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《系统建模与仿真》在线实验平台研究与开发

余敖  
【摘要】:由于受到实验教学条件的限制,使得理工类专业的传统实验不能满足教学的发展。而在线实验平台随着计算机技术的高速发展而发展,无时间地点限制,丰富友好的图形操作界面等优势特点使得在线实验平台将是实验教学改革的新趋势,是对传统实验教学的有力补充。本文从介绍在线实验平台的特点,作用入手,阐述了在线实验平台研究的重要意义。在对我国高校在线实验室建设和应用进行调研的基础上,并且以《系统建模与仿真》这门课程实验为基础,又加入有特色的、着重研究的系统模型案例,构建了一个基于《系统建模与仿真》课程的在线实验平台。本文通过对《系统建模与仿真》课程的实验案例建立系统模型,在此基础上开发了一个在线实验平台。建立迟滞ELM模型和迟滞BP模型、建立超市制冷系统模型以及开发出在线实验平台属于本文的创新点。首先,简要介绍了远程教学的发展应用情况,随后着重阐述了在线实验及在线实验平台的产生及国内外的发展状况,提出构建网络在线实验平台的构想,用编程模拟实验的全过程。并针对目前实验平台的具体情况,提出了本课题研究的必要性及意义。其次,通过实验建模法建立了迟滞ELM模型和迟滞BP模型,在原有的ELM模型和BP模型中引入迟滞特性,建立相关的迟滞模型。迟滞参数通过梯度下降法来进行整定,并且将这两个迟滞模型在短期风速预测上。通过对比实验结果,改进型的迟滞ELM模型和迟滞BP模型提高了风速预测的精确度,同时迟滞ELM模型的预测精度又要比迟滞BP模型要高。再次,通过机理建模法建立弹簧质量阻尼系统、倒立摆系统、水箱液位系统、超市制冷系统的模型,进行模型验证和仿真,并且对于每种模型设计了PID控制器,来达到良好的控制效果。超市制冷系统模型是机理建模的重点案例,建立好的超市制冷系统模型分别包括陈列柜模型、吸气管模型、压缩机模型,并且也建立了超市制冷系统性能评价指标的数学表达式。最后,在建立好的实验案例系统模型的基础上开发《系统建模与仿真》在线实验平台,在该平台上进行迟滞ELM模型、迟滞BP模型、弹簧质量阻尼系统模型、倒立摆系统模型、水箱液位系统模型、超市制冷系统型进行相关操作。同时,还支持在线视频的播放等辅助性功功能。


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