基于LabVIEW的虛擬電力電子實(shí)驗(yàn)的

1、基于基于LabVIEW的虛擬電力電子的虛擬電力電子實(shí)驗(yàn)的研究實(shí)驗(yàn)的研究 學(xué)生姓名： 牛智博導(dǎo)師姓名： 魏克新目錄1.課題的研究目的和意義2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析3.目前國內(nèi)外研究所存在的問題4.研究內(nèi)容5.研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題6.擬采取的研究方案及可行性分析 7.課題的研究特色與創(chuàng)新之處8.預(yù)期研究成果9.預(yù)計(jì)研究過程中可能遇到的困難和問題以及解決的措施 10. 研究條件及計(jì)劃安排 課題的研究目的和意義課題的研究目的和意義 目的：虛擬實(shí)驗(yàn)通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與軟件資源有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起。虛擬實(shí)驗(yàn)通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)以

2、及分析處理，其中軟件成為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，硬件僅僅為了解決信號(hào)的輸入、輸出，任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件，很方便地改變、增減系統(tǒng)的功能和規(guī)模。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)引人實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既可降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本又可改善教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件，同時(shí)有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。課題的研究目的和意義課題的研究目的和意義意義：實(shí)驗(yàn)是教學(xué)環(huán)境中一個(gè)必不可少的過程，尤其是對(duì)于電力電子類等實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)更是至關(guān)重要。虛擬實(shí)驗(yàn)代表了以傳統(tǒng)硬件為主的儀器系統(tǒng)向以軟件為主的系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)移。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芊抡嬲麄€(gè)測(cè)試系統(tǒng)并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拾取、存儲(chǔ)、處理、分析一條龍操作。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國外現(xiàn)狀：美國卡耐基梅隆大學(xué)的

3、虛擬實(shí)驗(yàn)，將計(jì)算機(jī)控制的示波器、函數(shù)發(fā)生器等設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生遠(yuǎn)程的控制與操作。麻省理工學(xué)院 同微軟公司合作推出ILab項(xiàng)目，項(xiàng)目的內(nèi)容是建設(shè)多學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)室，項(xiàng)目的目的是研究基于虛擬實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)與工程學(xué)科的新型教育框架。新加坡國立大學(xué)允許用戶通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，使得用戶可以按照自己的安排在任何時(shí)間和任何地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而需要很少的空間和人力來維護(hù)，也可以實(shí)現(xiàn)昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析目前國內(nèi)外研究所存在的問題目前國內(nèi)外研究所存在的問題1. 國內(nèi)外在虛擬實(shí)驗(yàn)室方面的研究取得了一定的進(jìn)展，但還沒有大規(guī)模的應(yīng)用案例。2. 目前國內(nèi)外在虛擬仿真實(shí)

4、驗(yàn)室方面也取得了一定的成果，但其主要用于校園網(wǎng)內(nèi)部使用，基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)少。3. 電力電子類的仿真實(shí)驗(yàn)不具有友好的用戶界面，是本課題要解決的一個(gè)主要問題。4. 大多數(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)都是純虛擬仿真平臺(tái)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是基于對(duì)理想模型的返回結(jié)果，而不是一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)真實(shí)數(shù)據(jù)的返回結(jié)果，這樣不利于學(xué)生去理解真實(shí)物理世界的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果。研究內(nèi)容研究內(nèi)容1.研究基于軟件工程理論的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室整個(gè)系統(tǒng)的面向組件的設(shè)計(jì)的需求分析。2.研究基于電力電子實(shí)驗(yàn)連線過程的所有連線方式，并根據(jù)形式語言自動(dòng)機(jī)中的確定型有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)理論來研究學(xué)生連線的正誤，使系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)響應(yīng)的狀態(tài)下工作。3.研究數(shù)據(jù)采集卡采集真

5、實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)的方法，并研究計(jì)算機(jī)對(duì)采集信號(hào)的數(shù)字濾波的處理方法。4.研究網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 對(duì)B/S和C/S兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行研究和比較，然后研究TCP/IP、 UDP或DATASOCKET等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的利弊，選擇適合的協(xié)議完成網(wǎng)絡(luò)的客戶端和服務(wù)器端之間數(shù)據(jù)傳遞。研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題研究目標(biāo)：1.系統(tǒng)分析部分：從系統(tǒng)層次上采用面向組件的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的關(guān)系，并為以后再次開發(fā)留下相應(yīng)的接口和程序的重復(fù)使用。2.軟件部分：操作虛擬仿真界面，模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生需要連線操作的部分，并實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的方法來進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。3.硬件部分：通過數(shù)據(jù)采集

6、卡采集真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)返回到虛擬實(shí)驗(yàn)主界面，用于學(xué)生進(jìn)行仿真結(jié)果和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。4.網(wǎng)絡(luò)鏈接部分：基于TCP/IP或UDP協(xié)議，或DATASOCKET等協(xié)議進(jìn)行研究，找出適合網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的鏈接方案。研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題研究目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題擬解決的關(guān)鍵問題：1.用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的方法來動(dòng)態(tài)判斷實(shí)驗(yàn)連線的正誤。2.用圖論的最大匹配生成算法（匈牙利算法）建立數(shù)學(xué)模型以表示存在的連線情況。3.數(shù)據(jù)采集卡對(duì)目標(biāo)對(duì)象的采集以及采集過程中整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞的實(shí)時(shí)性題。4.遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器的設(shè)計(jì)開發(fā),服務(wù)器和客戶端的通訊協(xié)議的問題。擬采取的研究方案及可行性分析擬采取的研究方案

7、及可行性分析研究方案：1.虛擬電力電子實(shí)驗(yàn)：建立系統(tǒng)的原型和設(shè)計(jì)用戶界面，根據(jù)需求分析決定用戶界面的基本動(dòng)作，然后在后臺(tái)采用形式語言自動(dòng)機(jī)的理論計(jì)算用戶操作的結(jié)果。2.后臺(tái)儀器共享網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室：服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集卡鏈接，接受客戶端的實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求后，用數(shù)據(jù)采集卡采集對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字濾波的處理，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果返回服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)真實(shí)意義上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察。3.遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室：研究網(wǎng)絡(luò)TCP/IP或UDP協(xié)議，或DATASOCKET協(xié)議，并結(jié)合這3種協(xié)議實(shí)現(xiàn)程序，比較程序的執(zhí)行效率和速度傳遞時(shí)間。4.系統(tǒng)的開發(fā)采用面向組件的開發(fā)方法，達(dá)到系統(tǒng)的高內(nèi)聚性、松散耦合性和數(shù)據(jù)隱藏性。擬采取的研究方案

8、及可行性分析擬采取的研究方案及可行性分析網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室使用B/S/結(jié)構(gòu)原理圖可行性分析可行性分析：實(shí)驗(yàn)室提供了良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并可提供開發(fā)所需要的軟硬件條件等。國內(nèi)許多大學(xué)已開發(fā)了各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以讓我們借鑒。 客 戶 端客 戶 端客 戶 端客 戶 端WAN客戶端網(wǎng)頁瀏覽器L A N應(yīng)用服務(wù)器DAQ設(shè)備儀器設(shè)備儀器設(shè)備儀器設(shè)備儀器設(shè)備課題的研究特色與創(chuàng)新之處課題的研究特色與創(chuàng)新之處課題的研究特色：1.不受時(shí)間和空間的約束。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以使用戶在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此更有利于學(xué)生合理地安排自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃。2.充分利用實(shí)驗(yàn)室資源。由于遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)允許學(xué)生靈活地安排學(xué)習(xí)計(jì)

9、劃，因此可以充分發(fā)揮已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的效用。3.基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，實(shí)驗(yàn)共享支持多個(gè)學(xué)生同時(shí)在線做實(shí)驗(yàn)。4.基于對(duì)電力電子實(shí)驗(yàn)的真實(shí)操作過程的分析，虛擬到計(jì)算機(jī)來仿真連線的過程，使學(xué)生更能感覺是在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。課題的研究特色與創(chuàng)新之處課題的研究特色與創(chuàng)新之處 創(chuàng)新之處：全程模擬交流技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)學(xué)生連線操作的所有過程，結(jié)合形式語言自動(dòng)機(jī)的理論和圖論的相關(guān)理論來計(jì)算操作過程的正確性，并根據(jù)所對(duì)應(yīng)的操作過程給出具體的操作歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的顯示，來重現(xiàn)操作過程，達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的目的。在計(jì)算機(jī)編程考慮所有的連線連接結(jié)果，根據(jù)學(xué)生連線實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算后的得出相應(yīng)評(píng)判，達(dá)到老師指導(dǎo)的目的。通過連接實(shí)際的硬

10、件電路，得出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而使學(xué)生更好地理解和掌握所學(xué)的理論知識(shí)。預(yù)期研究成果預(yù)期研究成果1.在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下建立基本的虛擬實(shí)驗(yàn)室。2.連接到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生不限制空間和時(shí)間的訪問本實(shí)驗(yàn)室。3.研究出一種算法，反映系統(tǒng)的具體狀態(tài)和系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，符合面向組件開發(fā)方法，并為再次開發(fā)留下接口。4.使用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，真實(shí)反映實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。預(yù)計(jì)研究過程中可能遇到的困預(yù)計(jì)研究過程中可能遇到的困難和問題以及解決的措施難和問題以及解決的措施基于軟件工程理論對(duì)系統(tǒng)的分析的不深入，應(yīng)該多與老師和同學(xué)溝通。算法研究的理論性強(qiáng)，不易理解，以至于所花的研究時(shí)間過長或調(diào)試過程中的不可預(yù)期的錯(cuò)誤。軟件應(yīng)用不熟悉，特別是一些關(guān)鍵處理手段。基于多用戶客戶端網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究條件及計(jì)劃安排1、為完成課題已具備和所需的條件及經(jīng)費(fèi) 計(jì)算機(jī)一臺(tái) LabVIEW軟件授權(quán)一套 PCI6221數(shù)據(jù)采集卡一塊 LabVIEW相關(guān)技術(shù)文檔2、時(shí)間計(jì)劃及進(jìn)度安排 2007年11月2008年1月:調(diào)研和收集資料 2008年1月2008年2月:進(jìn)行可行性探索,并針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相 對(duì)應(yīng)的知識(shí)學(xué)習(xí) 2008年2月2008年3月:系統(tǒng)的模型的面向組件化分析，寫出需求報(bào)告，并根據(jù)需求分析報(bào)告進(jìn)