引言
虚拟仿真在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法[1,2]。
一、当前控制系统仿真课程现状
目前传统的针对控制系统设计控制器的实验设备与实际系统的运行流程及效果相去甚远[3]，教学实验也受到实验经费及实验场地所限，学生在实验过程中接触的模型比较抽象，不能充分调动学生的积极性[4]。国内许多高校都根据自身科研和教学需求建立了虚拟仿真实验室。本文主要是利用虚拟仿真技术使学生具有身临其境的真实体验感。开发虚拟仿真实验具有友好的人机交互界面，利用率高，能同时提供多人在线学习，可以节省硬件费用并提高教学效率[5]。
二、虚拟仿真课程实验平台的构建
1. 通过问题式学习法(PBL)教学提升课堂效果
PBL方法作为一种课程结构和方法，强调学生同时发展高层次的思维方式、掌握知识基本概念和实践能力[6]。本教学平台正是通过给学生设立一个合理的问题设定，构建互动式教学模式。由此本文提出一个关于自主倒车系统的路径优化控制问题，让学生明确需要解决的实际问题是什么。
2. 基于现代智能方法的仿真课程虚拟实验平台
为了改善实验课程效果，开发了一个基于倒车控制算法的仿真课程虚拟实验平台。主要对自动泊车过程进行模型构建、算法设计、平台搭建以及三维仿真的设计。针对倒车过程中的系统模型建立，图形展示，控制器设计，路径优化评价等等进行开发。通过分析车辆动力学模型，了解小车泊车原理和参数变化，利用MATLAB VR工具箱搭建虚拟现实场景，在Simulink中以模糊控制算法为基础，建立自动泊车控制系统平台，而后在Simulink中将仿真平台与虚拟现实场景相连接，对泊车过程采用三维动画来实现。
针对自动倒车系统的车辆进行虚拟现实模拟，合理模拟车辆的位置，位姿角度，运行轨迹，实现可视化控制效果，另外还包括场地场景的构建，墙体，车库围栏，车辆方向盘操纵盘的模拟。利用虚拟仿真技术使学生具有身临其境的真实体验感，改进后的虚拟仿真实验具有友好的人机交互界面，易维护的算法接口，可以使学生尽快的熟悉真实场景与数学模型之间的关联关系，更具有直观性，节省学生熟悉操作时间并提高教学效率。
本平台解决的一个重要问题就是建立倒车系统中的车辆，车库，围栏，墙壁等对象的三维模型，以供渲染虚拟场景使用。通过虚拟现实引擎可以描述虚拟场景的环境、三维对象的运动、物体行为、碰撞等所有内容。运行开始可以设定参数以及模式，并选择仿真任务，根据所选情况进入到相应模块。在这个过程中允许学生采用自己设置的控制器来控制系统场景，效果以及运行结果直接可视化，并可进行在线修改，以达到对学生实践操作技能进行锻炼的目的。
在此平台中，学生可根据老师提出的实际问题结合所学知识对模糊控制算法进行自主修改，老师鼓励有余力的同学们大胆改换更适合的智能控制算法。
三、虚拟仿真实验平台教学成果
本虚拟仿真实验平台在我校自动化专业2018级同学的控制系统数字仿真课程实验中进行了大范围的应用推广，使用学生为90人，实验次数达到200余人次；在面对全校各专业设置的开放性创新实验中有17名学生分6组参加实验。大多数学生通过该实验平台对MATLAB核心的编程技能的掌握有了极大提升，对控制系统控制器设计有了更深的理解。
四、结语
本实验系统培养了学生深入理解本专业基础知识的能力，提升了实验能力，动脑、动手的能力。通过本实验平台的算法设计，实验结果分析，锻炼和培养了学生的概括、抽象逻辑思维能力；在遇到问题需要处理时，则可以锻炼学生的探索以及创新能力。综上所述，本实验平台的应用是提升学生各方面创新能力的重要途径，提高了人才的培养质量。
参考文献
[1] 罗竞. 虚拟仿真在产品设计中的应用研究综述 [J]. 中国设备工程.2018(6):133-134.
[2] 张春明, 杨天鸿. 虚拟仿真教学实验中心教与学互动设计与实验 [J]. 实验科学与技术.2021,19(4):68-74.
[3] 杨翠丽, 石婷, 雷飞, 等. 自动控制系统虚拟仿真实验教学研究 [J]. 未来与发展.2021,45(6):84-90.
[4] 胡海林, 汪涛. 虚拟仿真实验助力电气工程与自动化专业本科教学 [J]. 中国多媒体与网络教学学报(上旬刊). 2020(10):7-9.
[5] 孙佃升. 浅谈国内高校虚拟仿真实验中心建设及仿真实验教学——以电气、自动化专业为例 [J]. 电子世界. 2018(22):42-43.
[6] 刘芳芳, 谭伟浩, 高东玲. 基于PBL的数控编程与加工实训教学模式探讨 [J]. 汽车实用技术. 2021,46(18):190-192.
[作者简介]李寿涛（1975—），男，吉林长春人，吉林大学通信工程学院教授；研究方向为智能机械与机器人控制方法研究、汽车电子控制技术研究等。
[通信作者]杨路（1997—），男，河北保定人，吉林大学通信工程学院硕士研究生（在读）
