攝譜儀器和其在試驗研討時的運行
虛擬實驗系統(tǒng)應用實例虛擬液位控制系統(tǒng)虛擬儀器是指一個以計算機為核心部件、以虛擬控制面板為標志的測量或試驗裝置。而一個虛擬實驗系統(tǒng)一般是指由一個或多個虛擬儀器組成的虛擬實驗裝置。該系統(tǒng)可以按照是否具有專門硬件而劃分為混合型虛擬實驗系統(tǒng)和純虛擬實驗系統(tǒng)兩種。對于純虛擬系統(tǒng)不要其它額外的硬件支持,例如,各種內插或外置的數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡、通信接口板卡等。所示是一個由虛擬工業(yè)對象、虛擬變送器和虛擬調節(jié)器三部分組成的虛擬液位控制系統(tǒng)。 考慮到DDZ-ó型儀表仍是當前服役的主型儀表以及多年的使用習慣和該型儀表所具有的使用靈活、組合方便、適用性強等優(yōu)點,所以,該虛擬控制系統(tǒng)的設計仍然按照傳統(tǒng)的功能劃分原則分別設計成虛擬PID調節(jié)器和虛擬變送器。各單元虛擬儀表的輸入、輸出信號仍采用420mA的虛擬電流值。各單元虛擬儀表(應用程序)之間和與虛擬工業(yè)對象之間的通信用動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)方式實現(xiàn)。所示是該虛擬自動控制系統(tǒng)中兩個虛擬儀表在運行中的情況。由調節(jié)器上趨勢圖中的被控參數(shù)變化曲線可知,系統(tǒng)正在為克服30秒鐘以前發(fā)生的一個較大擾動而進行調節(jié)。其它實驗內容及控制效果方面的足量信息可以從兩個儀器的虛擬面板上獲得。虛擬儀器的設計原理另述。
運行中的虛擬變送器和調節(jié)器如果是一個實際的液位、溫度或其它控制對象,則配上相應的檢測儀表和數(shù)據(jù)采集卡就可以組成一個所謂復合式虛擬控制系統(tǒng),運行前只要在虛擬變送器的數(shù)據(jù)傳輸選項卡中將輸入數(shù)據(jù)的傳輸方式設置為串行口數(shù)據(jù)輸入,該系統(tǒng)就可以應用于一個具有實際物理對象的教學或生產(chǎn)現(xiàn)場。
虛擬實驗方法的優(yōu)勢及問題虛擬實驗方法就是采用虛擬儀器技術進行實驗教學的方法。在上述實例中采用的就是虛擬實驗方法,該虛擬控制系統(tǒng)能夠在4個小時內完成傳統(tǒng)實驗約8學時的內容。這些內容都是生產(chǎn)過程自動化或有關專業(yè)的重要實驗內容,但由于一個實際的控制系統(tǒng)較為龐大,許多院校不具備或不具備完整的實驗條件,由于人力、實驗設備的套數(shù)和時間的限制也不可能使每個學生都能獨立地完成若干次控制過程的實施,以便充分體會和掌握不同的對象特性和不同PID參數(shù)組合情況下對控制質量的影響。在省時、有效和解決實驗設備短缺這三個方面,本文列舉的虛擬控制系統(tǒng)都有很好的體現(xiàn)。
在不具備上述條件時,可利用現(xiàn)有的計算機機房進行純虛擬實驗,一般情況下,機房也是一個網(wǎng)絡環(huán)境,因此,教師可以方便地利用這個條件進行講解的指導,組織實驗的進行。這種方法具有實驗效率高、容納實驗人員多的特點。
在未來的幾年內,虛擬測試方法將在更多課程的實驗教學中得到不同程度的應用。而應用的逐漸成熟也會對原來的學時安排、實驗內容、實驗學時比、教學方法等產(chǎn)生影響。當然,虛擬測試方法本身也會不斷地得到發(fā)展和完善。