武汉大学自动控制数字孪生实验室的设计与实现.pdf

1、武汉大学自动控制数字孪生实验室报告人：胡文山 教授武汉大学电气与自动化学院https:/ UA服务器PLCDCS实体被控对象工业控制现场工业控制现场三维模型三维模型实时数据存储与数据驱动初始算法与模型数学模型迭代控制算法迭代最终系统面向控制系统演化全过程的网络化实验机理研究分布式服务器多层网络架构支持在线仿真、半实物仿真和最终系统三种状态的在线实验覆盖控制系统开发的仿真-硬件在环-快速控制原型-工业系统四个环节逐步实现线上实验对于线下工作的全面替代工科的实验教学十分重要工科教学中理论和实际脱节学生难以联系控制理论和工程实际缺乏一种在教授学生理论同时展示实际实验效果的教学手段而远程实验和虚拟实验

2、完成了对传统实验教学的补充理论知识实验环节工业过程数字孪生实验室数字孪生实验室武汉大学自动化专业数字孪生实验室数字孪生实验室武汉大学自动化专业数字孪生实验室实验室已集成多种虚拟和实体设备，可进行各式各样的控制实验融合最新的网络控制技术与虚拟现实技术同时发展了网页端和移动端数字孪生实验室数字孪生实验室武汉大学自动化专业数字孪生实验室https:/ 操作系统硬件接口资源丰富，运算能力强实现基本的硬件交互功能Windows操作系统同时支持多人在线控制兼容各种底层控制器和操作系统硬件架构技术介绍基于HTML5的无插件实验体验模块化设计理念方便各种先进技术和工具的融合实验内容基于web的算法设计及离线仿

3、真基于3D模型的在线仿真实物实验沉浸式虚拟环境仿真antDNginxThreejsEchartsWebRTCWebSocketCORS跨域资源共享 先进工具先进技术技术支持技术介绍算法生成基于web的在线算法设计前后端架构及实现电机速度控制在线最小二乘参数辨识参数、信号与组态的关系前端架构设计后端架构设计JSON（simulate）MessageServer ThreadMATLAB ThreadServerSocketSocketMATLABInitialize M-filesM-file Scripts for tasksFill the template of simulation/co

4、mpilation tasksAssign and run initialized M-filesLaunch MATLABInform MATLAB to perform corresponding tasksAccept the task information from front-endOnline algorithm design interfacePaperStencilToolbarInspectorEditor of the selected elementJointJsPredesigned functional blocksFunctional buttonsSpace f

5、or blocks and linesPNG&TXTJSON（compile）EXEblocks+lines+config技术介绍基于web的在线算法设计前后端架构及实现算法生成技术介绍基于web的在线算法设计前后端架构及实现算法生成过程支持模型和脚本的算法设计与组态算法生成技术介绍自主知识产权的算法自动生成Matlab和Simulink是商业软件Matlab和Simulink属于卡脖子的工业软件NCSLab的模块大部分都基于开源软件开发我们能否开发自己的工具，部分替代Simulink的功能在线仿真在线实验算法生成基础理论：（1）图的遍历；（2）微分方程的解算方法；（3）基于C+的代码组织；（

6、4）基于实时操作系统的资源分配算法生成技术介绍先进技术自主知识产权的算法自动生成对标Simulink和Matlab Coder仿真与代码生成一体化在远端的树莓派系统上运行技术介绍自主知识产权的算法自动生成控制系统结构图生成C+代码生成可执行代码遍历模块，建立代码生成顺序生成初始化的代码生成状态更新代码生成输出的代码算法生成技术介绍解算器的算法四阶龙格库塔法原理四阶龙格库塔法实现根据框图生成的自动代码算法生成教学理念实验内容实验知识点实 验 反 馈远 程 实 验在 线 算 法 设 计3 D 实 时 仿 真实 物 实 验实 验 评 估开 环 与 闭 环 控制P I D 控 制时 域 与 频 域 分