1. 研究目的与意义（文献综述）

目前，系统模型液位控制广泛存在于工业控制领域，单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。传统pid控制已经很成熟，液位的pid控制实验也是许多高校开设的基础实验之一。然而传统的实验室受到时间、地点和实验设备以及实验内容的限制，越来越不能满足实践教学的需求。学生普遍反应实验效果不好，经常是多人观摩，一人操作。网络虚拟实验室的出现，能够很好的解决这个难题。实验者使用一台电脑，通过校园网或者互联网连接到网络虚拟实验室，就可以进行虚拟仿真实验，观看仿真过程，得到仿真结果，并且提交实验报告等。网络虚拟实验室为全面提高实践教学质量提供了可靠的保障。目前，国内外的计算机过程控制虚拟实验室方案分为软件 和硬件两种[1]。硬件方案包括了控制对象和上位机pc，在客户 端通过internet，利用tcp／ip协议，与远程web服务器通信。这种方案可以采用c／s和b／s模式，优点是可以充分利用现有的控制设备和资源。软件方案则将复杂的科学计算和系统仿真放置在服务器端，不需要连接现有的控制设备，实现完全的模拟实验环境。

虚拟实验室最早在1989年由美国university of vi呼nia的wiuiam wulf教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。迄今也不过20多年的历史，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，已经取得了很大的进展。目前，虚拟实验室在发达国家已十分普及。作为首先提出虚拟实验室概念，并具有雄厚的科研实力和强大财力的美国，从 一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发，在该领域的研究和应用已处于领先地位，在大学的普及程度也相当广泛，其中麻省理工学院webleb虚拟实验室于1998年开发并投入使用。德克萨斯州立大学、查塔努加田纳西州大学开发了基于b／s模式的虚拟实验室系统。并且查塔努加田纳西州大学以labview软件实现复杂控制算法、web服务。而德克萨斯州立大学采用 matlab软件开发了可供选择的自定义控制器的act和根据实验数据提供3d模型显示。德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室。波鸿鲁尔大学的电子工程与信息科学系实验室利用java applet和matlab等实现了仿真和计算；西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台；意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室；新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验。

在国内，虚拟实验室的建设也得到了应有的重视，目前，已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中科技大学机械学院工程测试实验室和电子系分别建立了虚拟实验室并面向学生。上海交通大学自动化研究所研制的生物发酵装置 采用labwindows／cvl实现上位机软件，可以进行各种c／s、 b／s模式的远程控制实验。另外，还有利用com组件技术和 activex技术构建具有客户端、web服务器、服务器三层结构。

2. 研究的基本内容与方案

在液位过程控制实验中，控制进水量的方式有两种。第一种：通过改变电机转速控制管道中水流量。第二种：电机转速不变，通过改变与其相连的阀的开合度，从而控制进水量。本实验中，系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。当测量变送信号与设定值相比较产生偏差信号时，系统就会按一定的运算规律产生输出信号，并将该输出信号送到控制部分，从而控制进水量的大小。由反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感器检测后的信号作为反馈信号。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下无静差，系统的调节器应为pi或pid。本实验系统的结构图如下所示：

虚拟实验室的大致工作流程一般由以下几个方面组成。首先，学生可以在手机或pc端进行登录。而后，先播放实验的演示环节。之后学生就可以根据自己的学习情况利用虚拟实验室中的虚拟设备进行虚拟实验操作，并记录实验中的现象和各项数据。当学生在实验过程中有不理解或忘掉的细节，都可以重新观看演示画面，如此反复。 如此，便可大大提升学生的实验经验。

3. 研究计划与安排

① 第1-2周（2019-02-18~2019-03-05）：查阅相关文献资料，整理有关减速器实验装置的资料，了解国内外对类似产品的研究现状及生产状况，确定实验装置的设计方案，完成开题报告。

② 第3周（2019-3-06~2019-03-13）：完成外文文献翻译。

③ 第4周（2019-3-13~2019-3-20）：完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]p.c. wankat和f. s. oreovicz，工程教学.纽约:麦格劳-希尔,1993年.

[2]j.亨利，“通过万维网进行实验室实验”，在美国国立大学发表.阿米尔.soc.工程教育博览会，华盛顿特区，1996年.

[3]d.“弹性与远程学习的实践实验”，国立台湾师范大学资讯工程学研究所硕士论文.建造，第90卷，第187-191页，2001年4月.