控制工程網絡虛擬實驗室設計實踐

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了控制工程網絡虛擬實驗室設計實踐范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：結合實際項目的開發，最后可以得到了開放性的有關計算機硬件的虛擬實驗室在軟件結構技術，以及在設計發面的方法，這樣就可以實現虛擬實驗室的技術，面向對象的虛擬器件是最主要的方法去實現虛擬實驗室。這樣就使得它的建模方法以及高效的系統仿真算法有了很好的相互性、通用性、開放性；準確性。

關鍵詞：虛擬實驗室；開放性；虛擬器件；建模方法；高效系統

0前言

在高等教學和許多遠程教育甚至在科學普及中，實驗是非常重要的教學內容的一部分，但是現在許多的教學實驗是在實驗室里完成的，這樣的運作方式有著很多困難以及不足的地方，如：投資大、損耗大、周期長、維修困等因素。但是如果在虛擬實驗室中，那么我們就可以利用計算機技術去完成教學中的實驗，不僅是可以讓實驗者感覺到自己像是在真實的實驗的環境中一樣，這不僅會讓學生很輕松的就學習到知識并且簡單的達到了實驗最初想要達到的目的，在這個過程中，實驗者學會了更多的東西與平時實驗相比，幾乎是平時實驗效果的幾倍。伴隨著科技快速的發展，網絡技術也得到了全面的普及和猛速增長，我們需要快速的把這項有利于社會的技術快速的建立在虛擬實驗室中，尤其是在遠程教學模式中，快速建立起擁有各種功能設施和先進齊全以及擁有良好的設備的網絡虛擬實驗室，這已經成為了現代教育必須具備的教學設施。本次論文就從教學的需要為核心出發，解決虛擬實驗室的系統設計與虛擬實驗的建設實現方法，于是就提出了一種計算機的硬件的設計，主要是講述調度算法在虛擬器件的仿真以及在建模技術和仿真方面的的應用。

1有關虛擬實驗系統的概述

現在虛擬實驗軟件在課件中應用最廣泛，它的優點是操作方便、研究費用低、不易損耗、靈活的表達方式[1]。但這種軟件也有他的弊端，就是它只能是單純的演示實驗，不能實現用戶按照自己的要求去設計想要的實驗。但是，有一種方法可以讓用戶按照自己的要求來構造自己滿意的實驗方案，并且還能在虛擬實驗環境下進行設計、運行和檢驗實驗結果，這種方法就是以網絡環境的開放性虛擬實驗系統為基礎。因此，想要克服一般的基于課件的虛擬實驗軟件的缺陷，我們就必須研發出具有通用性和交互性性能很好的軟件。目前，在硬件的驅動、計算機的電路設計以及有關信息信號的檢測方面主要用的系統便是虛擬實驗系統。

2有關虛擬實驗系統的設計框架

簡單的舉一例子來說，如果用戶在計算機的組成原理的虛擬實驗系統和數字邏輯下，那么用戶將會有對電路進行編輯的權利，更有甚至，如果用戶可以在交互層里面，那么他還能進行一些操作方法十分容易和方便的“所見所得”的功能。在交互層里面，用戶還能能進行實驗結果的處理，最后計算機再把各種形式的數據返還給用戶。對虛擬器件庫訪問也將會是很簡單的事，只要在虛擬實驗仿真層上面，用戶就可以通過分析電路拓撲結構，運用系統仿真調度器進行實驗結果仿真的查詢。虛擬器件是具有功能獨立而且彼此有著關聯的一類實物。用戶在虛擬實驗的條件下還能有一個最真實的虛擬實驗環境，它需要通過多個虛擬器件的協作完成。

3系統設計和實現

（1）有關對虛擬器件庫的建模。虛擬器件庫就是與客觀的現實生活的相關器件進行直接的映射，其中虛擬器件哭模型的建立是最困難的對于虛擬實驗室系統設計，因為一個模型的好與壞會直接影響到整個系統的性能以及仿真算法所需要的是時間。虛擬庫模型的好與壞的判斷：第一，擁有良好的封裝性；在虛擬器件和外界之間，雖然有著簡單與清晰的信息之間的交換，可虛擬器件對外界來說并不是完全可見的。第二，擁有完好的可延伸性；在虛擬庫中的虛擬器件能動態添加的情況下，虛擬庫能夠簡單的方便地進行信息的保護。第三，擁有正確的可重用性了；只要當我們在新的虛擬器件的時候，這時候以前有的成熟虛擬器件就可以幫助我們建立完好。

（2）有關于面向對象的虛擬器件的建模方法。面向對象的建模方式在虛擬器件是非常的實用，因為它擁有許多良好性質，比如說；1、可理解；2、可重用；3、可擴展等良好性質。如何去在面象對象的條件下建立一個虛擬器件？由于客觀世界的器件是它的第一對象，所以在虛擬器件里，只要有的消息的傳遞就會產生一系列的系統活動，對于虛擬實驗系統具有的功能的系統結構，他是通過虛擬器件的操作和一些信息間的互相作用進行完成的。通過靜態數據和動態行為進行對象的封裝，而且是屬于某個范圍類的，但是這樣更具有特殊意義上的層次化的結構。它的本質是映射對象下的靜態數據，并且有關虛擬器件的特殊行為主要是通過對象動態行為進行表達的。消息的相互協作也是對象間的一種方式。在面向對象中的繼承和組合機制方面上，還能從以前的模型中生出許多從未有過的器件模型。因此，可重用性也是我們需要對虛擬器件進行完成的，比如說：我們可以通過建模的與非門的組成來代替在芯片上輸入四與非門來運行。

（3）有關對系統仿真調度器的設計與實現。有關系統仿真調度器的設計，可以通過建立正確的虛擬器件庫的去實現，根據電路有關的拓撲消息，電路上的仿真檢查是通過用正確并且有成效的仿真調度算法教學實現的[2]。器件模擬次序的方法是調度算法的實質。像這樣的調度方式是有許多的優點，比如說：方便操作、易于構造，但是它也有一些缺點的，比如說，只能簡單的處理一些零延遲或者是單位延遲模型的實例，因為在他的內部模型里是只有相當少的功能對于精確的時序和延時信息而且效率十分低。像這樣的仿真模式已經不能滿足目前對仿真模式的要求了。

4結束語

對于當前來說，我們在遠程教育中實驗的進行與他的進展依然是一個很大的難題，在本文，我們提出了虛擬實驗系統實現方案，當他在網絡的計算機硬件條件下，我們可以看見有關虛擬實驗系統的具體實現的方案是具有完美的開放性和交互性。并且該系統已經在生活得到很廣的應用，很簡單的就在互聯網上得到快速的推廣。

參考文獻：

[1]馮惠軍,馮允成.一個面向對象的仿真建模框架系統工程理論與實踐[J].1999,19(05):61-66

[2]夏暉,陳傳波.VLAB中虛擬設備庫建模方法的研究華中科技大學報,2002,30(12):9-12.

作者：秦敏 趙飛 劉寧 單位：河北軟件職業技術學院