[发明专利]多学科虚拟实验交互式仿真解算系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种实验技术领域的装置，具体是一种多学科虚拟实验交互式仿真解算系统。

背景技术

实验是科学研究的基本方法之一。根据研究的目的，尽可能地排除外界的影响，突出主要因素并利用一些专门的仪器设备，而人为地变革、控制或模拟研究对象，使某一些事物或过程发生或再现，从而获得事物的内在规律。

虚拟实验的目的在于取代或者部分取代真实实验，需要提供与真实实验相同或者相近的结果。因此，虚拟实验的核心问题在于仿真结果的解算过程。目前，虚拟实验的仿真求解方法有以下几种：(1)采用实物样机进行后台仿真计算，通过数据采集卡将计算结果输出到计算机中的虚拟实验可视化界面上。这种方法能够达到远程虚拟实验的目的，但是需要有实物样机作为计算后台的支持并且一台样机同一时间只能满足一个用户的实验需求，无法满足大规模实验的需要。(2)使用实时仿真软件进行虚拟实验后台计算，如使用LabView进行测量和控制方面的仿真实验后台计算，使用Proteus进行电路仿真实验计算等。但这些软件都只能用在单个学科或相近的一两个学科，而且求解的内容仅限定在软件已有的模型，很难进行扩展，因此无法成为一个通用的求解系统。(3)自行运用学科知识将虚拟实验场景表达为数学模型，使用Matlab语言、C语言等计算机程序设计语言将数学模型转化为计算机程序并进行求解。这种方式要求实验人员精通编程语言并且花费大量时间在程序设计与调试上。此外，这种方法通常只能获取仿真实验的最终结果，用户无法在实验过程中进行修改控制等交互操作。

经过对现有技术的检索发现，Hao Shangfu、Wang Zhihui等2010年在《The Virtual Experiment Design of Arithmetic Unit Based on Object-Oriented Technology》(中文译名：基于面向对象技术计算单元的虚拟实验设计方法，发表于“Multimedia and Information Technology(MMIT)，2010Second International Conference on”)中提出了一种交互式虚拟实验建模与解算方法，但是该技术要求实验人员使用C++语言自行对实验构件进行建模与调试并且大部分实验局限于计算机领域，无法实现跨学科的复杂实验。此外，Rui Yao等2010年在《Design of Inquiry Virtual Experiment Platform》(中文译名：探索型虚拟实验平台的设计，发表于“2010The 3rd International Conference on Power Electronics and Intelligent Transportation System”)中提出一种创新型虚拟实验求解技术，但该技术只能根据指定条件一次性给出计算结果，无法在解算过程中实现实验参数的修改。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多学科虚拟实验交互式仿真解算系统，实现了多学科虚拟实验的仿真解算过程，能够在同一系统中对计算机、机械、自动控制、电工电子、物理等多个学科的实验进行计算机仿真求解，获取实验结果数据并能够在实验过程中进行实时的过程控制、参数修改等交互操作，从而为交互式虚拟实验提供后台支持。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：交互接口模块、实验场景解析模块、编译求解模块、实验过程控制模块以及逻辑构件管理模块，其中：交互接口模块通过socket协议与虚拟实验前台用户进行交互并根据用户的操作指令将场景解析模块、编译求解模块和实验过程控制模块的反馈数据消息返回给虚拟实验前台，逻辑构件管理模块对内置逻辑构件库进行读取、写入与维护操作，实验场景解析模块、编译求解模块以及实验过程控制模块分别与逻辑构件管理模块相连，其中：实验场景解析模块接收用户传输的自然语言场景文件并转换成用逻辑语言表达的实验场景模型，编译求解模块将实验场景编译为实验仿真程序，实验过程控制模块根据用户的操作指令对实验仿真程序进行运行状态的控制。