[發明專利]基于閉環控制的網絡實驗系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201410242218.8
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN103985277A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 田作華;楊明;楊根科;周越;王冰;王紅雨;趙國旗;王宏武;錢華新;郭棟;施紅梅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G09B5/06
• 分類號: G09B5/06;H04N7/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于閉環控制的網絡實驗系統，其特征在于，包括：實體實驗系統、控制模塊、測量模塊、現場計算機、視頻監控系統、現場服務器和遠程客戶端，其中：實體實驗系統通過控制模塊和測量模塊與現場計算機連接，測量模塊用于測量實體實驗系統的參數信號，控制模塊接收來自現場計算機的控制信號并對實體實驗系統進行閉環控制，現場計算機和視頻監控系統分別與現場服務器通過有線或無線網絡連接，將實體實驗系統的控制信息和顯示信息傳輸到現場服務器，并將實驗室現場視頻信息傳輸到現場服務器，遠程客戶端通過Internet與現場服務器連接，使得實驗的操作與顯示可以實時在現場計算機和遠程客戶端上實現；

所述的控制模塊通過串口線與現場計算機連接，接收來自現場計算機的作為控制信號的開關輸入量和模擬輸入量，控制模塊通過控制電路與實體實驗系統連接，向實體實驗系統發送開關輸出量和模擬輸出量以實現閉環控制；

所述的控制模塊包括：微處理器單元、外圍電路單元以及繼電器單元，其中：微處理器單元與外圍電路單元相連并傳輸控制信息，外圍電路單元與繼電器相連并傳輸驅動信息；

所述的測量模塊通過測量探頭與實體實驗系統連接，用于測量實體實驗系統的參數信號，再將參數信號傳輸顯示在現場計算機上；

所述的測量模塊包括：數據采集硬件單元、計算機LABview應用程序單元，其中：數據采集硬件單元采集實體實驗系統的各種物理參數信號，通過總線傳輸到現場計算機上，經過計算機上的LABview應用程序處理，顯示在現場計算機顯示屏上。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的實體實驗系統包括：執行裝置、數字調節器、實驗顯示屏、實驗模塊掛箱、實驗臺和實驗桌，其中：數字調節器與控制模塊相連并接收開關輸出量和模擬輸出量，數字調節器向執行裝置發出控制電平，實驗顯示屏與實驗模塊掛箱并排安裝在實驗臺上，實驗臺安裝在實驗桌上，執行裝置用于完成實體實驗。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的控制模塊包括：針對不同的實驗設備進行優化控制，實體實驗系統的繼電器吸合狀態通過modbus協議實時向現場計算機發送繼電器吸合完畢信號。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的視頻監控系統，包括：網絡攝像機、云臺和支架，其中：網絡攝像機與云臺通過轉動電機連接，網絡攝像機與云臺通過緊密螺絲與支架連接，支架通過膨脹螺絲固定在實驗室墻壁上。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的現場服務器作為各種信號中轉中心，接收來自遠程客戶端的控制信號、來自視頻監控系統的視頻顯示信號、來自現場計算機的測量信號和硬件連接反饋信號，并且現場服務器向遠程客戶端發送視頻顯示信號、測量信號和硬件連接反饋信號、向視頻監控系統發送云臺控制信號、向現場計算機發送控制信號和視頻顯示信號。

6.一種根據上述任一權利要求所述系統的網絡實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)遠程登錄：實驗者在遠程客戶端登錄在現場服務器，通過控制模塊在遠端完成實驗系統搭建和參數調節，對現場的實體實驗系統直接操控，通過測量模塊在遠端完成信號測量和數據分析，在實際操作中結合實時視頻場景，增強臨場感；

2)系統搭建：以物聯網模式和基于LABview開發平臺，通過物聯網對遠程實體實驗系統兩點進行接線操控，包括兩點連線、連線刪除和系統保護；

3)參數調節：對模擬量和數字量的調節；

4)信號測量：對于數值測量采用常規數值儀表直接顯示；對于波形測量采用虛擬示波器方法采集電信號；

5)數據分析：根據實驗結果數據，自行手工分析或通過系統中的軟件進來完成；

6)臨場監控：采用光學變焦高清網絡攝像機，提供經過高倍壓縮的高清實時的現場圖像，再經網絡系統傳送到遠端，遠程客戶端上開辟專門顯示窗口，采用畫中畫模式，觀察到遠端操作實體實驗系統的全過程。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征是，所述的遠程登錄是指：以web方式，基于瀏覽器的B/S操作界面，支持對有線網絡、無線網絡包括GPRS、3G、4G、WIFI的設備遠程操控和多人互動，如：在實驗的過程中可以與其他實驗者進行討論。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征是，步驟3中，對模擬量進行調節是指：通過網絡操控驅動控制模塊發出開關信號，驅動實體實驗系統對被控對象實施連續調節，獲得實驗系統所需的物理量；通過網絡遠程驅動控制模塊發出模擬電信號對電力電子部件實施調節連續，獲得實體實驗系統所需的物理量；對數字量進行調節是指：通過數據通訊方式對實體實驗系統中的數字調節器進行參數設定或調節。