Method Article

엔지니어링 교육 및 연구를 위한 대화형 시각화 된 온라인 실험 시스템

DOI:

10.3791/63342

⸱

November 24th, 2021

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Artificial Intelligence and Automation, Wuhan University

In This Article

Summary

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이 작품은 이론, 개념 및 수식의 시각화, 3차원(3차원) 가상 테스트 리그로 실험 프로세스 시각화, 차트 및 카메라와 같은 위젯을 사용하여 제어 및 모니터링 시스템을 시각화하는 등 시각화된 실험을 제공하는 온라인 실험 시스템을 설명합니다.

Abstract

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실험은 엔지니어링 교육에서 매우 중요합니다. 이 작품은 교육 및 학습 및 연구를위한 온라인 실험실에서 시각화 된 실험을 탐구합니다. 이론 유도 알고리즘 구현, 웹 기반 알고리즘 설계, 사용자 지정 가능한 모니터링 인터페이스 및 3차원(3차원) 가상 테스트 리그를 포함한 대화형 및 시각화 기능에 대해 설명합니다. 제안된 실험실의 기능과 기능을 설명하기 위해 전기 요소가 있는 회로 기반 시스템을 이용한 1차 시스템 탐색, 가상 및 원격 실험을 위한 웹 기반 제어 알고리즘 설계 등 세 가지 예가 제공됩니다. 사용자가 설계한 제어 알고리즘을 사용하여 시뮬레이션을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 설계된 제어 알고리즘을 실행 가능한 제어 알고리즘으로 컴파일한 후에는 실시간 실험을 수행할 수도 있습니다. 또한 제안된 온라인 실험실에서는 사용자 지정 가능한 모니터링 인터페이스를 제공하며, 사용자는 텍스트 박스, 차트, 3D 및 카메라 위젯과 같은 제공된 위젯을 사용하여 사용자 인터페이스를 사용자 지정할 수 있습니다. 교사는 교실에서 온라인 데모를 위해 시스템을 사용할 수 있습니다, 수업 후 실험을위한 학생, 제어 전략을 확인하기 위해 연구원.

Introduction

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실험실은 연구 와 교육을위한 중요한 인프라입니다. 종래의 실험실이 다른 원인으로 인해 이용 가능하지 않거나 접근할 수 없는 경우, 예를 들어, 저렴한 구매 및 유지 보수 비용, 안전 고려 사항 및 코로나바이러스 질환 2019(COVID-19) 전염병과 같은 위기, 온라인 실험실은 대안을 제공할 수 있다1,2,3. 기존의 실험실과 마찬가지로, 대화형 기능4 및 사용자 지정 실험5와 같은 상당한 진전이 온라인 실험실에서 달성되었습니다. COVID-19 전염병 이전과 동안, 온라인 실험실은 전 세계 사용자에게 실험 서비스를 제공하고 있습니다6,7.

온라인 실험실 중 원격 실험실은 실제 테스트 리그 및 카메라8을 지원하는 실습 실험과 유사한 경험을 사용자에게 제공할 수 있습니다. 인터넷, 통신, 컴퓨터 그래픽 및 렌더링 기술의 발전과 함께 가상 실험실은 ....

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Protocol

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이 작품에서는 네트워킹 제어 시스템 연구소(NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react)를 통해 액세스할 수 있는 교육 및 학습 및 연구를 향상시키기 위해 세 가지 가시화 예제가 제공됩니다.

1. 예 1: 회로 기반 실험 프로토콜을 사용하는 1차 시스템

  1. NCSLab 시스템에 액세스합니다.
    1. 주류 웹 브라우저를 열고 URL https://www.powersim.whu.edu.cn/react 입력합니다.
    2. 메인 페이지 왼쪽의 실험 시작 버튼을 클릭하여 시스템에 로그인합니다. 사용자 이름: whutest; 암호 : whutest.
      참고: 이 단계는 다른 두 예제(예 2 및 예제 3)에도 적합합니다.
    3. 왼쪽 하위 실험실 목록에 WHULab 을 입력하고 실험을 위한 WHUtypicalLinks 를 선택합니다.
      참고: 시뮬레이션 및 실시간 실험을 지원하기 위해 6개의 하위 인터페이스가 다양한 목적으로 설계 및 구현됩니다.
    4. 알고리즘 디자인 하위 인터페이스를 입력....

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Results

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제안 된 실험실 시스템은 자동화, 전력 및 에너지 공학, 기계 공학 및 허난 농업 대학6과 같은 다른 대학과 같은 우한 대학의 여러 다른 제자에서 사용되었습니다.

교사/학생/연구원은 다양한 가상 및/또는 물리적 테스트 리그를 사용하여 시스템을 탐색하고, 제어 알고리즘을 정의하며, 모니터링 인터페이스를 사용자 지정할 수 있는 뛰어난 유연성을 제공합니다. 따라서, 다른 수준의 사용자는 제안 된 시스템에서 혜택을 누릴 수 있습니다. 제안된 접근 방식에 의해 제공되는 시각화된 실험은 이론, 개념 및 수식에 대한 이해를 잠재적으로 향상시킬 수 있습니다.

제안된 시스템은 다양한 유형의 알고리즘 설계(도 1 및 도 3 는 두 가지 예)와 교육, 학습 및 연구와 같은 다목적(3개의 프로토콜을 세 .......

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Discussion

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제시된 프로토콜은 원격 실험을 위한 물리적 테스트 리그와 가상 실험을 위한 3D 가상 테스트 리그를 통합하는 하이브리드 온라인 실험실 시스템을 설명합니다. 회로 기반 설계를 위한 전기 요소와 같은 알고리즘 설계 프로세스에 대해 여러 가지 블록 라이브러리가 제공됩니다. 제어 배경의 사용자는 프로그래밍 기술 없이 학습에 집중할 수 있습니다. 적절한 테스트 리그에 적용할 수 있는 제어 알고리즘의 적절한 설계를 고려해야 합니다. 또한 제어된 테스트 리그에 적용하기 전에 제어 성능(오버슈트, 침전 시간 및 안정적인 오류를 포함한 제어 성능 인덱스 고려)을 보장하기 위해 컨트롤러를 설계하는 것도 어렵습니다. 실시간 실험에 사용할 수 있는 제어 알고리즘을 컴파일하기 전에 잠재적인 문제를 해결하기 위해 시뮬레이션을 수행해야 합니다. 제어 알고리즘은 제안된 시스템에 통합되면 시스템을 사용하여 다른 다른 테스트 리그에 적용할 수 있습니다.

세 가지 예에 대한 배경 및 이론적 지식은 다음과 같습니다.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품은 그랜트 62103308, 그랜트 62173255, 그랜트 62073247, 그랜트 61773144 따라 중국의 국립 자연 과학 재단에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
팬 속도 제어 시스템//우리 팀에서 제작
https://www.powersim.whu.edu.cn/react우리 팀에서 제작

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. De Jong, T., Linn, M. C., Zacharia, Z. C. Physical and virtual laboratories in science and engineering education. Science. 340 (6130), 305-308 (2013).
  2. Galan, D., et al. Safe experimentation in optical levitation of charged droplets usi....

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