应用于控制工程教育的在线虚拟现实网络化控制实验室

本文的研究范围聚焦于基于WebVR的在线实验室在工程教育中的应用。本文旨在探讨所提出的系统是否能够允许用户通过VR设备开展基于网络的实验，从而增强在线实验的沉浸感及整体实验活动体验。目前，虚拟现实、增强现实、数字孪生和远程控制技术等正在被用于推动该领域的研究与发展。

本文提出的系统使用户能够利用虚拟现实（VR）设备开展基于网络的沉浸式实验，从而增强用户与实验设备之间的交互性。未来，我们将聚焦于基于虚拟现实的数字孪生在线实验室，旨在通过操作虚拟设备，利用虚拟现实设备对物理设备进行控制。

首先，打开支持 WebVR 的网页浏览器，输入基于 WebVR 的 NCSLab 网址以访问系统。单击“开始实验”按钮登录 NCSLab 系统。在左侧菜单栏中，选择“二级倒立摆实验”。

在主页面上，进入三维子页面。然后，在实验算法子页面中选择系统默认的控制算法进行下载。或者，也可进入算法设计子页面，点击“创建新模型”按钮，进入设计界面并构建完整的控制算法框图。

从左侧的设备模型中，选择双倒立摆系统模块。然后选择增益模块，以设计线性二次型调节器控制器的反馈矩阵。选择阶跃信号作为输入，并添加其他模块以完成控制算法的设计。

单击“开始仿真”按钮。仿真完成后，观察所设计算法的控制效果。单击“编译”按钮以生成控制算法。

编译后的算法将存储在“实验算法”子页面和“算法设计”子页面的私有算法区域。然后，在控制算法部分右侧，点击“下载算法”按钮。在“监控配置”子页面中，选择一个实验配置并开展实验。

自定义监控配置，并从“监控配置”子页面的编辑界面中提供的多种组件中进行选择。对于虚拟现实实验，请选择3D模型组件。点击“开始实验”按钮。

然后点击 3D 模型组件右下角的 VR 按钮以启动 VR 实验。使用支持 WebVR 沉浸式交互的 WebVR 模拟器扩展程序和 VR 设备来选择访问方式。使用手柄控制器与双倒立摆系统进行交互。

为了与双倒立摆系统进行交互，请将手柄移近立方体。按下触发按钮以抓取立方体，此时双倒立摆系统将停止运动。移动手柄以控制立方体的位置。

将立方体放置到目标位置后，松开触发按钮即可释放立方体。