1、毕业设计基于 LabVIEW 的虚拟实验室的研究姓 名： 学 号： 班 级： 专 业： 所在系： 指导老师： 基于 LabVIEW的电力电子技术虚拟实验室的设计与实现摘 要实验在普通高等教育中占有非常重要的地位，是对学生进行素质教育的一个重要环节。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、以及虚拟仪器技术的发展，虚拟实验室应运而生。访问者只需拥有一台可连接到 Internet 的电脑就可以不受时间地域的限制完成实验，同时虚拟实验可减少实验设备的开销，节省人力物力。虚拟实验作为传统实验的一个必要的有益补充，既能节约大量的教育经费，也使实验在时间和空间上得到有效的延伸。它在教育、科研等领域中具有广阔的
2、应用前景，是实验教学的一个新的发展方向，是当前研究的热点课题之一。因此，虚拟实验室的构建具有重要的现实意义。 论文分别从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室” 。本文着重于适应教学需求这一角度，利用 LabVIEW 和 MATLAB 软件从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室” 。并以三相桥式可控整流电路实验为例，通过实验增加了学生做实验
3、的兴趣，同时也提高了教学质量。关键词: 虚拟实验室；LabVIEW；电力电子 Power electronic technology based on LabVIEW design and implementation of Virtual LaboratoryAbstractExperiment teaching has been playing an increasingly important role in highe ducation. Its a key measure to improve the students ability. Virtual Laboratory appe
4、ars with the development of computer technique, Network technology, multimedia technology and Virtual Instrument technique. Visitors need only have a connection to the Internet computer can not subject to geographical limitations of time to finish the experiment, at the same time, the virtual experi
5、ment experimental equipment can reduce costs, save manpower and material resources. As an essential and beneficial supplement to the traditional experiment, virtual experiments not only save a lot of education funds, but also extend theexperiments in time and space effectively. It has the vast appli
6、ed foreground in theeducation and research realm. Virtual Laboratory is a new development directionof the experiment teaching as well as an active research topic recently. Therefore, the development of the virtual laboratory of network is very necessary.This thesis discusses on the construction of v
7、irtual laboratory from theoretical research, technological route and application development. It has, emphatically, discussed relevant theories, modeling methods and key technologies of virtual laboratory, According to theory framework, modeling methods and technological scheme mentioned above, an i
8、ntelligent “the Virtual Laboratory for Power Electric Experiment“，is constructed.This paper focuses on the teaching demand of this point of view, the use of LabVIEW and MATLAB software from the basic theory, technology and application development three aspects of the construction of a virtual labora
9、tory to do a more comprehensive study, focuses on the study of Virtual Laboratory of the theoretical framework, modeling methods and key technologies, and on the basis of constructing the“ power electronic virtual laboratory“. And to the three-phase bridge controlled rectifier circuit experiment as
10、an example, through the experimental increase students interest, and also improve the quality of teaching.Key words: Virtual Laboratory；LabVIEW ；Power Electric目 录第一章 绪 论11.1 虚拟实验和虚拟实验室11.2 国内外虚拟实验室的发展与现状11.2.1 国外虚拟实验室的发展与现状11.2.2 国内虚拟实验室的发展与现状11.2.3 国内外研究现状存在的问题21.3 电力电子虚拟实验室开发与研究的背景和意义21.4 本文主要研究内容
11、3第二章 虚拟实验室的开发环境介绍52.1 概述52.2 虚拟仪器技术52.2.1 虚拟仪器的定义52.2.2 虚拟仪器的硬件平台62.2.3 虚拟仪器的应用软件72.3 虚拟仪器的功能及特点72.3.1 虚拟仪器的功能72.3.2 虚拟仪器的特点82.4 开发平台介绍92.4.1LabVIEW 简介92.4.2LabVIEW 应用程序的构成102.4.3LabVIEW 的操作模板112.4.4LabVIEW 的主要特性13第三章 虚拟实验室的系统结构153.1 硬件结构153.1.1 网络虚拟实验室结构153.1.2 本地实验室系统153.2 软件结构163.2.1 混合编程163.2.2
12、三层结构203.3 网络结构及网页发布213.3.1 网络结构采用 B/S 结构213.3.2 网页发布223.4 系统管理与操作流程23第四章 电力电子虚拟实验室系统的设计与实现254.1 虚拟实验室的实现方法254.2 虚拟实验室各模块实现254.2.1 用户界面模块的实现264.2.2 仿真计算模块的实现284.2.3 通信管理模块的实现294.2.4 规则审查模块的实现294.2.5 数据库管理模块294.3 电力电子虚拟实验室的网络发布304.4 虚拟实验室应用实例304.4.1 三相桥式可控整流电路的实验原理314.4.2 实验过程31第五章 总 结35参考文献36致 谢37第一章
13、 绪 论1.1 虚拟实验和虚拟实验室虚拟实验(Virtual Experiment)，就是在虚拟环境中进行的实验。虚拟实验是相对真实实验(Real Experiment)来讲的，后者在实验中所采用的实验设备、实验对象、实验环境都是以实物形态出现的，而在虚拟实验中，这些实验设备和实验对象不是以实物形态存在的，而是以虚拟形态存在。虚拟实验的实验过程主要是对虚拟物的操作，可以由实验者部分或完全控制，实验的结果可以被存储、处理、再现，因此，虚拟实验可以不断重复进行。通过虚拟实验，可以使实验者在进行真实实验之前对整个实验进行熟悉，从而提高实验效率和减少不必要的实验设备损失。虚拟实验存在于虚拟实验室中，实
14、验环境、实验对象和实验设备是由虚拟实验室提供的。虚拟实验室(Virtual Laboratory)是以计算机软硬件技术为支撑，使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境，通过开发一系列虚拟实验组件来模拟和再现真实实验环境、实验设备和实验过程，使实验者脱离实际实验条件的束缚，互动的感受实验信息，在更加方便和快捷的条件下，通过一个具有丰富的界面信息、友好的互动能力和强大的数据处理能力的实验环境进行实验。1.2 国内外虚拟实验室的发展与现状1.2.1国外现状：美国卡耐基梅隆大学的虚拟实验，将计算机控制的示波器、函数发生器等设备连接到网络，实现了学生远程的控制与操作。麻省理工学院同微软公司合作推出 I-L
15、ab 项目，项目的内容是建设多学科的虚拟实验室，项目的目的是研究基于虚拟实验室的科学与工程学科的新型教育框架。新加坡国立大学允许用户通过 Internet 进行远程实验，使得用户可以按照自己的安排在任何时间和任何地方进行实验，而需要很少的空间和人力来维护，也可以实现昂贵的实验设备的共享。1.2.2国内现状：北京大学计算机系设计的基于 www 的网上虚拟实验室 3WNVLAB 就是一种支持大计算量和交互式的网上虚拟实验室的通用基本框架。中国科学技术大学的大学物理虚拟实验室把虚拟实验用在教学演示与物理实验方面，是全国第一套真正意义上的虚拟实验教学软件。南京大学建立的分析化学大型仪器虚拟实验室，可以
16、在虚拟实验室中对实验仪器虚拟操作。1.2.3国内外研究现状存在的问题1.单一性单一性是指实验的主体，即实验者，只能单独完成所定制的或半定制的实验。2.依赖性部分虚拟实验平台虽然实现了软硬结合功能，能接受硬件电路数据信息，但对数据的结论性分析只能依赖第二方仿真软件，即暴露出仿真精度不高和可靠性差的问题，并给实验系统的完整性大打折扣。3.局限性目前的虚拟实验室仍只能进行某个专业的，某个方面的实验，实验者也只能对实验内容进行有限的选择，尚没用统一的，规范化的和标准化的实验开发平台以应对各种各样的用户要求。1.3 电力电子虚拟实验室开发与研究的背景和意义根据对一些学校的调研，高校虚拟实验室的建设有如下
17、的特点和问题 1：1.虚拟实验室的发展依赖于传统实验教学模式的局限，未能充分发挥作用由于传统观念的束缚，可能很多老师还是处于观望阶段，已经习惯了看得见、摸得着的实实在在的仪器，对虚拟实验室持怀疑、观望等消极的思想。那么就必须要宣传虚拟实验室，让老师们都熟悉它，更新对信息化实验手段和实验教学模式的认识，以实现信息化虚拟实验与“传统”实验的整合。2.虚拟实验室在一些特定学科的应用相对集中这一特点主要是由这些学科的性质决定的。这些学科的许多内容和科研课题都是以实验为基础的，而其中的许多实验都经常受到实验设备、实验场地和实验经费等条件的限制，有些实验的危险性也较大，因此这些学科理所当然地率先选择了虚拟
18、实验室。3.软件开发应成为虚拟实验室建设和开发的重点，应予以高度重视“在实验室的建设中，对有形资产的投入容易达成共识，而对无形资产的投入则显得不足，对软件开发的力度不够”。在调查中发现许多虚拟实验室的软件、平台都是采用国外的产品，或者在国外的同类产品基础上二次加工而成，如在国内高校比较普及的电工电子类虚拟实验室许多都属于这种情况。与传统的实验室建设有所不同，虚拟实验室的建设对实验室软件的要求非常高，如果不注意在软件开发方面的投入，而仅仅靠购买国外的软件，不但要为同后的软件升级投入更多的资金，而且自身的实验室水平和科研水平的提高也会受到限制。传统仪器下的高校实验教学，己严重滞后于信息时代和工程实
19、际的需要。滞后的实验设备无法满足现代测试技术所需要的速度快、实时性好、具有良好人机界面的要求，难以实现功能扩展和资源共享。 虚拟仪器是在计算机为核心的硬件平台上，通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，形成既有传统仪器的基本功能，又有特殊功能的新型仪器。运用虚拟仪器代替传统仪器，不但能满足电子信息类实验教学的需要，大大提高设备利用率，实现资源共享，降低实验室建设成本，用户还可以根据自己需要定义仪器的新功能。 电力电子技术是一门新兴的高新技术学科，是利用电力电子器件进行电能转换的技术。近年来发展十分迅速。电力电子实验环节在教学中占
20、有非常重要的地位，是提高学生动手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段，很多学科都是以实验课程为基础的，缺少了实验的支持，工科学科的教学和科研活动就无法进行。学生只有通过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论与实践很好地结合起来 2 3。总结本课题的研究有以下三点重要意义：1.实验是教学环境中一个必不可少的过程，尤其是对于电力电子类等实践性很强的专业，实验教学环节更是至关重要。2.虚拟实验代表了以传统硬件为主的仪器系统向以软件为主的系统的根本性转移。3.虚拟实验能仿真整个测试系统并能实现数据的拾取、存储、处理、分析
21、一条龙操作。1.4 本文主要研究内容论文分别从理论研究、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了全面论述。着重讨论了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，提出了一种面向对象的模块化虚拟实验室解决方案，并以“电力电子网上虚拟实验室”为例详细介绍了其实现过程。本课题的研究工作主要包括以下几个方面：1.从理论层面讨论了虚拟实验室的基本概念及其分类，对仿真虚拟实验室的本质、架构及架构过程进行了分析。2.从技术和方法层面，讨论了虚拟实验室开发过程中的常见仿真建模方法和实现技术。并对本虚拟实验室进行了功能定位，对其构建的基本原则和实现的用户操作流程进行了详细的描述。在对应用系统常用的两种网络
22、结构进行对比的基础上，提出了本虚拟实验室的网络构建体系结构，并对虚拟实验室的软件结构进行了设计。3.按照本文提出的理论架构、建模方法和技术方案，构建了一个仿真型“电力电子网上虚拟实验室” 。虚拟实验室集实验教学、实验操作与实验报告于一体，实现了从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。本课题拟依托 LabVIEW,Matlab 等软件平台，构建一个仿真型电力电子虚拟实验系统。该虚拟实验室系统集实验教学、实验操作与实验报告于一体，实现从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。第二章 虚拟实验室的开发环境介绍2.1 概述由于微电子技术、计算机技术、软件技
23、术、网络技术的高度发展及其电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破的传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用己经发生了质的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司(National Instruments) 在 20 世纪 80 年代最早提出虚拟仪器(Virtual nstrument)的概念同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包LabVIEW。NI 公司宣称“ The Software is the Instrument“，即“软件就是仪器” 。虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基
24、本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时对改善高校实验教学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Eng:eering Workbench 的缩写，即实验室虚拟仪器工程平台，是美国 NI 公司(National Instrument Company)推出的一种基于 G语言(Graphics Language，图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。最初它是基于苹果公司的 M
25、acintosh 微机的。后来 NI 公司不断推出基于各种操作系统的 LabVIEW 版本。2003 年 NI 公司推出了 LabVIEW7 Express。正是由于 LabVIEW 的出现开创 T 的仪器研究新方法虚拟仪器2.2 虚拟仪器技术2.2.1虚拟仪器的定义所谓虚拟仪器，就是以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义：（1）虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的
26、“通” 、 “断” ，被测信号的“输入通道” 、 “放大倍数”等参数的设置，及测量结果的“数值显示” 、 “波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是“实物” ，而且是由“手动”和“触摸”进行操作的；虚拟仪器前面板是外形与实物相像的“图标” ，每个图标的“通” 、 “断” 、 “放大”等动作都可以通过操作计算机鼠标或键盘来完成。因此，设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。（2）虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的。虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的测量功能的。因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实
27、现多种测试功能，所以在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。图2.1反映了常见的虚拟仪器组建方案，虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台和应用软件两大部分组成。图 2.1 常见的虚拟仪器组建方案Fig .2.1 Common virtual instrument construction scheme2.2.2虚拟仪器的硬件平台构成虚拟仪器的硬件平台有两大部分:1.计算机一般为一台 PC 机或者工作站，它是硬件平台的核心。虚拟仪器使用的个人计算机中，微处理器和总线成为最重要的因素。其中，微处理器的发展是最迅速的，它使虚拟仪器的能力得到极大地提高。80 年代
28、末制造的虚拟频率分析仪完成一个 1, 024 点的快速傅立叶变换需要 1 秒种的时间;今天的系统可以在 1 毫秒内完成同样的运算，速度提高了一千倍。这意味着，如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶变换观察信号，那么今天可以利用它进行高速的实时运算，并将之应用于过程控制和其它控制系统中。总线技术的发展也为提高虚拟仪器的处理能力提供了必要的支持。PCI 总线性能比ISA 总线提高了近十倍，使得微处理器能够更快地访问数据。使用 ISA 总线时，插在电脑中的数据采集板的采集速度最高为 2MBps;使用 PC 工总线时，最高采集速度可提高到132MBps。由于总线速度的大大提高，现在可以同时使用数块数据
29、采集板，甚至图像数据采集也可以和数据采集结合在一起。2.I/O接口设备主要完成被测信号的采集、放大、模/数转换。可根据不同情况采用不同的 I/0 接口硬件设备，如数据采集卡(DAQ) , GPIB 总线仪器、 VXI 总线仪器模块、串口仪器等，虚拟仪器构成方式有五种类型，如图 2.2 所示。无论哪种 VI 系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算和相结合。图 2.2 虚拟仪器的基本构成Fig .2.2 Basic structure of virtual instrument2.2.3虚拟仪器的应用软件软件包括应用软件和 I/0 驱动软件:1.应用程序。包含两个方面的程序:1.实现虚拟面板功
30、能的前面板软件程序。2.定义侧试功能的流程图软件程序。2.I/0接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动和通信。大部分虚拟仪器开发环境均提供一定程度的 I/0 设备支持。许多 I/0 驱动程序己经集成在开发环境中。以 LabVIEW 为例，它能够支持串行接口、GPIB及 VXI 等标准总线和多种数据采集板，LabVIEW 还可以驱动许多仪器公司的仪器，如 Hewlett-Packard, Philips, Tektronix, B（3）友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；（4）功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提
31、供了大量方便实用的处理工具。4.优势（1）友好的工作平台编程环境。MATLAB 由一系列工具组成。这些工具方便用户使用 MATLAB 的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB 的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB 的用户界面也越来越精致，更加接近 Windows 的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的 MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直
32、接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。（2）简单易用的程序语言。Matlab 是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M 文件）后再一起运行。新版本的 MATLAB 语言是基于最为流行的 C+语言基础上的，因此语法特征与 C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是 MATLAB 能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）
33、强大的科学计算机数据处理能力。MATLAB 是一个包含大量计算算法的集合。其拥有 600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如 C 和 C+ 。在计算要求相同的情况下，使用 MATLAB 的编程工作量会大大减少。MATLAB 的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工
34、程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。（4）出色的图形处理功能。MATLAB 自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的 MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等） ，MATLAB 同样
35、表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的 MATLAB 还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。（5）应用广泛的模块集合工具箱。MATLAB 对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB 已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经
36、网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI 控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP 与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）实用的程序接口和发布平台。新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 编译器和 C/C+数学库和图形库，将自己的 MATLAB 程序自动转换为独立于 MATLAB 运行的 C 和 C+代码。允许用户编写可以和 MATLAB 进行交互的 C 或 C+语言程序。另外， MATLAB 网页服务程序还容许在 Web 应
37、用中使用自己的 MATLAB 数学和图形程序。MATLAB 的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是 MATLAB 函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。（7）应用软件开发（包括用户界面） 。在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向 Excel 和 HDF5 进行连接。3.2.2 三层结构 1314 本
38、虚拟实验系统在软件结构上可以分为三层，即仿真控制层、传输层与用户交互层，如图 3.3 所示。M A T L A B 与 S i m u l i n kS i m u l i n k模型S I T 服务器前面板程序框图L a b V I E WT C P / I P 仿真控制层用户交互层传输层图 3.3 三层结构Fig.3.3 Three-layer structure1.仿真控制层本虚拟实验系统中，仿真控制层是中心环节，采用 MATLAB/Simulink 进行各实验模型的构建、仿真和计算，以确保模型运动的科学性和精确性。数字仿真实验需构建电力电子学仿真模型库，其中包括全部演示性实验的仿真电路
39、。同时，通过传输层与LabVIEW 环境中各相应变量建立关联。对于半实物仿真，试验者首先利用 Simulink 的函数库构建模型，进行系统仿真，再将控制器算法转变为代码，下载到 DSP 开发系统，与实物连接进行试验。2.用户交互层用户交互层的设计主要是采用NI公司的LabVIEW语言来完成的,为了能更好地显示控制效果，引入Flash软件完成各种动画嵌入到LabVIEW程序中。虚拟实验系统提供了元器件选择、电路搭建、参数设置、实时仿真和波形显示等功能，其界面友好、美观、使用方便。以“三相桥式可控整流电路”实验为例，实验者根据自己设计的方案在虚拟实验环境中选择所需的实验模块，用鼠标连线，搭建好电路
40、，并设定参数，如图5所示。服务器解析客户端传送来的实验数据文件，根据规则库中的规则判断实验操作是否正确。如果所有的操作都正确，进入仿真计算模块，得出实验结果，并将结果以虚拟示波器、动画等形式反馈给用户，否则，告知用户其操作有误。3.传输层 14系统采用 NI 公司与 Math Works 公司合作推出的工具包SIT(Simulation Interface Toolkit)来实现 LabVIEW 和 MATLAB/Simulink 之间的通信。在完成上述仿真模块与用户界面的创建后，通过该工具包提供的 SIT Connection Manager 进行适当的设置建立通讯，同时建立 LabVIEW
41、 环境中各相应变量与 MATLAB/Simulink 模型中输入输出变量的关联。运行时，两软件便可通过该通道进行通信。有了这一工具包，设计工程师们可以建立自定义的用户界面，以便交互式地验证 Simulink 模型，并轻松地将这些模型配置到实时硬件进行控制原型设计和硬件在环（hardware-in-the-loop）测试，最终节省产品上市时间。但如其名，它仅用于和 Simulink 通信，且为附加软件需额外购买。用户还可以在相应的界面上交互式地验证 MATLAB/Simulink 模型，并将这些模型配置到实时硬件系统进行控制原型的设计和硬件在环测试。3.3 网络结构及网页发布3.3.1网络结构采
42、用 B/S结构。B/S 结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式） ，是 WEB 兴起后的一种网络结构模式，WEB 浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器（Browser ） ，如 Netscape Navigator 或 Internet Explorer，服务器安装Oracle、 Sybase、Informix 或 SQL Server 等数据库。浏览器通过 Web Server 同数据库进行数据交互。1.B/S结构的作用B/S 最大的优点就是可以在任何地方进行操作
43、而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易。B/S 结构的使用越来越多，特别是由需求推动了 AJAX 技术的发展，它的程序也能在客户端电脑上进行部分处理，从而大大的减轻了服务器的负担；并增加了交互性，能进行局部实时刷新。2.B/S架构软件的优势与劣势（1）维护和升级方式简单。目前，软件系统的改进和升级越来越频繁，B/S 架构的产品明显体现着更为方便的特性。对一个稍微大一点单位来说，系统管理人员如果需要在几百甚至上千部电脑之间来回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但 B/S 架构的软件只需要管理服务器就行了，所有的客户端只是浏览器，根本不需要做任何的
44、维护。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会增加任何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服务器进行；如果是异地，只需要把服务器连接专网即可，实现远程维护、升级和共享。所以客户机越来越“瘦” ，而服务器越来越“胖”是将来信息化发展的主流方向。今后，软件升级和维护会越来越容易，而使用起来会越来越简单，这对用户人力、物力、时间、费用的节省是显而易见的，惊人的。因此，维护和升级革命的方式是“瘦”客户机， “胖”服务器。（2）成本降低，选择更多。大家都知道 windows 在桌面电脑上几乎一统天下，浏览器成为了标准配置，但在服务器操作系统上 windows 并不是处于绝对的统治地位。 现在的趋势是
45、凡使用 B/S 架构的应用管理软件，只需安装在 Linux 服务器上即可，而且安全性高。所以服务器操作系统的选择是很多的，不管选用那种操作系统都可以让大部分人使用 windows 作为桌面操作系统电脑不受影响，这就使得最流行免费的 Linux 操作系统快速发展起来，Linux 除了操作系统是免费的以外，连数据库也是免费的，这种选择非常盛行。比如说很多人每天上“新浪”网，只要安装了浏览器就可以了，并不需要了解“新浪”的服务器用的是什么操作系统，而事实上大部分网站确实没有使用 windows 操作系统，但用户的电脑本身安装的大部分是 windows 操作系统。（3）应用服务器运行数据负荷较重。由于
46、 B/S 架构管理软件只安装在服务器端（Server）上，网络管理人员只需要管理服务器就行了，用户界面主要事务逻辑在服务器（Server）端完全通过 WWW 浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，所有的客户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。但是，应用服务器运行数据负荷较重，一旦发生服务器“崩溃”等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有数据库存储服务器，以防万一。3.3.2网页发布网页发布利用 LabVIEW 自带的网页发布功能，直接在 Web 服务器端生成嵌入实验平台的 WWW 网页，在网页服务器端生成嵌入实验平台的网页，客户端只需要安装LabVIEW 运行引擎就可以通过浏览器远程访问网络虚拟实验室，服务器端接受客户
