摘要：在网络教育中远程实验开发和使用具有重要的意义，本文总结了常用的三种远程实验方法，即：基于MATLAB的仿真实验平台，基于Internet的硬件远程实验平台和基于Internet的虚拟实验平台，分析了各自的特点，指出了其适用的范围，对于开展远程实验具有一定的参考价值。

　　关键词： 仿真实验;Internet;远程实验;比较研究

　　1引言

　　远程教育在互联网的时代具有重要的意义，对于远程教育中的网络教学是一种已被普遍接受的有效的教学形式，开展工科专业网络学院学生的实验教学已经显得十分必要。由于学生在不同的地点在不同的时间来开展实验的特点就决定了远程实验不能受时间和空间的限制，目前常用的远程实验方法主要有三种：基于MATLAB的仿真实验平台，基于Internet的硬件远程实验平台和基于Internet的虚拟实验平台，下面将分别分析各自的特点，指出了其适用的范围，对于开展远程实验具有一定的指导意义。

　　2基于MATLAB的仿真实验

　　工科学生特别是电子信息类的学生都熟悉MATLAB软件，MATLAB/Simulink模块库中的电力系统模型库(SimPower Systems)是专门用于RLC电路、电力电子、电动机传动控制系统和电力系统仿真的模型库，功能强大。电气传动类课程计算机仿真教学中主要用到Simulink基本模块库和电力系统模型库。

　　2.1 基于数学方程组的仿真方法

　　在电气传动类课程中很多可以通过等效电路图来建模的，例如变压器和电动机的等效电路图，根据等效电路图列出数学方程组，并应用MATLAB软件就可以进行一系列的仿真教学，来加强学生对于电气传动课程群知识体系的认识。

　　2.2 基于电力系统模型库模块的仿真方法

　　利用MATLAB图形用户界面(GUI)平台进行电气传动课程群中的抽象难懂、公式复杂的部分如电机拖动系统的特性等大量的过渡过程进行仿真演示。为学生系统掌握电气传动课程群提供了学习平台。经过系统的仿真得到的动态特性曲线可以生动形象地呈现出来，能让学生具有很好的感性认识，为知识的理解和巩固提供了良好的平台。本人开发了电力电子技术课程中的晶闸管三相桥式整流器，基于PWM技术逆变器，交流调压器和直流斩波器的仿真实验。电力拖动基础课程中的他励直流电动机的启动、调速和制动过程的仿真，三相变压器的运行特性仿真，三相异步电动机的启动、调速和制动过程的仿真，三相同步电动机的启动和制动过程的仿真。电力拖动控制系统课程中的直流调速系统中的单闭环无静差转速负反馈调速系统、双闭环及PWM直流调速系统、交流异步电动机转差功率消耗性调速系统、交流异步电机转差功率回馈型调速系统和交流异步电机转差功率不变型调速系统的仿真[1-2]。将以前无法实现的过渡过程可以很好地演示出来，以期加强学生对于知识的理解和有一定的感性认识。

　　基于MATLAB的仿真教学是充分应用了其强大的强大数学运算功能，在远程实验中可以方便的在演播室的摄影机前搭建仿真模型，引导学生逐步展开实验，非常有利于学生理解知识体系。但是由于MATLAB是基于理想化功率元器件和功能模块的仿真工具，没有考虑元器件非理性状态下的情况，仿真的结果和实际电路有一定的距离，要强调从系统及总体上理解实验结果。

　　3 基于Internet的硬件远程实验平台

　　基于Internet的硬件远程实验室是指采用远程数据/图像/声音采集、远程控制、计算机仿真、虚拟现实等技术，使实验者从异地计算机上通过Internet进行实验操作和观察，所得到的实验结果与在实验室得到的结果等价，如同真实操作实验设备一样。基于Internet的远程实验系统开发受到了广泛的重视，出现了一些不同的远程实验系统构建技术，并且应用于不同专业的远程实验教学[3-4]。

　　如基于虚拟仪器技术的远程实验室，通过网络进行远程仪器控制和数据测量是建设网络远程实验室的关键技术。利用虚拟仪器开发平台LabVIEW实现远程测控的方法，可以通过Remote Device Access(RDA)、Remote Front Panels和DataSocket这三种不同技术的应用到远程实验的开发中。这种开发方法比较适用于客户机/服务器架构，适用于物理类、机械类专业开展远程实验，优点是开发成本不高，推广比较方便，缺点是学生的实际操作训练比较受限制的[5]。

　　也有基于PLC的实验过程测控系统、音频/视频服务器、Web服务器、远程实验工作站和管理员工作站(具有Web浏览器的客户端)等组成。Web服务器配置独立的IP地址，实验工作站通过Internet与Web服务器连接。Web服务器接受远程实验工作站的实验请求，控制实验装置完成相应的实验过程，并将实验过程数据、实验结果通过Internet传送给远程的实验者，使得远程实验者通过网络远程操纵实验设备，远程观察实验过程，远程分析实验结果。基于PLC的测控系统是整套远程实验系统的控制中心，它实现对整个实验流程的控制。远程实验者还可以通过音频/视频服务器获得实验装置现场的声音和视觉图像，通过控制摄像头的转动视角、俯仰角度和调整焦距来获得实验室现场更加清晰的视觉反馈图像，增强实验操作的临场感[6]。这种开发方法比较适用于基于Internet的远程实验，适用于电子信息类、过程类专业开展远程实验，优点是适用于复杂过程的远程控制实验，学生实际操作比较多，有利于培养学生的动手能力。缺点是设备的成本比较高，开发周期比较长。

　　4 基于Internet的虚拟实验平台

　　这种仿真实验首先要进行有效的建模，一般是根据物理模型建立数学方程组，然后应用数值计算方法进行仿真计算，将实验的要素制作成为积件库，由学生根据实验要求来搭建实验系统，形成了积件式教学仿真软件，软件基于B/S结构开发的，以其为核心的资源库平台可以运行于互联网，由于是基于Internet的思想来开发实验的，它使实验教学真正实现网络化，摆脱实验对物理环境的依赖[7-8]。

　　这种远程实验方式满足了：(1)虚拟化，即整个实验环节都在软件平台上实现，(2)自由构建，允许实验人员在软件平台上完全按照实验人员的意愿来搭建实验。搭建成的实验能被系统解析和运行，并显示运行的结果。(3)实验结果能自动评测。即系统能自动评测操作者搭建的实验是否正确达到了实验要求。

　　以“电力系统继电保护”教学仿真软件为例，平台提供了一次和二次元器件库。每个元器件以国标图符表示，均附有独立的规格参数和运行逻辑，形成“积件”。操作者无需编程，用鼠标即可将所需的元器件拖至编辑平台，连接导线形成一次和二次回路，搭建完整的实验系统并运行。可以在回路上设置故障，观察相应的保护是否正确启动。软件还提供了对仿真实验结果的自动评测，判断其是否达到了实验的要求。

　　基于Internet的虚拟实验平台保持了网络教学对时空的突破特性，同时学生获得更大的自由空间，并能及时观察到实验的结果是否符合预期，平台为教学效果的检测提供了便利，也使整个网络实验教学形成了“教学-实验-评测”的闭环，可以比较大的减轻了教师的指导负担，彰显了学生作为学习的主体地位，进一步体现了远程实验的本质。

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