Interaktywny i zwizualizowany system eksperymentów online dla edukacji i badań inżynierskich

Nasz protokół realizuje zdalne i wirtualne eksperymenty w laboratoriach internetowych do nauczania, uczenia się, a także badań. Wiedza teoretyczna i praktyka eksperymentalna są połączone w celu ulepszenia nauczania i uczenia się za pomocą naszego protokołu. Zapewnia ujednoliconą strukturę, która umożliwia implementację sterowaną teorią, projektowanie algorytmów w oparciu o sieć internetową, konfigurowalny interfejs monitorowania oraz trójwymiarowe eksperymenty wirtualne i zdalne.

Zijie Wie i Shengwang Ye pomogą zademonstrować tę procedurę. Wei pracuje nad uzyskaniem tytułu magistra, a Ye pracuje nad doktoratem. Na początek otwórz popularną przeglądarkę internetową i wprowadź adres URL www.powersim.whu.edu.cn/react.

Kliknij przycisk rozpocznij eksperyment i wpisz W-H-U-T-E-S-T jako nazwę użytkownika i hasło, aby zalogować się do systemu. Wprowadź laboratorium WHU na liście podlaboratoriów po lewej stronie i wybierz typowe łącza WHU do eksperymentów, a następnie przejdź do podinterfejsu projektowania algorytmu. Kliknij przycisk Utwórz nowy model i przejdź do internetowego interfejsu algorytmu.

Zbuduj schemat obwodu, korzystając z dostarczonych bloków. Kliknij dwukrotnie odpowiednie bloki, aby ustawić parametry, a następnie kliknij przycisk rozpocznij symulację. Wynik symulacji zostanie udostępniony w interfejsie.

Kliknij przycisk rozpocznij kompilację i poczekaj, aż schemat blokowy projektu zostanie wygenerowany w wykonywalny algorytm sterowania. Ten algorytm sterowania można pobrać i uruchomić do pilota zdalnego sterowania wdrożonego po stronie stanowiska roboczego w celu zaimplementowania algorytmów sterowania. Kliknij przycisk sterowania żądaniem, aby ubiegać się o kontrolę nad systemem obwodów.

Następnie kliknij przycisk powrotu do podinterfejsu projektowania algorytmu. Znajdź wykonywalny algorytm sterujący w panelu prywatnych modeli algorytmów. Kliknij przycisk przeprowadź eksperyment, aby pobrać algorytm kontroli projektu na pilota zdalnego sterowania.

Wejdź do podinterfejsu konfiguracji i kliknij przycisk utwórz nowy monitor, aby skonfigurować interfejs monitorowania. Dołącz cztery pola tekstowe do dostrajania parametrów i jeden wykres krzywej do monitorowania sygnału. Połącz sygnały i parametry z wybranymi widżetami i ustaw zakres osi x wykresu na 8S.

Kliknij przycisk Start, aby rozpocząć eksperyment. Ustaw napięcie wejściowe na zero woltów i dostrój kondensator C do pięciu mikrofaradów, a następnie ustaw napięcie wejściowe na jeden wolt. Zaloguj się do systemu NCSLab i wejdź do podlaboratorium kontroli procesu.

Wybierz stanowisko testowe z podwójnym zbiornikiem i wejdź do podinterfejsu projektowania algorytmu. Zaprojektuj algorytm regulacji proporcjonalnej pochodnej całkowej lub PID, postępując zgodnie z krokami opisanymi w przykładzie pierwszym. Kliknij dwukrotnie regulator PID i ustaw proporcjonalność równą 1,12, całkę równą 0,008 i pochodną równą 6,6.

Następnie kliknij przycisk rozpocznij symulację. Kliknij przycisk parametrów konfiguracyjnych i wejdź do panelu kompilacji konfiguracji, aby ustawić solver na ODE4. Wygeneruj wykonywalny algorytm sterujący i pobierz algorytm sterowania do pilota zdalnego sterowania.

Skonfiguruj interfejs monitorowania z czterema polami tekstowymi dla wartości zadanej, P, I i D. Dołącz wykres do monitorowania poziomu wody i odpowiadającej mu wartości zadanej. Ustaw zakres osi x wykresu na 200S. Wybierz widżet 3D, który może zapewnić wszystkie kąty stanowisk testowych i animacje poziomu wody w połączeniu z danymi w czasie rzeczywistym.

Następnie kliknij przycisk Start. Ustaw nastawę od 10 centymetrów do pięciu centymetrów, a następnie ustaw I na 0,1, gdy wysokość poziomu wody w kontrolowanym zbiorniku osiągnie i ustabilizuje się na pięciu centymetrach. Zresetuj nastawę z pięciu centymetrów do 15 centymetrów.

Dostrój I od 0.1 do 0.01 i zresetuj nastawę z 15 centymetrów do 25 centymetrów. Przeregulowanie zostaje wyeliminowane, a poziom wody stabilizuje się na zadanej wartości 20 centymetrów. Zaloguj się do systemu NCSLab i wybierz sterowanie prędkością wentylatora w zdalnym podlaboratorium laboratoryjnym.

Wejdź do podinterfejsu projektowania algorytmu i przeciągnij bloki, aby skonstruować diagram algorytmu sterowania IMC. Następnie wygeneruj wykonywalny algorytm sterujący. Zastosuj system kontroli prędkości wentylatora, aby zweryfikować zaprojektowany algorytm IMC.

Skonfiguruj interfejs monitorowania i połącz dwa pola tekstowe z wartością zadaną i lądownikiem w celu dostrojenia. Następnie połącz wykres w czasie rzeczywistym z nastawą i prędkością do monitorowania. Wybierz widżet modelu 3D wentylatora i widżetu kamery, a następnie kliknij przycisk Start, aby aktywować eksperymentowanie w czasie rzeczywistym.

Zresetuj nastawę z 2 000 obr./min na 1 500 obr./min. A na koniec zresetuj go z 1 500 obr./min do 2 500 obr./min. Eksperyment w czasie rzeczywistym systemu pierwszego zamówienia z algorytmem kontroli projektu jest pokazany tutaj.

Parametry można dostrajać, a sygnały można monitorować za pomocą dostarczonych widżetów. Reprezentatywne obrazy pokazują eksperymenty w czasie rzeczywistym z systemem podwójnego zbiornika po dostrojeniu członu całki z 0,1 do 0,01. Nastawa jest resetowana z 15 centymetrów do 25 centymetrów.

Przeregulowanie zostało tutaj wyeliminowane. Sterowanie w czasie rzeczywistym można uzyskać, a prędkość wentylatora można monitorować za pomocą zdalnego laboratorium sterowania prędkością wentylatora w połączeniu z wirtualnym systemem wentylatorów 3D. Fizyczny system wentylatorów znajduje się na Uniwersytecie Wuhan i zapewnia zdalne usługi laboratoryjne użytkownikom na całym świecie.

Można również przeprowadzić skoordynowany eksperyment kontrolny dla wielu agentów, który może zademonstrować skoordynowane czynniki kontroli w zdalnym laboratorium. Technologia ta umożliwia udostępnianie online sprzętu eksperymentalnego i dywersyfikuje rozwój nauczania eksperymentalnego, zapewniając dobrą demonstrację rozwoju zdalnych i trójwymiarowych wirtualnych laboratoriów połączonych.