LabVIEW虚拟实验室系统设计开题报告

全文总字数：2129字

1. 研究目的与意义

实验是一个不可缺少的教学过程，特别是对于机械专业的学生，通过实验教学环节来学好这些课程更是尤为重要。虚拟实验室系统可以解决此问题，用虚拟实验室开发平台开发各种虚拟仪器，不但成本低廉、简单易行，且交互性、可操作性和真实感与传统实验室基本相同。使用虚拟实验室来代替传统的现场实验，具有很大的必要性、可行性和优越性，因此在我国普通高校和远程高等教育的实验教学中，采用基于虚拟实验室系统的虚拟实验是易于构建、可以推广的模式，对现代的高等教育有十分重要意义。

2. 国内外研究现状分析

在国内，虚拟实验室的建设也得到了应有的重视。由于虚拟实验技术的特点，它的实际应用在理工教学中大有作为，尤其在电工电子、医学、建筑、生化等学科有重要作用。据了解，目前国内的多数高校都根据自身教学需求建立了虚拟实验室，典型的有： (1)中国科技大学在虚拟实验室的建设和使用方面形成的如物理仿真实验软件、广播电视大学物理虚拟实 验、几何光学设计实验平台、大学物理虚拟实验远程教学系统；(2)浙江大学的虚拟化学实验,是基于web的虚拟实验,以VRML为基础构筑虚拟实验环境,并利 用Java技术来实现虚拟实验场景的人机交互；(3)同济大学建筑学院建成的可以对建筑景观、结构进行仿真的虚拟现实实验室；(4)西南交通大学开发的TDS-JD机车驾驶模拟装置等；(5)清华大学的电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室和利用虚拟仪器构建的汽车发动机检测系统；(6)中国农大的虚拟土壤作物系统实验室,通过应用GPS、GIS作物3D数字化技术和其他信息采集技术,实现对农田土壤水分、养分、盐分等与作物生长的相互作用关系的定量化研究,建立虚拟土壤作物系统,通过计算机上的虚拟实验,部分地替代在现实世界中难以进行的或昂贵的试验。

而同样，在国外虚拟实验室在发达国家已十分普及。麻省理工学院的WebLab远程实验室于1998年开发并投入使用。 它提供了用于进行微电子学和电路设计课程的实验教学，它允许学生在自己的电脑上设计并修改电路模型，然后通过一个用Java激活的Web浏览器使用在远程实验室里的昂贵的测试设备来获取测试数据，验证自己的设计，最近还实现了通过手机远程控制实验的功能。美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站包含了天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。美国Michigan大学化学工程系创建的VRCEL实验室，主要用来探索和开发虚拟现实技术在化学工程领域的应用。美国霍华德休斯医学研究会建立的虚拟实验室是完全交互式的生物医学的实验室模拟。德国Ruhr大学网络虚拟实验室是一个有关控制工程的学习系统,它通过直观的三维实验场景视觉效果, 依赖各虚拟实验设备的仿真特性,实现对虚拟实验的交互式操作。西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台。意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室。

3. 研究的基本内容与计划

采用labview程序，进行虚拟实验室系统的总体方案设计和部分框架程序的编写，给出常见的各阶系统对典型信号的响应分析。需要研究的内容有：

1、labview的基本概念和程序设计步骤；

2、信号与系统基础知识；

4. 研究创新点

本论文特色与创新如下：

其次，本文打算对虚拟实验室的意义与研究现状作了介绍，提出并确定了基于labview的虚拟实验室系统设计的实施方案。应用ni公司的labview 2014、控制设计工具包作为软件开发工具，实现了虚拟实验室的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。经过编写程序和发布应用程序，最终开发出了一种交互式实验教学系统。该系统包含信号发生器、典型环节、质量－弹簧－阻尼系统三个子模块，用户可进行控制系统建模、性能分析、pid设计等方面的研究。各个子模块运行良好，整个系统具有操作简单、界面友好和实时交互的特点；对于教学和实验的改革和创新具有一定的指导意义。

本文中将会详细介绍了该实验教学系统的设计思路与设计过程。主体