[发明专利]基于闭环控制的网络实验系统及其实现方法

权利要求书

1.一种基于闭环控制的网络实验系统，其特征在于，包括：实体实验系统、控制模块、测量模块、现场计算机、视频监控系统、现场服务器和远程客户端，其中：实体实验系统通过控制模块和测量模块与现场计算机连接，测量模块用于测量实体实验系统的参数信号，控制模块接收来自现场计算机的控制信号并对实体实验系统进行闭环控制，现场计算机和视频监控系统分别与现场服务器通过有线或无线网络连接，将实体实验系统的控制信息和显示信息传输到现场服务器，并将实验室现场视频信息传输到现场服务器，远程客户端通过Internet与现场服务器连接，使得实验的操作与显示可以实时在现场计算机和远程客户端上实现；

所述的控制模块通过串口线与现场计算机连接，接收来自现场计算机的作为控制信号的开关输入量和模拟输入量，控制模块通过控制电路与实体实验系统连接，向实体实验系统发送开关输出量和模拟输出量以实现闭环控制；

所述的控制模块包括：微处理器单元、外围电路单元以及继电器单元，其中：微处理器单元与外围电路单元相连并传输控制信息，外围电路单元与继电器相连并传输驱动信息；

所述的测量模块通过测量探头与实体实验系统连接，用于测量实体实验系统的参数信号，再将参数信号传输显示在现场计算机上；

所述的测量模块包括：数据采集硬件单元、计算机LABview应用程序单元，其中：数据采集硬件单元采集实体实验系统的各种物理参数信号，通过总线传输到现场计算机上，经过计算机上的LABview应用程序处理，显示在现场计算机显示屏上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的实体实验系统包括：执行装置、数字调节器、实验显示屏、实验模块挂箱、实验台和实验桌，其中：数字调节器与控制模块相连并接收开关输出量和模拟输出量，数字调节器向执行装置发出控制电平，实验显示屏与实验模块挂箱并排安装在实验台上，实验台安装在实验桌上，执行装置用于完成实体实验。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的控制模块包括：针对不同的实验设备进行优化控制，实体实验系统的继电器吸合状态通过modbus协议实时向现场计算机发送继电器吸合完毕信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的视频监控系统，包括：网络摄像机、云台和支架，其中：网络摄像机与云台通过转动电机连接，网络摄像机与云台通过紧密螺丝与支架连接，支架通过膨胀螺丝固定在实验室墙壁上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的现场服务器作为各种信号中转中心，接收来自远程客户端的控制信号、来自视频监控系统的视频显示信号、来自现场计算机的测量信号和硬件连接反馈信号，并且现场服务器向远程客户端发送视频显示信号、测量信号和硬件连接反馈信号、向视频监控系统发送云台控制信号、向现场计算机发送控制信号和视频显示信号。

6.一种根据上述任一权利要求所述系统的网络实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)远程登录：实验者在远程客户端登录在现场服务器，通过控制模块在远端完成实验系统搭建和参数调节，对现场的实体实验系统直接操控，通过测量模块在远端完成信号测量和数据分析，在实际操作中结合实时视频场景，增强临场感；

2)系统搭建：以物联网模式和基于LABview开发平台，通过物联网对远程实体实验系统两点进行接线操控，包括两点连线、连线删除和系统保护；

3)参数调节：对模拟量和数字量的调节；

4)信号测量：对于数值测量采用常规数值仪表直接显示；对于波形测量采用虚拟示波器方法采集电信号；

5)数据分析：根据实验结果数据，自行手工分析或通过系统中的软件进来完成；

6)临场监控：采用光学变焦高清网络摄像机，提供经过高倍压缩的高清实时的现场图像，再经网络系统传送到远端，远程客户端上开辟专门显示窗口，采用画中画模式，观察到远端操作实体实验系统的全过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的远程登录是指：以web方式，基于浏览器的B/S操作界面，支持对有线网络、无线网络包括GPRS、3G、4G、WIFI的设备远程操控和多人互动，如：在实验的过程中可以与其他实验者进行讨论。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征是，步骤3中，对模拟量进行调节是指：通过网络操控驱动控制模块发出开关信号，驱动实体实验系统对被控对象实施连续调节，获得实验系统所需的物理量；通过网络远程驱动控制模块发出模拟电信号对电力电子部件实施调节连续，获得实体实验系统所需的物理量；对数字量进行调节是指：通过数据通讯方式对实体实验系统中的数字调节器进行参数设定或调节。