基于網絡的燃氣輪機虛擬仿真教學平臺設計

王志濤，趙寧波，李鐵磊，李淑英

(哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001)

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基于網絡的燃氣輪機虛擬仿真教學平臺設計

王志濤，趙寧波，李鐵磊，李淑英

(哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001)

通過對燃氣輪機虛擬仿真平臺性能需求和功能需求的分析，設計了系統的邏輯結構和功能結構。該仿真平臺基于三層B/S模式，采取Java設計并開發Web界面，以MySQL作為數據庫，應用Tomcat作為服務器，ActiveMQ作為消息隊列的提供者，搭建Web服務器，以M函數文件作為接口來命令MATLAB進行用戶需求的仿真計算。

網絡；燃氣輪機建模；虛擬仿真

高等教育主要通過實驗進行研究和教學，但對于燃氣輪機這種大型的動力裝置，傳統的實驗教學模式存在諸多問題與難點，這些實驗所需要的實驗設備通常是大型的機械裝置，這種大型設備占地空間大，運行和維護的成本較高，對于高校實驗室而言，提供這種大型機械設備比較困難，難以進行針對大型動力機械設備本體的實驗教學工作，學生對大型動力機械設備無法形成全面系統的認識。通過虛擬實驗仿真平臺的應用，可以有效解決這些問題，虛擬仿真實驗平臺具有成本低、安全性高等特點。

1 燃氣輪機虛擬仿真教學平臺相關技術介紹

1.1 Java技術簡介

Java是美國Sun公司推出的一種可以撰寫跨語言應用程序的面向對象的程序設計語言，具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性，是個簡單、面向對象、分布式、解釋性、健壯、安全與系統無關、可移植、高性能、多線程和靜態的語言。

1.2 JDBC技術

JDBC是Java數據庫連接技術(Java Data Base Connectivity)的簡稱，由Java編程語言編寫的類和接口組成，為工具和數據庫開發人員提供了一套訪問關系型數據庫的標準庫。JDBC可以高效訪問多種常用數據庫(如Oracle、SQL Server和My SQL等)。

1.3 B/S模式

B/S(Browser/Server)模式即瀏覽器和服務器模式，它是隨著WEB興起后的一種網絡結構模式。它以HTTP為傳輸協議，客戶端通過瀏覽器訪問WEB服務器和與其連接的后臺數據庫，服務器接收發自瀏覽器的請求，然后從數據庫中獲取數據并在WEB服務器上按業務邏輯運行處理后，將處理結果傳回瀏覽器的運行模式。

1.4 Servlet技術

Servlet是用Java編寫的運行在Web服務器上的程序，它可以調用服務器端的類，也可以被調用，它本身也是一個類。Servlet由Web服務器負責編譯執行，當瀏覽器訪問Servlet時，服務器將啟動一個線程來響應，運行效率較高。

2 燃氣輪機虛擬仿真教學平臺需求和功能分析

燃氣輪機虛擬仿真平臺應具有簡潔性、可用性、易操作性、界面設計友好，能滿足大多數用戶的使用習慣和要求。燃氣輪機結構復雜，在調試過程中常常受到很多限制，實驗的消耗非常巨大，而且在實驗過程中也存在不安全的因素。燃氣輪機仿真技術可以使部分或全部實驗在計算機上進行，既可以確保安全，同時也降低實驗消耗成本。燃氣輪機性能仿真程序為用戶提供一個燃氣輪機仿真平臺，用戶通過在燃氣輪機動力裝置虛擬仿真實驗平臺上注冊賬號，登入系統界面，進行仿真實驗。

3 數據庫的設計

在系統開發中，為了避免信息的丟失，往往將大量有用的、重要的數據信息儲存在數據庫中，因此數據庫對系統前期開發、當前運行和日后維護都至關重要。數據庫的表結構設計也很重要，該平臺主要設計了燃氣輪機模型表、角色信息表、用戶注冊信息表和使用日志表等。燃氣輪機模型信息表，主要用于記錄一些可以提供給用戶的燃機模型；角色信息表，主要用于記錄使用角色和權限；用戶注冊信息表，主要用于記錄用戶的注冊是填寫的相關信息；使用日志信息表，主要用于記錄用戶登錄的時間和進行的操作。

4 燃氣輪機虛擬仿真教學平臺功能實現

在部署Java開發環境(JDK)之后，就可以編寫程序，通過這些代碼可以實現燃氣輪機動力裝置虛擬仿真實驗平臺的登錄界面，用戶可以進行登錄和注冊操作，實現登錄界面如圖1所示。

圖1 登錄界面Fig.1 Login interface

用戶完成注冊后，在登錄界面輸入自己的用戶名和密碼，就可以登錄系統首頁，系統首頁在首頁左側是菜單，包括分軸燃機動態實驗、三軸燃機動態實驗、分軸燃機穩態實驗、三軸燃機穩態實驗和單軸燃機啟動仿真實驗五大部分，在動態實驗下包括燃機帶螺旋槳負載和帶發電機負載兩個選項，在穩態實驗下除了帶兩種不同負載的情況，還包括燃機外特性計算。用戶根據自己的需要選擇模型進行仿真計算，例如，選擇分軸燃機+螺旋槳負載，點擊菜單中的該選項，進入參數設置頁面，該頁面中已經設置了默認參數，用戶可根據需要自行設置參數，參數設置頁面如圖2所示。

圖2 系統的參數設置頁面Fig.2 Parameter setting page of the system

用戶設置完參數后，可輸入要仿真的時間，計算完成后，以曲線和表格的形式呈現仿真結果，界面左側為依據仿真結果繪制的曲線，頁面右側為仿真結果的表格，這樣既可以直觀看到計算結果的趨勢，也可以得到準確的計算結果，如圖3所示。

圖3 仿真結果的顯示Fig.3 The display of stimulation result

5 結語

針對在Web網頁中實現燃氣輪機性能仿真實驗的功能，在MATLAB優秀的建模和仿真計算能力的基礎上，結合Java開發網頁的功能，設計開發了一個基于Web的燃氣輪機虛擬仿真實驗平臺，實現了Web技術和MATLAB仿真計算功能的結合。

燃氣輪機虛擬仿真平臺將Web技術與MATLAB的仿真計算功能結合在一起，實現了燃氣輪機虛擬仿真實驗平臺的網絡化，方便了研究生對燃氣輪機的科學研究，豐富了高校的實驗教學手段。

[1] 費景洲.船舶動力技術實驗教學中心內涵建設探索[J].實驗技術與管理，2014，31(6)：159-168.

[2] 王添財.基于JavaEE的在線考試系統的設計與實現[D].廣州：華南理工大學，2014.

[3] 陳巧婷.基于Java Web的網上培訓報名系統的設計與實現[D].長春：吉林大學，2015.

[4] 楊寶林.基于Java Web的學生成績信息管理系統[D].長春：吉林大學，2015.

Design of virtual simulation teaching platform for gas turbine based on network

WANG Zhi-tao, ZHAO Ning-bo, LI Tie-lei, LI Shu-ying

(Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Through the analysis on performance and functional requirements of gas turbine virtual simulation platform, logical and functional structure of the system is designed. Based on three-layer B/S mode, the Web interface is designed and developed by Java taking MySQL as database, Tomcat as a server application, and ActiveMQ as a message queue provider to build a Web server, and M-file is used as the interface to command MATLAB to simulate calculation of users’ requirements.

Web; Gas turbine modeling; Virtual simulation

2017-01-22

王志濤(1981-)，男，講師，博士。

TP391.9

A

1674-8646(2017)03-0062-02

項目資助：2016年哈爾濱工程大學研究生教改立項(JG2016YYB03)