控制工程网络虚拟实验室的设计与实现
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摘 要：结合实际项目的开发，最后可以得到了开放性的有关计算机硬件的虚拟实验室在软件结构技术，以及在设计发面的方法，这样就可以实现虚拟实验室的技术，面向对象的虚拟器件是最主要的方法去实现虚拟实验室。这样就使得它的建模方法以及高效的系统仿真算法有了很好的相互性、通用性、开放性；准确性。
关键词：虚拟实验室；开放性；虚拟器件；建模方法；高效系统
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.112
0 前言
在高等教学和许多远程教育甚至在科学普及中，实验是非常重要的教学内容的一部分，但是现在许多的教学实验是在实验室里完成的，这样的运作方式有着很多困难以及不足的地方，如：投资大、损耗大、周期长、维修困等因素。但是如果在虚拟实验室中，那么我们就可以利用计算机技术去完成教学中的实验，不仅是可以让实验者感觉到自己像是在真实的实验的环境中一样，这不仅会让学生很轻松的就学习到知识并且简单的达到了实验最初想要达到的目的，在这个过程中，实验者学会了更多的东西与平时实验相比，几乎是平时实验效果的几倍。伴随着科技快速的发展，网络技术也得到了全面的普及和猛速增长，我们需要快速的把这项有利于社会的技术快速的建立在虚拟实验室中，尤其是在远程教学模式中，快速建立起拥有各种功能设施和先进齐全以及拥有良好的设备的网络虚拟实验室，这已经成为了现代教育必须具备的教学设施。本次论文就从教学的需要为核心出发，解决虚拟实验室的系统设计与虚拟实验的建设实现方法，于是就提出了一种计算机的硬件的设计，主要是讲述调度算法在虚拟器件的仿真以及在建模技术和仿真方面的的应用
1 有关虚拟实验系统的概述
现在虚拟实验软件在课件中应用最广泛，它的优点是操作方便、研究费用低、不易损耗、灵活的表达方式 [1]。但这种软件也有他的弊端，就是它只能是单纯的演示实验，不能实现用户按照自己的要求去设计想要的实验。但是，有一种方法可以让用户按照自己的要求来构造自己满意的实验方案，并且还能在虚拟实验环境下进行设计、运行和检验实验结果，这种方法就是以网络环境的开放性虚拟实验系统为基础。因此，想要克服一般的基于课件的虚拟实验软件的缺陷，我们就必须研发出具有通用性和交互性性能很好的软件。目前，在硬件的驱动、计算机的电路设计以及有关信息信号的检测方面主要用的系统便是虚拟实验系统。
2 有关虚拟实验系统的设计框架
简单的举一例子来说，如果用户在计算机的组成原理的虚拟实验系统和数字逻辑下，那么用户将会有对电路进行编辑的权利，更有甚至，如果用户可以在交互层里面，那么他还能进行一些操作方法十分容易和方便的“所见所得”的功能。在交互层里面，用户还能能进行实验结果的处理，最后计算机再把各种形式的数据返还给用户。对虚拟器件库访问也将会是很简单的事，只要在虚拟实验仿真层上面，用户就可以通过分析电路拓扑结构，运用系统仿真调度器进行实验结果仿真的查询。虚拟器件是具有功能独立而且彼此有着关联的一类实物。用户在虚拟实验的条件下还能有一个最真实的虚拟实验环境，它需要通过多个虚拟器件的协作完成。
3 系统设计和实现
（1）有关对虚拟器件库的建模。虚拟器件库就是与客观的现实生活的相关器件进行直接的映射，其中虚拟器件哭模型的建立是最困难的对于虚拟实验室系统设计，因为一个模型的好与坏会直接影响到整个系统的性能以及仿真算法所需要的是时间。虚拟库模型的好与坏的判断：第一，拥有良好的封装性；在虚拟器件和外界之间，虽然有着简单与清晰的信息之间的交换，可虚拟器件对外界来说并不是完全可见的。第二，拥有完好的可延伸性；在虚拟库中的虚拟器件能动态添加的情况下，虚拟库能够简单的方便地进行信息的保护。第三，拥有正确的可重用性了；只要当我们在新的虚拟器件的时候，这时候以前有的成熟虚拟器件就可以帮助我们建立完好。
（2）有关于面向对象的虚拟器件的建模方法。面向对象的建模方式在虚拟器件是非常的实用，因为它拥有许多良好性质，比如说；1、可理解；2、可重用；3、可扩展等良好性质。如何去在面象对象的条件下建立一个虚拟器件？由于客观世界的器件是它的第一对象，所以在虚拟器件里，只要有的消息的传递就会产生一系列的系统活动，对于虚拟实验系统具有的功能的系统结构，他是通过虚拟器件的操作和一些信息间的互相作用进行完成的。通过静态数据和动态行为进行对象的封装，而且是属于某个范围类的，但是这样更具有特殊意义上的层次化的结构。它的本质是映射对象下的静态数据，并且有关虚拟器件的特殊行为主要是通过对象动态行为进行表达的。消息的相互协作也是对象间的一种方式。在面向对象中的继承和组合机制方面上，还能从以前的模型中生出许多从未有过的器件模型。因此，可重用性也是我们需要对虚拟器件进行完成的，比如说：我们可以通过建模的与非门的组成来代替在芯片上输入四与非门来运行。
（3）有关对系统仿真调度器的设计与实现。有关系统仿真调度器的设计，可以通过建立正确的虚拟器件库的去实现，根据电路有关的拓扑消息，电路上的仿真检查是通过用正确并且有成效的仿真调度算法教学实现的 [2]。器件模拟次序的方法是调度算法的实质。像这样的调度方式是有许多的优点，比如说：方便操作、易于构造，但是它也有一些缺点的，比如说，只能简单的处理一些零延迟或者是单位延迟模型的实例，因为在他的内部模型里是只有相当少的功能对于精确的时序和延时信息而且效率十分低。像这样的仿真模式已经不能满足目前对仿真模式的要求了。
4 结束语
对于当前来说，我们在远程教育中实验的进行与他的进展依然是一个很大的难题，在本文，我们提出了虚拟实验系统实现方案，当他在网络的计算机硬件条件下，我们可以看见有关虚拟实验系统的具体实现的方案是具有完美的开放性和交互性。并且该系统已经在生活得到很广的应用，很简单的就在互联网上得到快速的推广。
参考文献：
[1]冯惠军，冯允成.一个面向对象的仿真建模框架系统工程理论与实践[J].1999，19（05）：61-66
[2]夏晖，陈传波.VLAB中虚拟设备库建模方法的研究华中科技大学报，2002，30（12）：9-12.
作者简介：秦敏（1983-），女，河北保定人，研究生，讲师，研究方向：控制工程物联网方向。
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