サブインタフェースを入力し、ブロックをドラッグしてIMC制御アルゴリズム図を構築します。次に、実行可能な制御アルゴリズムを生成します。ファンスピード制御システムを採用し、設計されたIMCアルゴリズムを検証します。

モニタリングインターフェイスを設定し、2つのテキストボックスを設定点と着陸船でリンクしてチューニングします。次に、リアルタイムチャートを監視用の設定ポイントと速度にリンクします。ファンとカメラウィジェットの3Dモデルウィジェットを選択し、リアルタイム実験をアクティブにするためにスタートボタンをクリックします。

設定ポイントを 2,000 RPM から 1,500 RPM にリセットします。そして最後に、1,500 RPM から 2, 500 RPM にリセットします。設計制御アルゴリズムを用いた第1次システムのリアルタイム実験を以下に示す。

パラメータは調整可能で、信号は提供されたウィジェットで監視することができます。代表的な画像は、積分項を0.1から0.01にチューニングした後のデュアルタンクシステムでのリアルタイム実験を示しています。設定点は15センチメートルから25センチメートルにリセットされます。

オーバーシュートはここで排除されました。リアルタイム制御が可能で、ファン速度を3D仮想ファンシステムと組み合わせたリモートラボラトリーで監視できます。物理ファンシステムは武漢大学にあり、世界中のユーザーにリモートラボサービスを提供しています。

マルチエージェントの協調制御実験も行うことができるので、遠隔研究室で協調制御性能エージェントを実演することができる。この技術は、実験機器のオンライン共有を実現し、実験教育の発展を多様化し、遠隔・三次元仮想実験室の開発に向けた優れた実証を提供します。