工程教育研究互动可视化在线实验系统
Summary
这项工作描述了一个在线实验系统，该系统提供可视化实验，包括理论，概念和公式的可视化，使用三维（3-D）虚拟测试台可视化实验过程，以及使用图表和相机等小部件可视化控制和监控系统。
Abstract
实验在工程教育中至关重要。这项工作探索了在线实验室中的可视化实验，用于教学和学习以及研究。讨论了交互式和可视化功能，包括理论指导的算法实现，基于Web的算法设计，可定制的监控界面和三维（3-D）虚拟测试台。为了说明所提出实验室的特点和功能，提供了三个示例，包括使用带有电气元件的基于电路的系统进行一阶系统探索，基于Web的虚拟和远程实验控制算法设计。使用用户设计的控制算法，不仅可以进行仿真，而且一旦将设计的控制算法编译成可执行的控制算法，还可以进行实时实验。拟议的在线实验室还提供了一个可定制的监控界面，用户可以使用提供的小部件（如文本框，图表，3D和相机小部件）自定义其用户界面。教师可以使用该系统在课堂上进行在线演示，学生可以在课后进行实验，研究人员可以使用该系统来验证控制策略。
Introduction
实验室是研究和教育的重要基础设施。当传统实验室由于不同的原因而无法使用和/或访问时，例如，无法负担的购买和维护成本，安全考虑以及2019年新型冠状病毒肺炎（COVID-19）大流行等危机，在线实验室可以提供替代方案1，2，3。与传统实验室一样，在线实验室也取得了互动功能4 和可定制实验5 等重大进展。在 COVID-19 大流行之前和期间，在线实验室正在为世界各地的用户提供实验性服务6，7。
在在线实验室中，远程实验室可以在物理测试台和相机的支持下为用户提供类似于动手实验的体验8。随着互联网、通信、计算机图形学和渲染技术的进步，虚拟实验室也为传统实验室提供了替代方案1。远程和虚拟实验室支持研究和教育的有效性已在相关文献中得到验证1，9，10。
提供可视化实验对于在线实验室至关重要，在线实验中的可视化已成为一种趋势。在线实验室中可实现不同的可视化技术，例如曲线图、二维（2-D）试验台和三维（3-D）试验台11。在控制教育中，许多理论，概念和公式难以理解;因此，可视化实验对于加强教学，学生学习和研究至关重要。所涉及的可视化可以分为以下三类：（1）可视化理论，概念和公式与基于Web的算法设计和实现，可以进行模拟和实验;（2）用3D虚拟试验台可视化实验过程;（3）使用图表和相机小部件等小部件可视化控制和监视。
Protocol
Representative Results
Discussion
所提出的协议描述了一个混合在线实验室系统，该系统集成了用于远程实验的物理测试台和用于虚拟实验的3D虚拟测试台。为算法设计过程提供了几个不同的模块库，例如用于基于电路的设计的电气元件。来自控件背景的用户可以专注于学习，而无需编程技能。应考虑正确设计可应用于合适测试台的控制算法。在将控制器应用于受控试验台之前，设计控制器以保证良好的控制性能（考虑控制性能?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了国家自然科学基金62103308、62173255、62073247和61773144资助。
Materials
| Fan speed control system | / | / | Made by our team |
| https://www.powersim.whu.edu.cn/react | Made by our team |
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