基于云平台的远程控制系统虚拟实验

针对现有的远程控制系统虚拟实验在灵活性和适用性方面的不足，提出了一种基于云平台的、实验模块可由用户组态的远程控制虚拟实验方案。选择了基于Python语言的Django网络框架构建远程实验平台，开发了构成闭环控制系统各组件的实验模块，用户可以根据实验教学要求进行组态。实验管理系统自动进行虚拟实验仿真、实验流程控制、在线指导和实验评估等。实验系统在阿里云进行了部署测试，结果表明，该远程虚拟控制实验平台支持用户通过浏览器来完成一系列控制系统实验，有利于培养学生的实践能力。

我国是制造业大国，迫切需要大量的、各层次的工程技术人员。远程工程教育在我国工程教育中发挥了重要作用，培养了大量社会急需的人才。然而，实践能力的培养一直是现有的远程工程教育的薄弱环节。实践环节的不足，不仅制约了学生对理解理论知识的理解掌握，更制约了学生实践能力的提高。

为了加强工程教育的实践教学，大量虚拟实验[1]和远程控制实验系统[2]被开发并投入到教学环节。对于自动化、电气工程、测控技术与仪器、机械电子工程等专业学生来说，自动控制原理、控制工程类课程是这些专业的核心课程， 该类课程以理论为主， 内容有一定的抽象性， 为了帮助学生更好掌握理论知识， 该课程多会辅以仿真实验以达到更全面的教学效果[3] [4] [5] [6]。

国内外众多研究团体也相应开发出了功能形式多样的实验仿真系统[7] [8] [9] [10]，然而这类实验系统绝大多数由于存在实验系统通用性不足、缺乏技术标准等问题导致系统扩展性低， 可移植性差[11]。

另一方面， 常用的支持自主配置进行实验的仿真软件，如Matlab、LabVIEW 等由于软件使用配置较复杂，多运行于实验室本地机器上，且还存在软件授权等问题，导致远程教育学生很难采取这种方式开展实验。此外，现有的远程实验系统多数部署在学校的实验室，学生的访问受到一定的限制。

本文基于云平台搭建技术与Python 语言，设计了基于数学仿真的虚拟运动控制实验并提供了自由组态实验环境。系统具备完善的实验设定与实验评价体系，支持学生利用基本模块自行独立设计控制系统的各个环节及系统结构。由各个模块组成的闭环控制系统的仿真运算全部用Python 语言开发，并把实验系统部署在阿里云上。测试表明，该系统可以开展一系列控制类仿真实验，且在云平台的运行架构下，系统具有共享性高、接入方便、使用灵活等特点，较好地满足了学生自主开展远程虚拟实验的教学要求。

2 远程虚拟实验系统结构设计与开发工具选择 2.1. 远程实验系统结构与功能 基于云平台的远程虚拟运动控制实验系统结构如图1 所示。系统主要包括实验用户端、接入端、实