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Sistema de experimentação online interativo e visualizado para educação e pesquisa de engenharia

DOI:

10.3791/63342

November 24th, 2021

In This Article

Summary

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Este trabalho descreve um sistema de experimentação on-line que fornece experimentos visualizados, incluindo a visualização de teorias, conceitos e fórmulas, visualizando o processo experimental com plataformas de teste virtuais tridimensionais (3D) e visualizando o sistema de controle e monitoramento usando widgets como gráficos e câmeras.

Abstract

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A experimentação é crucial na educação em engenharia. Este trabalho explora experimentos visualizados em laboratórios online para ensino e aprendizagem e também pesquisas. Recursos interativos e visualizadores, incluindo implementação de algoritmos guiados pela teoria, design de algoritmo baseado na Web, interface de monitoramento personalizável e plataformas de teste virtuais tridimensionais (3D) são discutidos. Para ilustrar as características e funcionalidades dos laboratórios propostos, três exemplos, incluindo a exploração do sistema de primeira ordem usando um sistema baseado em circuito com elementos elétricos, design de algoritmo de controle baseado na Web para experimentação virtual e remota, são fornecidos. Usando algoritmos de controle projetados pelo usuário, não só as simulações podem ser conduzidas, mas também experimentos em tempo real também podem ser conduzidos uma vez que os algoritmos de controle projetados tenham sido compilados em algoritmos de controle executáveis. O laboratório on-line proposto também fornece uma interface de monitoramento personalizável, com a qual os usuários podem personalizar sua interface de usuário usando widgets fornecidos, como a caixa de texto, gráfico, 3D e widget da câmera. Os professores podem usar o sistema para demonstração online em sala de aula, alunos para experimentação pós-aula e pesquisadores para verificar estratégias de controle.

Introduction

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Laboratórios são infraestrutura vital para pesquisa e educação. Quando os laboratórios convencionais não estão disponíveis e/ou acessíveis devido a diferentes causas, por exemplo, compras inacessíveis e custo de manutenção, considerações de segurança e crises como a pandemia da doença coronavírus 2019 (COVID-19), laboratórios online podem oferecer alternativas1,2,3. Assim como os laboratórios convencionais, progressos significativos, como recursos interativos4 e experimentos personalizáveis5, foram alcançados nos laboratórios on....

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Protocol

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Neste trabalho, são fornecidos três exemplos visualizados separados para aprimorar o ensino e a aprendizagem e a pesquisa, que podem ser acessados através do Laboratório do Sistema de Controle em Rede (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).

1. Exemplo 1: Sistema de primeira ordem usando protocolo de experimentação baseado em circuito

  1. Acesse o sistema NCSLab.
    1. Abra um navegador da Web e insira o url https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
    2. Clique no botão Iniciar experimento no lado esquerdo da página principal para fazer login no sistema. Nome do usuário: whutest; s....

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Results

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O sistema de laboratório proposto tem sido usado em vários discípulos diferentes na Universidade de Wuhan, como a Engenharia de Automação, Energia e Energia, Engenharia Mecânica e outras universidades, como a Henan Agricultural University6.

Professores/alunos/pesquisadores recebem grande flexibilidade para explorar o sistema usando diferentes plataformas de teste virtuais e/ou físicos, definir seus algoritmos de controle e personalizar sua interface de monitoramento; as.......

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Discussion

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O protocolo apresentado descreve um sistema de laboratório online híbrido que integra plataformas de teste físico para experimentação remota e plataformas de teste virtuais 3D para experimentação virtual. Várias bibliotecas de blocos diferentes são fornecidas para o processo de design de algoritmos, como os elementos elétricos para o design baseado em circuitos. Usuários de origens de controle podem se concentrar em aprender sem habilidades de programação. O design adequado de um algoritmo de controle que pode ser aplica.......

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China sob Grant 62103308, Grant 62173255, Grant 62073247 e Grant 61773144.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Sistema de controle de velocidade do ventilador//Feito por nossa equipe
https://www.powersim.whu.edu.cn/reactFeito por nossa equipe

References

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