电力拖动与控制虚拟实验室的研究与实现

时间:2022-05-15 04:52:05

电力拖动与控制虚拟实验室的研究与实现

摘 要:结合课程教学和实验改革的需要,利用MATLAB Web Server及Java等网络技术,研究开发了基于Internet的电力拖动与控制虚拟实验室,用户可以不受时空限制,远程登录该实验平台进行相关实验,既节省了时间,又提高了实验设备的利用效率,达到了资源共享的目的,构建了一种全新的开放式的实验教学模式。

关键词:电力拖动;虚拟实验室;MATLAB;直流电动机;调速

中图分类号:TP319 文献标识码:A 文章编号:1672-7800(2012)003-0094-02

作者简介:王雁飞(1963-),女,山西大同人,山西大同大学煤炭工程学院高级实验师,研究方向为电气自动化。

引言

《电机与拖动基础》是机电类专业极其重要的专业技术课,这门课程的实验、实训是专业教学活动中很重要的一个实践环节,对培养学生的实际动手能力、工程意识、创新思维都有重要作用,学生只有通过足量的实验,才能加深对该课程理论知识的理解和掌握,才能较好地达到教学效果。然而,目前学校存在着实训设备不足、型号落后、有些设备不可能让学生在反复的拆装中学习维修、电类课程实验环境及过程具有一定的危险性等问题。这些问题在一定程度上制约着实验教学的发展和人才质量的提高,改革传统的实验教学势在必行。笔者结合课程教学和实验改革的需要,研究开发了基于Internet的电力拖动与控制虚拟实验室,它利用MATLAB Web Server及Java等网络技术,构建数学模型,进行系统仿真,实现网上虚拟运行,并能动态调整参数实时显示实验结果,不仅为学生提供了自主实验、个性化学习的实验环境,也为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持。

1 MATLAB Web Server配置

1.1 MATLAB Web Server

MATLAB是美国MathWorks公司开发的用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。它具有高度工具化、平台性及优秀的数据可视化功能等独特优势,被广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB Web Server是MATLAB的一个组件,包括matlabserver.exe、matweb.exe和两个配置文件matlabserver.conf、matweb.conf。

MATLAB的Web应用主要由MATLAB Web服务器、Web服务和MATLAB的m文件三部分组成。MATLAB Web服务器是一个多线程可执行的TCP/IP应用程序matlabserver.exe,是MATLAB应用程序运行的服务器环境,负责管理Web应用与Matweb间的通信;Web服务是一个可执行程序matweb.exe,是MATLAB Web服务器的TCP/IP客户端,同时也是Web的CGI扩展,它将对Matweb的请求重定向到matlabserver.exe进行处理;Matweb.m是要调用的Matweb应用程序。

1.2 工作原理

浏览器客户通过TCP/IP协议请求Web服务器中的文档,请求首先传给MATLAB Web服务,而MATLAB Web服务筛选所有的请求,如果是MATLAB Web请求,则通过配置文件matweb.conf找到对应的MATLAB Web Server,将所有对MATLAB的请求重定向到matlabserver.exe进行处理,否则由标准Web服务器进行处理。

Matlabserver.exe读取matweb传过来的参数,调用MATLAB执行指定的脚本文件,并将产生的结果中的文字部分利用变量传递给matweb,图片部分则存储在Web服务器能够读取的目录内。

Matweb根据输出模板,将matlabserver传回的变量值填入到指定的范围内,由此构造出网页输出文件。Web服务器将matweb生成的页面文件和图形文件返回到客户端浏览器,并在浏览器上显示结果。

1.3 环境配置

笔者使用Windows XP+IIS 5.1,MATLAB的安装目录为:D:\\MATLAB7。

(1)系统配置文件。

Web Server的系统配置文件位于D:\\MATLAB7\\webserver\\matlabserver.conf,此文件初始值为-m 1,该参数表示允许同时运行的MATLAB进程数,默认值为1。根据仿真模块的需要及考虑服务器端内存,将其改为30。

(2)应用程序信息配置。

Web Server的配置文件位于D:\\MATLAB7\\toolbox\\webserver\\wsdemos\\matweb.conf,对matweb.conf进行修改,添加为MATLAB7仿真程序设置工作路径的程序段:

\[testweb\]

mlserver=服务器IP地址或域名

mldir=D:\\MATLAB7\toolbox\\webserver\\wsdemos

注意:每增加一个MATLAB Web应用,都需要在matweb.conf中增加一项上述配置。

2 仿真实现

2.1 实验项目

通过改变并励直流电动机电枢回路的串联电阻,使电动机转速下降。

实验设备型号:Z4-132-2。

2.2 输入HTML文件设计

输入文件除网页常规内容外,主要必须包含有请求MATLAB Web服务的HTML表单文档,其关键代码如下:

%action参数指定了处理这个表单的MATLAB Web服务程序路径。

< input type="hidden" name="mlmfile" value="mymatlabfile" > %设置一隐藏输入框mlmfile(参数名固定),其值为将在MATLAB Web服务程序中运行的m文件的文件名。

2.3 输出HTML文件设计

该HTML文件,包含页面布局、文字说明等信息,其中用到MATLAB程序输出变量的地方都用$var_ name$的形式表示。上述HTMLrep的第一项功能实际上就是将$var_name $形式的变量转换为实际数据。

如果结果中包含图片,则要事先写好标记,格式为< img src="$pic $">,而图片的文件名也作为输出变量保存在outstruct中。

2.4 MATLAB Web Server应用程序设计

M文件用于接收、处理输入文件输入的数据,并将计算结果输出给输出HTML文件。它是一个function函数,主要由网络功能部分程序段、主运算程序段和结果程序段三部分组成。

函数定义格式为:function retstr=函数名(instruct,outfile),instruct是一个struct类型的结构变量,包含该MATLAB程序传送来的参数和该程序的工作目录,所有域都是字符串形式的,也可用str2double函数转换为数值类型。

网络功能部分程序段主要完成初始化返回参数、设定工作目录和接收输入文件的输入参数等功能。

主运算程序段主要根据输入数据进行相应操作,产生结果,代码与直接用MATLAB软件进行仿真的实体部分基本相同。

结果程序段首先将计算结果写入到结构outstruct中,然后调用htmlrep函数将结果返回输出文件,格式为:retstr=htmlrep(outstruct,temlatefile),其中temlatefile为预先编制好的输出HTML文件。

2.5 实验结果输出

对于前面给出的直流电动机的调速实验,用户首先打开电力拖动与控制虚拟实验室主页,登录后进入实验室主界面,选择直流电动机的调速实验,就打开了所选具体实验界面,即可浏览有关实验内容并开始实验。主要界面如图1、图2、图3所示。

3 结束语

电力拖动与控制虚拟实验室的开发与实现,将使用户不受时空限制,远程登录该实验平台进行相关实验,共享仪器设备,共享数据和计算机资源,既节省了时间,又提高了实验设备的利用效率,满足了现代教学的需要,是培养学生实践创新、动手能力的有效途径。

参考文献:

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