Method Article

Интерактивная и визуализированная онлайн-система экспериментов для инженерного образования и исследований

DOI:

10.3791/63342

November 24th, 2021

In This Article

Summary

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

Эта работа описывает онлайн-систему экспериментов, которая обеспечивает визуализированные эксперименты, включая визуализацию теорий, концепций и формул, визуализацию экспериментального процесса с помощью трехмерных (3-D) виртуальных испытательных стендов и визуализацию системы управления и мониторинга с использованием виджетов, таких как диаграммы и камеры.

Abstract

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

Экспериментирование имеет решающее значение в инженерном образовании. Эта работа исследует визуализированные эксперименты в онлайн-лабораториях для преподавания и обучения, а также исследования. Обсуждаются интерактивные и визуализирующие функции, включая реализацию алгоритма с теоретическим руководством, веб-дизайн алгоритма, настраиваемый интерфейс мониторинга и трехмерные (3D) виртуальные испытательные стенды. Для иллюстрации особенностей и функциональных возможностей предлагаемых лабораторий приведены три примера, в том числе исследование системы первого порядка с использованием схемотехнической системы с электрическими элементами, веб-проектирование алгоритма управления для виртуальных и удаленных экспериментов. Используя разработанные пользователем алгоритмы управления, можно не только проводить моделирование, но и эксперименты в режиме реального времени после того, как разработанные алгоритмы управления были скомпилированы в исполняемые алгоритмы управления. Предлагаемая онлайн-лаборатория также предоставляет настраиваемый интерфейс мониторинга, с помощью которого пользователи могут настраивать свой пользовательский интерфейс, используя предоставленные виджеты, такие как текстовое поле, диаграмма, 3D и виджет камеры. Учителя могут использовать систему для онлайн-демонстрации в классе, студенты для экспериментов после занятий, а исследователи для проверки стратегий контроля.

Introduction

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

Лаборатории являются жизненно важной инфраструктурой для исследований и образования. Когда обычные лаборатории недоступны и /или недоступны по разным причинам, например, недоступные закупки и стоимость обслуживания, соображения безопасности и кризисы, такие как пандемия коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19), онлайн-лаборатории могут предложить альтернативы1,2,3. Как и в обычных лабораториях, в онлайн-лабораториях был достигнут значительный прогресс, такой как интерактивные функции4 и настраиваемые эксперименты5. До и во вр....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

В этой работе представлены три отдельных визуализированных примера для улучшения преподавания, обучения и исследований, к которым можно получить доступ через Лабораторию сетевых систем управления (NCSLab https://www.powersim.whu.edu.cn/react).

1. Пример 1: Система первого порядка, использующая протокол экспериментирования на основе схем

  1. Доступ к системе NCSLab.
    1. Откройте основной веб-браузер и введите URL-адрес https://www.powersim.whu.edu.cn/react.
    2. Нажмите кнопку Начать эксперимент в левой части главной страницы, чтобы войти в систему. Имя пользователя: whutest; пароль: ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Предлагаемая лабораторная система использовалась в нескольких различных учениках в Уханьском университете, таких как автоматизация, энергетика и энергетика, машиностроение и другие университеты, такие как Хэнаньский сельскохозяйственный университет6.

Преподавателям/студентам/исследователям предоставляется большая гибкость для изучения системы с использованием различных виртуальных и/или физических испытательных стендов, определения их алгоритмов управления и настройки и.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Представленный протокол описывает гибридную онлайн-лабораторную систему, которая объединяет физические испытательные стенды для удаленных экспериментов и 3-D виртуальные испытательные стенды для виртуальных экспериментов. Для процесса проектирования алгоритма предусмотрено несколько различных блочных библиотек, таких как электрические элементы для проектирования на основе схем. Пользователи из опыта управления могут сосредоточиться на обучении без навыков программирования. Следует рассмотреть вопрос о правильном проектир.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая в рамках грантового 62103308, грантового 62173255, грантового 62073247 и грантового 61773144.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Система управления скоростью вращения вентилятора//Сделано нашей командой
https://www.powersim.whu.edu.cn/reactСделано нашей командой

References

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

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Online LaboratoryVisualized ExperimentationRemote ExperimentationWeb Based Algorithm DesignControl Algorithm ImplementationCustomizable Monitoring InterfaceThree Dimensional Virtual LabReal Time ExperimentationPID Control AlgorithmEngineering Education

Related Articles