基于LabVIEW的虚拟实验室的研究(1)

毕业设计基于LabVIEW的虚拟实验室的研究姓名：学号：班级：专业：所在系：指导老师：基于LabVIEW的电力电子技术虚拟实验室的设计与实现摘要实验在普通高等教育中占有非常重要的地位，是对学生进行素质教育的一个重要环节。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、以及虚拟仪器技术的发展，虚拟实验室应运而生。访问者只需拥有一台可连接到Internet的电脑就可以不受时间地域的限制完成实验，同时虚拟实验可减少实验设备的开销，节省人力物力。虚拟实验作为传统实验的一个必要的有益补充，既能节约大量的教育经费，也使实验在时间和空间上得到有效的延伸。它在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景，是实验教学的一个新的发展方向，是当前研究的热点课题之一。因此，虚拟实验室的构建具有重要的现实意义。论文分别从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室”。本文着重于适应教学需求这一角度，利用LabVIEW和MATLAB软件从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室”。并以三相桥式可控整流电路实验为例，通过实验增加了学生做实验的兴趣，同时也提高了教学质量。关键词:虚拟实验室；LabVIEW；电力电子PowerelectronictechnologybasedonLabVIEWdesignandimplementationofVirtualLaboratoryAbstractExperimentteachinghasbeenplayinganincreasinglyimportantroleinhigheducation.It'sakeymeasuretoimprovethestudents'ability.VirtualLaboratoryappearswiththedevelopmentofcomputertechnique,Networktechnology,multimediatechnologyandVirtualInstrumenttechnique.VisitorsneedonlyhaveaconnectiontotheInternetcomputercannotsubjecttogeographicallimitationsoftimetofinishtheexperiment,atthesametime,thevirtualexperimentexperimentalequipmentcanreducecosts,savemanpowerandmaterialresources.Asanessentialandbeneficialsupplementtothetraditionalexperiment,virtualexperimentsnotonlysavealotofeducationfunds,butalsoextendtheexperimentsintimeandspaceeffectively.Ithasthevastappliedforegroundintheeducationandresearchrealm.VirtualLaboratoryisanewdevelopmentdirectionoftheexperimentteachingaswellasanactiveresearchtopicrecently.Therefore,thedevelopmentofthevirtuallaboratoryofnetworkisverynecessary.Thisthesisdiscussesontheconstructionofvirtuallaboratoryfromtheoreticalresearch,technologicalrouteandapplicationdevelopment.Ithas,emphatically,discussedrelevanttheories,modelingmethodsandkeytechnologiesofvirtuallaboratory,Accordingtotheoryframework,modelingmethodsandtechnologicalschemementionedabove,anintelligenttheVirtualLaboratoryforPowerElectricExperiment，isconstructed.Thispaperfocusesontheteachingdemandofthispointofview,theuseofLabVIEWandMATLABsoftwarefromthebasictheory,technologyandapplicationdevelopmentthreeaspectsoftheconstructionofavirtuallaboratorytodoamorecomprehensivestudy,focusesonthestudyofVirtualLaboratoryofthetheoreticalframework,modelingmethodsandkeytechnologies,andonthebasisofconstructingthepowerelectronicvirtuallaboratory.Andtothethree-phasebridgecontrolledrectifiercircuitexperimentasanexample,throughtheexperimentalincreasestudentsinterest,andalsoimprovethequalityofteaching.Keywords:VirtualLaboratory；LabVIEW；PowerElectric目录第一章绪论…………………………………………………………………………11.1虚拟实验和虚拟实验室……………………………………………………………11.2国内外虚拟实验室的发展与现状…………………………………………………11.2.1国外虚拟实验室的发展与现状…………………………………………………11.2.2国内虚拟实验室的发展与现状…………………………………………………11.2.3国内外研究现状存在的问题……………………………………………………21.3电力电子虚拟实验室开发与研究的背景和意义…………………………………21.4本文主要研究内容…………………………………………………………………3第二章虚拟实验室的开发环境介绍………………………………………………52.1概述…………………………………………………………………………………52.2虚拟仪器技术………………………………………………………………………52.2.1虚拟仪器的定义…………………………………………………………………52.2.2虚拟仪器的硬件平台……………………………………………………………62.2.3虚拟仪器的应用软件……………………………………………………………72.3虚拟仪器的功能及特点……………………………………………………………72.3.1虚拟仪器的功能…………………………………………………………………72.3.2虚拟仪器的特点…………………………………………………………………82.4开发平台介绍………………………………………………………………………92.4.1LabVIEW简介…………………………………………………………………92.4.2LabVIEW应用程序的构成……………………………………………………102.4.3LabVIEW的操作模板…………………………………………………………112.4.4LabVIEW的主要特性…………………………………………………………13第三章虚拟实验室的系统结构……………………………………………………153.1硬件结构……………………………………………………………………………153.1.1网络虚拟实验室结构…………………………………………………………153.1.2本地实验室系统………………………………………………………………153.2软件结构……………………………………………………………………………163.2.1混合编程………………………………………………………………………163.2.2三层结构………………………………………………………………………203.3网络结构及网页发布………………………………………………………………213.3.1网络结构采用B/S结构………………………………………………………213.3.2网页发布………………………………………………………………………223.4系统管理与操作流程…………………………………………………………………23第四章电力电子虚拟实验室系统的设计与实现………………………………254.1虚拟实验室的实现方法……………………………………………………………254.2虚拟实验室各模块实现……………………………………………………………254.2.1用户界面模块的实现…………………………………………………………264.2.2仿真计算模块的实现…………………………………………………………284.2.3通信管理模块的实现…………………………………………………………294.2.4规则审查模块的实现…………………………………………………………294.2.5数据库管理模块………………………………………………………………294.3电力电子虚拟实验室的网络发布…………………………………………………304.4虚拟实验室应用实例………………………………………………………………304.4.1三相桥式可控整流电路的实验原理………………………………………314.4.2实验过程………………………………………………………………………31第五章总结………………………………………………………………………35参考文献……………………………………………………………………………………36致谢……………………………………………………………………………………371第一章绪论1.1虚拟实验和虚拟实验室虚拟实验(VirtualExperiment)，就是在虚拟环境中进行的实验。虚拟实验是相对真实实验(RealExperiment)来讲的，后者在实验中所采用的实验设备、实验对象、实验环境都是以实物形态出现的，而在虚拟实验中，这些实验设备和实验对象不是以实物形态存在的，而是以虚拟形态存在。虚拟实验的实验过程主要是对虚拟物的操作，可以由实验者部分或完全控制，实验的结果可以被存储、处理、再现，因此，虚拟实验可以不断重复进行。通过虚拟实验，可以使实验者在进行真实实验之前对整个实验进行熟悉，从而提高实验效率和减少不必要的实验设备损失。虚拟实验存在于虚拟实验室中，实验环境、实验对象和实验设备是由虚拟实验室提供的。虚拟实验室(VirtualLaboratory)是以计算机软硬件技术为支撑，使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境，通过开发一系列虚拟实验组件来模拟和再现真实实验环境、实验设备和实验过程，使实验者脱离实际实验条件的束缚，互动的感受实验信息，在更加方便和快捷的条件下，通过一个具有丰富的界面信息、友好的互动能力和强大的数据处理能力的实验环境进行实验。1.2国内外虚拟实验室的发展与现状1.2.1国外现状：美国卡耐基－梅隆大学的虚拟实验，将计算机控制的示波器、函数发生器等设备连接到网络，实现了学生远程的控制与操作。麻省理工学院同微软公司合作推出I-Lab项目，项目的内容是建设多学科的虚拟实验室，项目的目的是研究基于虚拟实验室的科学与工程学科的新型教育框架。新加坡国立大学允许用户通过I