一种用于控制类课程教学演示的方法和系统的制作方法

专利名称：一种用于控制类课程教学演示的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制类课程教学演示的方法和系统。
背景技术：
电子教学技术方案，就是根据教学目标设计的，表现特定教学内容，反映一定教学 策略的计算机程序。它根据不同的学科特点，利用集图、文、声、像和动画于一体的多 媒体手段与各学科整合，制作成课程软件，可以有效地解决各学科教学中出现的难点和 重点。目前常用的工具软件有:PowerPoint、 Flash等。
目前，控制类课程较为广泛使用的教学技术方案是采用PowerPoint。 PowerPoint是 由微软公司推出的、在Windows环境下运行的一个功能强大的演示文稿制作工具软件。 PowerPoint制作的多媒体课件可以用幻灯片的形式进行演示，非常适用于学术交流、演讲、 工件汇报、辅助教学和产品展示等需要多媒体演示的场合。因此PowerPoint文件又常被称 为"演示文稿"或"电子简报"。PowerPoint能很简便地将各种图形图像、音频和视频素材插 入到课件中，使课件具有强大的多媒体功能。
Flash软件是Macromedia公司出品的，用在互联网上动态的、可互动的Shockwave， 它可以通过文字、图片、录象、声音等综合手段形象的体现一个意图。 一般利用它来制 作公司形象、产品宣传等片段，可以达到非常好的效果。Flash动画是一种矢量动画格式， 具有体积小、兼容性好、直观动感、具有一定的互动性、支持MP3音乐等诸多优点，是 当今最流行的Web页面动画格式。把音乐，动画，声效，互动方式融合在一起，越来越 多的人已经把Flash作为网页动画设计的首选工具，并且创作出了许多令人叹为观止的动 画(电影)效果。
PowerPoint善于用图片来展示所要表达的内容，而对于动画效果来说，PowerPoint 所能做的就非常少了，而对于交互式功能就更无能为力了。(这里所说的交互式是指通 过软件所具有的数据输入、输出功能，将从屏幕输入的数据经过处理后在以数据或图形 的形式显示到屏幕上的过程)。其扩展功能也不够强大，不能将用ActiveX开发的控件嵌 入至UPowerPoint中。
Flash好看，动画效果好，但是制作慢，修改难，不实用。虽然Flash具有一定的制作
4动画的功能和互动优势(在Flash中，交互功能的实现，需要便用Action Script脚本语言， 利用Flash完成教学技术方案不实用)，可以更好地满足所有用户的需要，但是Flash不可 以象一门语言一样进行编程，制作慢，修改难。并且其交互式功能也不够强大，扩展功 能也比较差，也不能将用ActiveX开发的控件嵌入到Flash中。

发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种交互式、制作速度快，修改容 易，可以嵌入ActiveX控件的用于控制类课程教学演示的方法和系统。 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是
一种用于控制类课程教学演示的方法，包括以下步骤
将控制类课程的内容根据章节划分为不同的层次，不同层次的内容制作成不同的画
面；
利用组态软件提供的图库、组态功能和控件来搭建控制类课程内容中的控制系统，
并将所搭建的被控对象的动画进行链接；
将利用组态软件编写的程序、ActiveX控件和控制算法制作成控制器； 将控制器与所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象连接成一个模拟控制
系统；
用实物的图片和实物的视频进一步展示和说明实际控制系统。
本发明还可以采用如下技术措施
所述被控对象的动画都是相对独立的，通过在画面中设置的连接来调出动画，对相 应的动画进行不同的操作，就会完成不同的动画效果。
所述控制器与所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象的设定均是利用
VB6.0开发的ActiveX控件，通过组态软件中的"工具箱-插入通用控件"来完成ActiveX控件 和组态软件的无缝连接。
本发明具有的优点和积极效果是采用弹出方式归纳基础理论，使得基础理论的层 次更加清晰、易于理解、重点突出；把将实际控制系统引入教学，将文字描述形式转变 为图形动画描述形式，使控制系统的组成以及控制工艺更能直观地理解；在线设置被控 对象参数，利用动画形式展示被控对象动态特性，有助于被控对象动态特性的理解；将 PID参数整定的控制效果实时展示出来，使工程整定方法能直观形象地被理解掌握；利 用ActiveX控件将自行开发或第三方开发的高级控制算法引进控制系统中、解决了从智能控制理论到控制工程的实现问题。也可以用ActiveX控件技术来建立被控对象；米用 模拟动画控制系统、实物图片和视频相结合的方式展示控制系统实例，起到了理论联系 实际的效果。另外本发明还具有制作速度快，修改容易，实用等优点。


图l、本发明实施例提供的演示方法的实现流程图； 图2、本发明实施例提供的演示系统的工作流程图； 图3、本发明实施例模拟控制系统模块的实现流程图4、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"层次模块层 次一的结构图5、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"层次模块层 次二的结构图6、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"层次模块层 次三的结构图7、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的除冰液装 车过程；
图8、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的除冰车除 冰过程；
图9、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的即热式飞 机除冰液快速加热系统；
图10、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的控制结
果曲线图ll、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的导航条
图12、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的图片、 视频链接画面图13、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的图片展 示图14、本发明实施例的应用实例"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的视频展 示图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发明。
组态软件具有丰富的画面显示组态功能，组态环境具有可扩展性，组态软件具有开 放性，同时具有脚本的功能。组态软件同时具有实时多任务，数据的输入输出，数据的 处理，显示，存储，及管理等多个任务需在同一个系统中同步快速的运行。
在本发明实施例中，首先利用组态软件的丰富的画面显示组态，将不同层次的控制 基础理论制作成弹出画面，当单击某一理论按钮、文字或图片，就会弹出相应的下一层 理论知识。这样可使得理论的讲述更具有层次感，更易于理解，重点突出。
其次利用组态软件提供的各种图库来搭建模拟控制系统，并进行动画链接，使模拟 控制系统按照实际工艺流程动作。用图形动画来描述实际控制系统，使得实际控制系统 的组成结构和控制工艺更容易被理解。当模拟控制系统系统建立之后，可以利用组态软 件提供的脚本编程功能来编写控制算法(如PID、比值控制算法、串级控制算法、前馈-反馈控制算法、解耦控制算法等)，也可以利用组态软件的开放性，将自行编制或第三 方开发的ActiveX控件引入模拟控制系统，该控件既可以实现简单控制、复杂控制算法， 又可以实现智能控制算法(如模糊控制算法、神经网络控制算法等)。在控制算法引入 系统之后，可利用组态软件的数据输入功能在线进行控制器的参数设置，利用组态软件 的数据输出功能显示控制量和控制结果，并以曲线和图形实时显示控制效果，根据控制 效果整定控制器参数。通过这种方法可以进一步了解控制算法中，某个参数对控制效果 的影响，从而掌握控制系统的工程整定方法。
用组态软件的脚本语言编写被控对象的动态特性表达式，并利用动画组态以图形的 形式显示被控对象的动态特性。在进行被控对象的参数设置时，可通过组态软件的数据 输入功能实现，根据不同的参数设置，被控对象的动态特性可以曲线和动画的形式迸行 显示。如果参数设置不合理，被控对象的动态特性曲线和动画就无显示。
将典型二阶被控对象制作成ActiveX控件形式，并嵌入到组态软件的画面中。当将该 被控对象与其它ActiveX控件制作的简单控制算法、复杂控制算法和智能控制算法相连 接，就构成了一个模拟控制系统。通过对控制算法参数的设置，可以改变最终的控制效 果。该控制效果可用实时曲线的形式表示出来。若控制效果不好，可以通过改变控制算法中的相关参数来改善控制效果，直到满足最终的控制要求为止。通过上述过程，不仅可以学习和研究参数整定的规律，而且还进一步掌握了工程整定法。通过这种仿真控制系统可以对任意的控制算法的控制规律进行仿真研究。同时，培养了学习兴趣，提高了学习效率。
采用模拟控制系统(包括系统工程工艺流程动画、系统方框图、控制界面、控制算法、实时曲线、历史曲线等)、实物图片和视频相结合的方式展示控制系统实例，将控制系统现场引进课堂，使学习者好似身临其境一般，增强了感性认识，使得理论知识更加容易理解，起到了理论联系实际的效果。
在具体实现时，可以根据需要选择上述任意一种方式。请参考图1-3,本发明实施例提供的演示方法的流程，详述如下-
将控制类课程的内容根据章节划分为不同的层次，不同层次的内容制作成不同的画
面；
利用组态软件提供的图库、组态功能和控件来搭建控制类课程内容中的控制系统，并将所搭建的被控对象的动画进行链接；所述被控对象的动画都是相对独立的，通过在画面中设置的连接来调出动画，对相应的动画进行不同的操作，就会完成不同的动画效果。
将利用组态软件编写的程序、ActiveX控件和控制算法制作成控制器；将控制器与所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象连接成一个模拟控制系统；
用实物的图片和实物的视频进一步展示和说明实际控制系统。所述控制器与所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象的设定均是利用VB6.0开发的ActiveX控件，通过组态软件中的"工具箱-插入通用控件"来完成ActiveX控件和组态软件的无缝连接。
用实物的图片展示和实物的视频来展示实际控制系统，能够在课堂上对实际控制系统有进一步的认识和了解。
实现上述方法的软件可以存储于一计算机可读存取介质中，存储介质可以是ROM/RAM、磁盘、光盘等。如图2所示，该软件在执行时，包括如下步骤
第一、层次划分模块利用组态软件的丰富的画面显示组态，将控制类课程的内容根据其章节划分不同的层次，不同层次的内容制作成不同的画面,当点击上层画面中的连接
文字时，就会转到或弹出相应的内容；第二、动画模块用于以动画形式展示实际控制系统、工业流程、控制系统的原理图、实时曲线和历史曲线、PID控制器参数设置、给定值设置、控制量和被控量的输出以及系统重做设置等功能；动画模块中的动画都是相对独立的，通过在画面中设置的连接来调出动画，对相应的动画进行不同的操作，就会完成不同的动画效果。
第三、控制器模块用于将控制算法、ActiveX控件引入控制系统；第四、模拟控制系统模块用于将控制器和动画模块中的被控对象连接成一个控制系统，通过对PID控制器选择、被控对象设定、给定值输入使控制系统能够运行，其控制效果以实时曲线和历史曲线形式输出，并且根据控制效果整定PID控制器参数；控制器模块和动画模块中的被控对象设定均是利用VB6.0开发的ActiveX控件，通过组态软件中的"工具箱-插入通用控件"来完成ActiveX控件和组态软件的无缝连接。
第五、实物展示模块用于以实物的图片展示和实物的视频来展示实际控制系统，能够在课堂上对实际控制系统有进一步的认识和了解。
下面以"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"设计为例说明本发明实施例具体工作过程。
1、 层次划分模块的建立
将对实际控制系统的文字描述分成不同的层次，然后放到组态王中不同的画面里，利用组态王中画面之间的互相调用命令(如通过在组态王的"动画链接-命令语言链接-弹出时"中编写ShowPicture('"')命令来实现)，用上一层的文字描述来调用下一层的文字描述。这样使得内容层次分明，易于理解和记忆，重点更加突出。图4中是对"飞机除冰液快速加热试验系统设计"的第一层文字描述，当单击"一、总体思路及釆用的技术路线"后，就会弹出图5中的弹出画面，即第二层文字描述。当图5中弹出画面中"1、即热式加热系统主要技术要求"后，就会弹出图6中的弹出画面，即第三层文字描述。当点击弹出画面右下角的"退出"按钮，弹出画面将关闭。
2、 动画模块的建立
根据实际控制系统的工艺流程要求，用组态王中绘图工具提供的各种图形，模拟实际控制现场的画面。对于"即热式飞机除冰液加热装置的控制系统"的实际例子，根据其工艺流程，制作了如图7-9的模拟画面。其中，图7描述了除冰液装车的过程，图8描述了除冰车对飞机进行除冰的过程，图9描述了即热式飞机除冰液快速加热系统的工作过程，图10用实时曲线和历史曲线描述了除冰液加热过程中的温度。图ll中的几个按钮用来切 换不同的模拟画面的，当单击不同的按钮，相应的画面就会在屏幕上显示。
3、 控制器模块的建立
在图9中左侧的PID设置弹出框中，可以对PID参数进行在线的设定(通过在组态王的 "动画链接-值输出-模拟量输出"中进行相应的变量链接来实现PID参数显示；通过在组态 王的"动画链接-权限保护动画链接-值输入-模拟量输入"中进行相应的变量链接来实现 PID参数显示)。系统的给定值也可以在图9中下方的"设定温度"中进行设置。当系统运 行之后，PID控制器根据给定值和实际值之间的偏差来计算控制量(通过组态王的"命令 语言-应用程序命令语言-运行时"中进行编程来实现的)，并控制三个供油调节阀的开度。 其控制效果，即除冰液的历史曲线和实时曲线在图9中显示。根据历史曲线和实时曲线的 显示效果，在对图9中PID参数进行整定，直到曲线达到满意的效果。
4、 模拟控制系统模块的建立 (1)实际控制工艺流程动画显示
图7-9显示了实际控制工艺流程。除冰车从图7右侧开始倒车(通过在组态王中的"动 画链接-水平移动"中进行相应的变量链接来实现)。当车到达指定位置后，开始对车上的 储存罐进行加除冰液(通过在组态王中的"动画链接-填充"中进行相应的变量链接来实 现)。除冰液装满后，除冰车开始向右行驶。行驶出画面后，自动跳出图8画面，除冰车 由上往下行驶(通过在组态王中的"动画链接-垂直移动"中进行相应的变量链接来实现)， 并在有冰的地方停下来对冰进行除冰。图9中显示了"即热式飞机除冰液加热装置"的控制 工艺流程，当"水泵"通电运行，"电磁阀1"或"电磁阀2"打开，并且与锅炉相对应的"流动 开关"也打开，这时如果位于图9左侧的手动阀门再打开，那么相应的锅炉就会自动点火 对除冰液进行加热。在运行中，如果某个锅炉需要灭火，然后又要重新对锅炉进行点火， 就可以点击屏幕右下方的"锅炉l"、"锅炉2"、"锅炉3"来对相应的锅炉进行重新点火。各 个锅炉的出口除冰液的温度、水箱温度以及喷枪口的温度均显示在图9的右下方(通过在 组态王的"动画链接-值输出-模拟量输出"中进行相应的变量链接来实现)。除冰液的温度 控制采用PID的控制算法。但单击屏幕左下方的"PID"按钮后，就会弹出P、 I和D的参数输 入框，在输入框中可对P、 I和D的参数修改和整定。当水箱中的除冰液的水位低于一定的 高度时，就会报警。
(2)用组态软件实现模拟动画过程
10上述所叙述的工艺流程都是以模拟动画的形式进行表述的，即上述图7-9的画囱都是 可以动的。
G)控制效果的曲线和动画显示
对于工业控制过程的模拟动画还具有一定的交互式的特点。当输入的PID参数不同 时，其输出的历史曲线和实时曲线就不同(通过组态王"历史曲线向导"中的参数链接来 实现历史曲线设定；通过组态王"实时趋势曲线"中的参数链接来实现历史曲线设定)。
5、实物展示模块的建立
在对实际控制系统进行文字描述的过程中，添加了几个具有链接功能的文字如图13 中的"动画实例"、"图片"和"视频"。当单击"动画实例"时，将弹出图7-8的动画画面。当 单击"图片"时，将弹出图13的画面，用真实图片来描述所讲述的实际系统。当单击"视频" 时，将弹出如图14的视频画面。通过图片和视频的展示(通过组态王"工具箱-点位图"来 进行图片展示的实现；通过组态王"工具箱-插入通用控件-Windows Media Player"来引入 控件实现视频功能)，直观的对实际系统进行认识，加深了对理论的理解，达到了理论 联系实际的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、本发明涉及一种用于控制类课程教学演示的方法，其特征在于，它包括以下步骤将控制类课程的内容根据章节划分为不同的层次，不同层次的内容制作成不同的画面；利用组态软件提供的图库、组态功能和控件来搭建控制类课程内容中的控制系统，并将所搭建的被控对象的动画进行链接；将利用组态软件编写的程序、ActiveX控件和控制算法制作成控制器；将控制器与所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象连接成一个模拟控制系统；用实物的图片和实物的视频进一步展示和说明实际控制系统。
2、 如权利要求1所述的用于控制类课程教学演示的方法，其特征在于，所述被控对 象的动画都是相对独立的，通过在画面中设置的连接来调出动画，对相应的动画进行不 同的操作，就会完成不同的动画效果。
3、 如权利要求l所述的用于控制类课程教学演示的方法，其特征在于，所述控制器与 所搭建的控制类课程内容中的控制系统的被控对象的设定均是利用VB6.0开发的ActiveX 控件，通过组态软件中的"工具箱-插入通用控件"来完成ActiveX控件和组态软件的无缝连 接。
4、 一种用于控制类课程教学演示的系统，其特征在于，所述系统包括层次划分模块、 动画模块、控制器模块、模拟控制系统模块、实物展示模块；层次划分模块，用于将控制类课程的内容根据其章节划分不同的层次，不同层次的 内容制作成不同的画面,当点击上层画面中的连接文字时，就会转到或弹出相应的内容；动画模块，用于将组态软件提供的图库、组态功能和控件来搭建为控制类课程内容 中的控制系统，并将所搭建的被控对象的动画进行链接；控制器模块，用于将组态软件编写的程序、ActiveX控件和控制算法制作成控制器；模拟控制系统模块，用于将控制器与动画模块中的被控对象连接成一个模拟控制系统；实物展示模块，用于以实物的图片和实物的视频来进一步展示和说明实际控制系统。
5、 如权利要求4所述的用于控制类课程教学演示的系统，其特征在于，所述动画模 块中的动画都是相对独立的，通过在画面中设置的连接来调出动画，对相应的动画进行不同的操作，就会完成不同的动画效果。
6、如权利要求4所述的用于控制类课程教学演示的系统，其特征在于，所述控制器 模块和动画模块中的被控对象设定均是利用VB6.0开发的ActiveX控件，通过组态软件 中的"工具箱-插入通用控件"来完成ActiveX控件和组态软件的无缝连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制类课程教学演示的方法和系统，所述方法包括以下步骤将控制类课程内容根据章节划分为不同的层次，不同层次的内容制作成不同的画面；利用组态软件的图库、组态功能和控件来搭建控制类课程内容中的控制系统，并将搭建的被控对象的动画进行链接；将利用组态软件编写的程序、ActiveX控件和控制算法制作成控制器；将控制器与搭建的被控对象连接成一个模拟控制系统；用实物图片和实物视频来展示和说明实际控制系统。在本发明中，可以在线设置控制器和被控对象参数，使控制效果直观的显示出来；对被控对象特性参数进行设定，展示不同参数下的被控对象动态特性，有助于学生理解和掌握。
文档编号G09B5/00GK101477750SQ20091006773
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者芳 丁, 王立文, 费春国 申请人:中国民航大学