導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計算機仿真技術(shù)及應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關(guān)鍵詞]計算機仿真 計算機模擬 虛擬

中圖分類號：U73 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）46-0235-01

隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實仿真在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用， 使用計算機進行仿真的研究和應(yīng)用也是如火如荼。計算機仿真 （Computer Simulation）又稱計算機模擬 （Computer Analogy）， 它是分析和研究系統(tǒng)運行行為、揭示系統(tǒng)動態(tài)過程和運動規(guī)律的一種重要手段和方法， 是系統(tǒng)仿真的一個重要分支。系統(tǒng)仿真就是建立系統(tǒng)的模型，并在模型上進行實驗的過程。系統(tǒng)仿真技術(shù)實質(zhì)上就是建立仿真模型并進行仿真實驗的技術(shù)。因此， 通俗的說， 計算機仿真就是指在實體尚不存在、或者不易在實體上進行實驗的情況下， 對考察對象進行建模， 然后通過計算機編程考察對象在系統(tǒng)參數(shù)以及內(nèi)外環(huán)境條件改變的情況， 達到全面了解和掌握考察對象特性的目的。本文主要在介紹計算機仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上， 談?wù)動嬎銠C仿真技術(shù)的應(yīng)用。

1、計算機仿真技術(shù)的綜合概述

1.1 計算機仿真技術(shù)的定義

計算機仿真系統(tǒng)是建立在現(xiàn)實理論和相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，其中包括信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)以及控制理論、仿真理論等。它是以計算機為載體，以其他物理設(shè)備為主要工具，通過建立仿真模型對現(xiàn)實系統(tǒng)進行動態(tài)試驗，并結(jié)合相關(guān)學(xué)科知識和信息資料對動態(tài)試驗的結(jié)果進行分析和研究，以此對抽象問題做出決策。計算機仿真技術(shù)已經(jīng)成為一門新的學(xué)科，是利用計算機技術(shù)和仿真理論來研究問題對象的重要技術(shù)手段和方法。

1.2 計算機仿真技術(shù)的發(fā)展

自從計算機仿真技術(shù)誕生以來，就受到世界各國的廣泛關(guān)注和高度重視。它是以計算機為基礎(chǔ)，根據(jù)問題對象的實際要求，建立真實的數(shù)學(xué)模型，并將其轉(zhuǎn)換成仿真模型。在不同的決策問題下，利用計算機系統(tǒng)來演示運行狀態(tài)，從而將抽象問題真實地展現(xiàn)在計算機系統(tǒng)顯示器上，它涉及計算理論、控制理論以及各種實際系統(tǒng)的專業(yè)理論知識，并且綜合多學(xué)科領(lǐng)域的一項綜合性技術(shù)。當前，計算機仿真技術(shù)在國防、能源、交通、航空航天等軍事領(lǐng)域和其它領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。計算機仿真技術(shù)起源于美國，后來被多個國家引進和推廣，并且將該項技術(shù)列為國防軍事重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，由此可見，計算機仿真技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的地位和作用。

2、計算機仿真的步驟及關(guān)鍵技術(shù)

計算機仿真的步驟一般為：（1）建立數(shù)學(xué)模型。應(yīng)考慮觀測數(shù)據(jù)的表達和專家的經(jīng)驗，利用各種手段對計算機進行分析，建立一個特有的數(shù)學(xué)模型。（2）數(shù)據(jù)模型的程序化。利用先進的自動編程軟件，進行交互操作，完成數(shù)據(jù)模型的程序化。（3）仿真實驗。在仿真實驗之前，應(yīng)提前設(shè)置一套詳細的實驗方案，根據(jù)具體的要求進行仿真模型的運行，以達到實驗的效果。

目前，計算機仿真計算的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：（1）智能仿真。通過先進的科學(xué)技術(shù)，把人類的思維行為植入整個仿真過程中，以知識為核心進行不斷的研究、開發(fā)，使人工智能和仿真技術(shù)有機的結(jié)合起來，仿造出與現(xiàn)實相近的景物和物體，以滿足現(xiàn)代人們生活的需求。（2）面向?qū)ο蟮姆抡?。由人們的主觀意識，通過功能設(shè)計研究開發(fā)，整合為圖片、動畫，以實現(xiàn)對象能夠清楚的獲取信息，引起系統(tǒng)的活動。（3）人機和諧仿真。從可視化仿真、虛擬仿真和多媒體仿真多個角度反應(yīng)出計算機仿真的實際作用。（4）分布交互仿真。利用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可實現(xiàn)多方面仿真設(shè)備的互連，使時間與空間相互的配合，以達到一種虛擬的仿真環(huán)境。

3、計算機仿真技術(shù)應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)首先在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用的，目前，它在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以下我們主要討論其應(yīng)用的幾個主要方面：

3.1軍事領(lǐng)域。主要運用在虛擬戰(zhàn)場、戰(zhàn)場的戰(zhàn)術(shù)使用訓(xùn)練、戰(zhàn)場評估、武器對抗效能評估等。目前這方面的仿真軟件有國內(nèi)神州普惠的 DWK。

3.2航空航天領(lǐng)域。主要仿真對火箭發(fā)射、衛(wèi)星釋放、太空行走、嫦娥登月等計算機仿真試驗。

3.3教學(xué)領(lǐng)域。如通過計算機網(wǎng)絡(luò)試驗仿真和教學(xué)試驗仿真可以讓學(xué)生通過觀看網(wǎng)絡(luò)運作動畫、分析網(wǎng)絡(luò)性能結(jié)果和設(shè)計簡單網(wǎng)絡(luò)實體，更容易、深入地理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法的復(fù)雜行為，收到更好的教學(xué)效果。

3.4工業(yè)制造行業(yè)的仿真。如機械加工過程，是機械行業(yè)進行生產(chǎn)的基礎(chǔ)。利用計算機仿真，有助于發(fā)現(xiàn)其機理，為提高機械加工性能提供理論支持。主要包括：汽車制造是機械行業(yè)、齒輪設(shè)計方面、磨削方面、故障診斷、在疲勞壽命判斷、于刀具設(shè)計、微鉆頭設(shè)計、滲碳層濃度分布、含間隙機構(gòu)、空調(diào)制冷系統(tǒng)的研制和包裝機械的開發(fā)等。

3.5氣象預(yù)測領(lǐng)域。這是一個典型的無法進行物理模型試驗的領(lǐng)域，計算機仿真技術(shù)成為氣候變化、氣候預(yù)測的唯一手段。

3.6社會系統(tǒng)仿真。利用仿真技術(shù)可有效的分析我國人口的浮動對社會造成的影響。

3.7醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的仿真。計算機仿真技術(shù)以應(yīng)用與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過具體的模型，進行模擬操作，可實現(xiàn)手術(shù)科學(xué)化、精確化，服務(wù)于民。

3.8經(jīng)濟管理領(lǐng)域。通過搜集各地方財政收支、股市等運行情況，進行系統(tǒng)化分析，通過計算機仿真技術(shù)，可實現(xiàn)國家經(jīng)濟的宏觀管理。

3.9城市建設(shè)領(lǐng)域。利用計算機仿真技術(shù)可實現(xiàn)城市建設(shè)領(lǐng)域的仿真，使人們更好的了解當?shù)亟煌ㄟ\行情況，進而實施有效的規(guī)劃。

4、結(jié)語

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機仿真技術(shù)在未來的發(fā)展道路上將進一步完善和提高，這是計算機仿真技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。因為，仿真技術(shù)是以計算機為基礎(chǔ)，加上計算機技術(shù)和通信技術(shù)的相互融合，進一步促進了社會現(xiàn)代化、信息化發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，計算機仿真技術(shù)必將得到飛速發(fā)展。由此可見，計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，而且應(yīng)用效果越來越好，必將成為當今計算機領(lǐng)域發(fā)展的新面孔。

參考文獻

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[2] 龔小剛. 計算機仿真技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 硅谷. 2008（16）

篇2

關(guān)鍵詞：云；仿真；教學(xué)

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

基于云技術(shù)的高校計算機仿真教學(xué)模式是一種新型教學(xué)模式，能夠?qū)⒗碚撆c實踐有效結(jié)合，是未來教學(xué)形式向智能化方向發(fā)展的基礎(chǔ)。以強大的云技術(shù)為依托平臺借助于計算機多媒體技術(shù)的仿真教學(xué)方式，教師在教學(xué)過程中使用新型的教學(xué)思想進行教學(xué)設(shè)計，用虛擬的仿真教學(xué)情景給學(xué)生建立一個開放式的學(xué)習環(huán)境，能充分調(diào)動學(xué)生的感官、思維等全方位的因素參與到其中，培養(yǎng)學(xué)生的全局思維能力和解決問題的能力，能極大提高學(xué)習效率[1]?；谠萍夹g(shù)的高校計算機仿真教學(xué)模式實現(xiàn)了理論―實踐―理論的同步仿真，實現(xiàn)了理論實踐的結(jié)合，提高學(xué)生的動手實踐能力和理論應(yīng)用于實踐解決實際問題的能力，促進學(xué)習與就業(yè)的有機結(jié)合。

2 計算機仿真教學(xué)現(xiàn)狀（Present situation of

computer simulation teaching）

根據(jù)多年的高校教學(xué)實踐研究表明，教學(xué)中把就業(yè)崗位對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的要求作為依據(jù)，重視培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，以知識本位向能力本位的轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?，進行教學(xué)內(nèi)容和方法的整合，對于增強學(xué)生的學(xué)習興趣、提高學(xué)生的實踐技能、增強職業(yè)競爭能力、提高教學(xué)質(zhì)量有重要意義。計算機仿真教學(xué)模式能夠真正激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，幫助學(xué)生構(gòu)建更靈活、更深層次的知識結(jié)構(gòu)體系。有試驗結(jié)果表明：仿真教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)進行比較，多數(shù)學(xué)生在仿真教學(xué)環(huán)境中學(xué)習可以記憶整個課程多于2/3的內(nèi)容，而在傳統(tǒng)教學(xué)模式下只能記憶不到1/3的內(nèi)容。憑借云技術(shù)的強大存儲功能等，使用計算機仿真模式進行教學(xué)，教師引導(dǎo)，學(xué)生身臨其境，調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生自學(xué)并反復(fù)試驗，提高學(xué)習能動性，增強創(chuàng)新意識?；谠萍夹g(shù)的計算機仿真教學(xué)將理論與實踐真正相結(jié)合，將為高校教學(xué)發(fā)展帶來新的方向。

現(xiàn)代計算機技術(shù)的普及帶動了仿真技術(shù)的發(fā)展。仿真技術(shù)已經(jīng)能夠使用科學(xué)方法建構(gòu)復(fù)雜的物理模型提示真實世界的變化規(guī)律，在許多領(lǐng)域進行應(yīng)用。仿真技術(shù)已在世界范圍內(nèi)許多知名高校的研究等領(lǐng)域中應(yīng)用；計算機仿真教學(xué)在國內(nèi)外的許多課程中進行過使用；在我國高校中，應(yīng)用基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)是一種新的教育理念，各高校正在進行積極的探索。2014年4月22日在北京召開了首屆京城高校虛擬仿真實踐教學(xué)研討會，提出成立首都高校虛擬仿真聯(lián)盟，建立推進虛擬仿真實踐教學(xué)和首都高校間資源和經(jīng)驗分享的平臺[3]。在我省高校中，計算機仿真教學(xué)還處于比較落后的起步階段，這種新型的教學(xué)模式為學(xué)生及專業(yè)教師提供了教學(xué)和研究的新平臺，延展了創(chuàng)新的想象空間，有很大的發(fā)展空間和很好的發(fā)展前景。

3 基于云技術(shù)的高校計算機仿真教學(xué)應(yīng)用――以

電子商務(wù)課程為例（The application of computer

simulation in teaching of cloud technology―a

case study of EC courses）

3.1 電子商務(wù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

電子商務(wù)專業(yè)雖然已經(jīng)出現(xiàn)多年，但國內(nèi)高校沒有形成系統(tǒng)完整的專業(yè)理論體系。當前高校電子商務(wù)專業(yè)的教學(xué)中然而存在一些不可忽視的問題：課程設(shè)置方面。因為缺乏對電子商務(wù)相關(guān)實際應(yīng)用的理解，在許多高校中相關(guān)課程設(shè)置具有極大的隨意性，多數(shù)只是把相關(guān)商務(wù)、管理和電子技術(shù)方面的課程進行簡單的羅列堆砌，不能適合電子商務(wù)專業(yè)實際需求。專業(yè)師資隊伍方面。國內(nèi)高校中從事電子商務(wù)教學(xué)的教師大多是抽調(diào)出來的經(jīng)管或計算機類教師，知識不夠系統(tǒng)專業(yè)，缺乏電子商務(wù)專業(yè)實踐經(jīng)驗，很少參與實際電商企業(yè)的項目運作，講授專業(yè)課程時不能達到專業(yè)知識的外延和拓展。專業(yè)實踐方面。電子商務(wù)專業(yè)是一個新型的跨學(xué)科的綜合專業(yè)；培養(yǎng)的是能系統(tǒng)掌握電子商務(wù)專業(yè)的理論知識和技能、熟悉電子商務(wù)業(yè)務(wù)流程并能從事電子商務(wù)活動的應(yīng)用型復(fù)合型人才。雖然許多高校正在加強實訓(xùn)教學(xué)，但多數(shù)缺乏針對專業(yè)就業(yè)的連貫性，不能很好的達到針對專業(yè)就業(yè)的實訓(xùn)目的。

3.2 電子商務(wù)課程中基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)模式

的構(gòu)建

使用基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)模式能夠為學(xué)生構(gòu)建一個虛擬的仿真模擬環(huán)境，模擬電子商務(wù)的各項活動，具有仿真性、可操作性和適應(yīng)性強的特點[2]。學(xué)生借助于云端存儲的相關(guān)軟件環(huán)境模擬實際電子商務(wù)項目環(huán)境，模擬參與電子商務(wù)實務(wù)活動；計算機軟件的操作便捷人性化；仿真教學(xué)環(huán)境能夠作為與專業(yè)相關(guān)課程的實訓(xùn)環(huán)境，提高實踐技能。根據(jù)崗位群開發(fā)仿真教學(xué)課件，根據(jù)專業(yè)實訓(xùn)的培養(yǎng)要求進行課程設(shè)計，基于云技術(shù)開發(fā)仿真崗位模擬場景和符合教學(xué)需求的互動式教學(xué)應(yīng)用平臺，為培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力提供更理想更完善的方案。從就業(yè)崗位對專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)的要求出發(fā)，以項目教學(xué)為主線進行課程實訓(xùn)內(nèi)容的整合，采用情景模擬和計算機輔助教學(xué)為主要手段。借助于云的強大存儲功能平臺，針對專業(yè)課程內(nèi)容和特點遵循專業(yè)方向和教學(xué)內(nèi)容。計算機仿真和真實裝置相結(jié)合創(chuàng)建教學(xué)的仿真物理場所和軟件環(huán)境（存儲于云空間即用即?。?，以就業(yè)為導(dǎo)向，用實驗、見習、實踐的方式進行實踐模擬，注重安全要求，集中管理，聯(lián)合開發(fā)，實現(xiàn)資源整合與優(yōu)化?？己松希抡婺M教學(xué)完成整體項目的過程中，專業(yè)技能鑒定與考核等領(lǐng)域以學(xué)生的表現(xiàn)為主，附帶平時成績，最終作為評定等級的依據(jù)。

基于云技術(shù)的高校計算機仿真教學(xué)可以解決電子商務(wù)專業(yè)教學(xué)上存在的問題，教學(xué)系統(tǒng)平臺存儲于云端，使用三維建模方式模擬電子商務(wù)實踐環(huán)境，數(shù)據(jù)量小、速度快、精度高、互動性強。平臺提供了電子商務(wù)專業(yè)課程教學(xué)中真實模擬互動性的教學(xué)和實踐環(huán)境，讓學(xué)生在親身實踐的過程中提高學(xué)習效率。學(xué)生通過實際操作，認知并掌握相關(guān)專業(yè)知識，通過崗位角色扮演來體驗相關(guān)工作流程和崗位職責。憑借管理模塊任課教師可以掌控教學(xué)過程和學(xué)生操作情況，進行必要的控制和引導(dǎo)。通過教學(xué)系統(tǒng)平臺的考核模塊教師可以對每個學(xué)生進行跟蹤及考核評價。

3.3 電子商務(wù)課程中基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)的具

體應(yīng)用

高校電子商務(wù)專業(yè)教學(xué)中使用基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)，常見的方法包括：課堂演示，情景模擬，認識實踐等。以電子商務(wù)專業(yè)教學(xué)為對象，針對專業(yè)性質(zhì)和教學(xué)特點進行具體的規(guī)劃。憑借云技術(shù)的基于網(wǎng)絡(luò)的仿真教學(xué)系統(tǒng)平臺、課件、資料庫、仿真實訓(xùn)的教學(xué)軟件（包括教學(xué)過程的多媒體課件；操作仿真技能的訓(xùn)練；模擬實際專業(yè)崗位的各種學(xué)習和工作環(huán)境等）；教師和學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)PC終端登錄使用云空間里存儲的相關(guān)教學(xué)資源；在同一個網(wǎng)絡(luò)多媒體機房，合法用戶可以進行不同的實訓(xùn)練習；集中管理各種資源更安全，添加、修改、上傳、下載等使用更方便。

構(gòu)建電子商務(wù)交易的真實過程和相應(yīng)的計算機仿真教學(xué)系統(tǒng)，多媒體網(wǎng)絡(luò)機房能滿足現(xiàn)有各種仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的要求（電商方、客戶方、物流配送方、第三方等）。實現(xiàn)仿真系統(tǒng)與真實電商系統(tǒng)在線連接，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息與真實數(shù)據(jù)信息進行比較，指導(dǎo)學(xué)生的操作。軟件技術(shù)和Internet支持平臺運行，教師與平臺中學(xué)生實時溝通，實現(xiàn)電子商務(wù)完整交易過程的各環(huán)節(jié)的實時動態(tài)信息和數(shù)據(jù)的交互。采用局域網(wǎng)和Internet結(jié)合使用的模式可以方便的對仿真平臺系統(tǒng)進行擴充和統(tǒng)一維護管理。包括進行用戶注冊、遠程登錄、調(diào)試等，所有資源以云技術(shù)在“云端”共享。 以淘寶、天貓商城等作為實踐平臺進行仿真教學(xué)的案例，如以現(xiàn)有的已經(jīng)開設(shè)的淘寶商鋪作為仿真系統(tǒng)中的模擬電商方，學(xué)生分組形式進行仿真系統(tǒng)的崗位模擬：部分學(xué)生注冊淘寶會員并用賬戶和密碼登錄作為仿真系統(tǒng)中客戶方，部分學(xué)生登錄商鋪作為仿真系統(tǒng)中電商方的客服，部分學(xué)生作為仿真系統(tǒng)中電商方的庫存管理員，部分學(xué)生作為仿真系統(tǒng)中下訂單后的在線支付（經(jīng)過支付寶作）或者電子銀行系統(tǒng)（快捷支付）為第三方，部分學(xué)生作為模擬的仿真系統(tǒng)中的物流配送方，部分學(xué)生作為仿真系統(tǒng)中電商方的售后服務(wù)客服方等，模擬各個環(huán)節(jié)的進程，最終完成項目形式的電子商務(wù)完整交易。具體包括：收集相關(guān)資料，進行學(xué)生分組；申請并注冊開設(shè)電商方（如淘寶）店鋪，注冊客戶端用戶、注冊支付寶賬戶等；制定仿真電商交易完整方案；進行仿真系統(tǒng)進程，學(xué)生按部就班地進入崗位角色，展開電子商務(wù)過程；教師的總結(jié)點評，教學(xué)內(nèi)容的延伸等。

4 結(jié)論（Conclusion）

構(gòu)建基于云技術(shù)的高校計算機仿真教學(xué)模式和工作平臺，完成高校實訓(xùn)資源網(wǎng)絡(luò)版的整合，體現(xiàn)專業(yè)特點直接面向就業(yè)崗位激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，為學(xué)生提供自學(xué)平臺，培養(yǎng)團隊合作精神，提高了學(xué)生的學(xué)習能動性，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。計算機仿真的教學(xué)環(huán)境由虛擬環(huán)境平臺產(chǎn)生和提供，讓學(xué)生通過角色扮演和操作體驗與仿真系統(tǒng)平臺進行交互，學(xué)生能夠全身心投入進行各個工作崗位模擬?；谡鎸崝?shù)據(jù)模型構(gòu)建的仿真教學(xué)環(huán)境的嚴格遵循電子商務(wù)實際項目的標準和要求，建立逼真的環(huán)境和場景，對設(shè)施進行真實的“再現(xiàn)”，能使學(xué)生在仿真環(huán)境中進行充分的人機交互和實際參與，減少因為知識掌握不全面可能造成的各種損失等，提高了項目任務(wù)的學(xué)習質(zhì)量。通過在高校電子商務(wù)專業(yè)課程教學(xué)中試行，基于云技術(shù)的計算機仿真教學(xué)模式能夠帶來更好的教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習效率，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)理論聯(lián)系實踐的具有綜合作用的新型教學(xué)手段。

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html 2014-04-30.

作者簡介：

篇3

【關(guān)鍵詞】計算機仿真軟件 電力電子技術(shù) 應(yīng)用 方法

電力電子技術(shù)在電力領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的位置，在變換、控制電能方面發(fā)揮著不可替代的作用。當前，電力電子技術(shù)發(fā)生了變革：半控轉(zhuǎn)變?yōu)槿?。電路日趨繁雜的形勢，給生產(chǎn)實踐帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。近年來，計算機仿真軟件在電力電子領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的成績。實踐證明，計算機仿真軟件的導(dǎo)入，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計、電機驅(qū)動研究等提供強有力的仿真環(huán)境。文章從常用計算機仿真軟件；常用計算機仿真軟件的特點；計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用方法三個方面進行了詳細探討。

1 常用計算機仿真軟件

計算機仿真技術(shù)是在現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類綜合性技術(shù)，包括信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形及圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、自動化技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等，其目的是對系統(tǒng)的設(shè)計方案和運行進行了解。目前常用的計算機仿真軟件有MATLAB、pspice、PSCAD等。其中，MATLAB計算機仿真軟件的應(yīng)用環(huán)境主要有科學(xué)計算、可視化等，其功能全面，能夠滿足各個行業(yè)建模仿真的需求。對于MATLAB而言，Simulink是其核心組成部分，其可以構(gòu)建出集綜合分析、仿真等于一體的工作環(huán)境。pspice用于模擬電路、數(shù)字電路和集成電路的仿真。具有電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬和計算電路。PSCAD計算機仿真軟件除了可以簡易模擬直流輸電系統(tǒng)及其他相關(guān)控制系統(tǒng)等復(fù)雜電力系統(tǒng)之外，還可以對研究電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)模擬產(chǎn)生積極的作用。此外，其與實時數(shù)字模擬器RTDS硬件的聯(lián)合使用可用于研發(fā)模擬器，例如：大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。

2 常用計算機仿真軟件的特點

2.1 圖形界面友好，操作簡單易用

在使用過程中，計算機仿真軟件大都表現(xiàn)出圖形界面友好、操作簡單易用的特點。具體操作時，點擊、拖曳相應(yīng)的功能模塊，并依據(jù)電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系進行連接。實踐證明，其不僅操作簡便，而且與電力電子技術(shù)知識存在著很強的聯(lián)系。對于學(xué)習者而言，只要具備基本的計算機軟件、電力電子技術(shù)知識，就能夠迅速掌握應(yīng)用技巧。

2.2 建立仿真工程的步驟相似

在實際操作中，這些計算機仿真軟件的工作步驟存在著共性，換句話說，其工作步驟相似。通常，其計算機仿真軟件工作步驟主要由建立仿真工程文件、電氣連接元件、運行仿真操作、分析仿真數(shù)據(jù)等構(gòu)成。

2.3 節(jié)省物力

所謂的節(jié)省物力指的是事件及儀器設(shè)備。一般來說，計算機仿真軟件應(yīng)用于正式設(shè)計實際電路之前，通過隨意設(shè)置電路參數(shù)、更換電路元件等實驗，以對設(shè)計進行分析，從而提高設(shè)計的科學(xué)性、合理性。與此同時，計算機仿真軟件還在簡化實際電路操作步驟方面具有一定的作用，對提高設(shè)計人員工作成效頗有益處。

2.4 軟件升級迅速及時

通常，計算機仿真軟件在升級方面呈現(xiàn)出迅速、及時的特點，換句話說，伴隨著科學(xué)發(fā)展而發(fā)生變化。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新能源的迅猛發(fā)展帶動了計算機軟件的發(fā)展，主要表現(xiàn)為模型（風機、光伏發(fā)電等）的增加。此外，計算機仿真軟件為滿足用戶日益增長的需求，其版本亦不斷優(yōu)化、升級。

3 計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用方法

3.1 計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)模擬方面的應(yīng)用方法

在晶體管三極管電路實驗中，其參數(shù)的一致性較差，極易導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。而將計算機仿真圖形的引入，對檢驗誤差大小、觀察瞬時電路參數(shù)等有所幫助。此外，計算機仿真軟件在實現(xiàn)改變元件參數(shù)值環(huán)節(jié)中毋須替換電子元件，并可以在相同時間內(nèi)觀察到更多特性曲線的變化在實際操作中，可通過改變局部電路參數(shù)，帶動其輸出特性發(fā)生變化，進而更好地觀察電路變化、學(xué)習、掌握電力電子技術(shù)應(yīng)用技巧。

3.2 計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)原理圖設(shè)計方面的應(yīng)用方法

實踐證明，計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)原理圖設(shè)計方面發(fā)揮著巨大的作用。筆者以“晶閘管三相橋式可控整流電路設(shè)計與仿真”為案例進行分析。在設(shè)計過程中，計算機仿真軟件的導(dǎo)入除了降低了人的勞動強度，還提升了分析、設(shè)計能力，從而確保原理圖存有較小誤差。此外，其還能“降本增效（控制設(shè)計成本，加速設(shè)計進程）”。

就計算機仿真軟件（MATLAB、PSIM、PSCAD等）具體操作而言，其包括根據(jù)設(shè)計電路搭建仿真模型、設(shè)置參數(shù)進行仿真、變換觸發(fā)角分析波形等環(huán)節(jié)。其中，搭建仿真模型分為建立仿真文件，提取電路、器件模塊，構(gòu)建系統(tǒng)模型三個部分。仿真參數(shù)設(shè)置主要體現(xiàn)于電源參數(shù)、三相晶閘管整流器、6脈沖發(fā)生器設(shè)置變步長算法等方面。變換觸發(fā)角分析波形，通過改變不同的控制角，觀察記錄輸出電壓指的變化：阻性負載、阻感性負載等。由此可見，計算機仿真軟件的引入，省略了以往較為繁瑣的繪圖、計算過程，可直觀、迅速作出相應(yīng)的分析等，大大降低了電路設(shè)計的周期，同時亦提高了設(shè)計質(zhì)量。

4 結(jié)束語

總而言之，計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。當前，計算機信息技術(shù)迅猛發(fā)展、電路日趨繁雜，為滿足用戶不斷增長的需求，電力電子技術(shù)方面的編程語言取得了長足的發(fā)展――計算機仿真軟件蓬勃興起。計算機軟件具有圖形界面友好，操作簡單易用；節(jié)省時間及儀器設(shè)備；軟件升級迅速及時等優(yōu)點。計算機仿真軟件的存在，對降低電力電子技術(shù)設(shè)計、運作成本，縮短設(shè)計周期等具有積極的意義。希冀相關(guān)人員能夠加強自身學(xué)習，以掌握應(yīng)用計算機仿真軟件的技巧，進而提升我國電路系統(tǒng)質(zhì)量。

參考文獻

[1]裴云慶，段雅莉，王兆安.電力電子系統(tǒng)的計算機仿真及參數(shù)優(yōu)化算法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2009，11（20）：221-223.

[2]晶閘管模型及其電路的計算機仿真[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報，1991（4）：91-98.

篇4

關(guān)鍵詞：計算機仿真技術(shù)；電力電子電路；電力電子系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

就現(xiàn)階段而言，計算機技術(shù)已經(jīng)滲入到各行業(yè)及領(lǐng)域當中。計算機仿真技術(shù)在電路與系統(tǒng)分析中的應(yīng)用對電力電子技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)及技術(shù)的開發(fā)有著十分關(guān)鍵的作用，這是因為該技術(shù)的應(yīng)用能提高電力電子領(lǐng)域技術(shù)人員的專業(yè)知識、提高電路設(shè)計的完善性以及改進相關(guān)產(chǎn)品的性能等。因此，文章將對計算機仿真技術(shù)的概念和應(yīng)用進行介紹，并對該技術(shù)相關(guān)優(yōu)化提出建議。

一、計算機仿真技術(shù)的簡介

計算機仿真技術(shù)是在現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類綜合性技術(shù)，該技術(shù)綜合了原理相近的不同專業(yè)領(lǐng)域的多項技術(shù)，包括了信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形及圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、自動化技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等，其目的是對系統(tǒng)的設(shè)計方案和運行進行了解。計算機仿真技術(shù)具有涵蓋量廣、應(yīng)用范圍大、自動集成化高等特點，目前常用的計算機仿真軟件有matlab、pspice、saber等[1]。

二、計算機仿真技術(shù)在電力電子電路與系統(tǒng)分析中的應(yīng)用

（一）電力電子電路及系統(tǒng)的簡介

電力電子電路系統(tǒng)主要由電力電子主線路、控制電路以及異步電動機等幾部分組成。其中，主線路包括了理想供電電源、受控供電電源、電力電子部件、電阻、互感電感器以及電容，控制電路包括了信號源、代數(shù)運算、快遞函數(shù)以及輸出等幾大模塊，異步電動機主要包括直流電動機及交流電動機。

（二）計算機仿真技術(shù)軟件的應(yīng)用

單相boost功率因數(shù)矯正電路是電力電子領(lǐng)域的典型電路工作原理圖，現(xiàn)就pspice及Power System Blocksets兩種計算機仿真軟件在該電路中的應(yīng)用做出闡述。

1.Pspice仿真軟件的應(yīng)用

根據(jù)電路原理圖在Pspice軟件中建立仿真電路圖，并采用開放電壓環(huán)控制，對仿真電路波形進行繪制并分析，并根據(jù)分析結(jié)果對電流與電壓的跟蹤輸入情況進行判斷，最后對電路的功率因數(shù)進行校對。

2.Power System Blocksets仿真軟件的應(yīng)用

在仿真軟件中建立電路系統(tǒng)模型，包括功率電路以及控制電路的模擬圖，使用雙閉環(huán)電路控制系統(tǒng)、內(nèi)外環(huán)電壓環(huán)對電路進行調(diào)節(jié)與控制，得出仿真電路波形圖并繪制出來。根據(jù)所得出的仿真結(jié)果，對輸入電流量、輸入電壓量進行跟蹤分析，從而對功率因數(shù)進行矯正。

（三）幾種計算機仿真技術(shù)軟件的對比

就現(xiàn)階段而言，在電力電子相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用頻率較高、應(yīng)用范圍較廣的計算機仿真軟件之一是Pspice，該仿真軟件實現(xiàn)了仿真電路與原電路理論設(shè)計圖緊密連接，基本上實現(xiàn)了電力電子電路的動態(tài)仿真和系統(tǒng)分析。由于該仿真軟件中的電路原件的建模特點與實際電路原件的特點相似程度較高，且該軟件的仿真電路波形與實際電路測量所得的結(jié)果誤差率較低，因此該仿真軟件在電力電子電路及系統(tǒng)分析中的應(yīng)用對于電路的設(shè)計起到了指導(dǎo)性的作用。另一方面，由于該軟件的數(shù)據(jù)處理規(guī)模大并復(fù)雜，因此在實際應(yīng)用過程中，該軟件的運行速度不高，對系統(tǒng)分析的效率造成了影響，從而阻礙了該軟件的進一步推廣。

除了Pspice之外，Power System Blocksets是一款在Matlab的Simulink圖形圖像處理基礎(chǔ)上建立起來的大規(guī)模計算機仿真軟件，該軟件使用方便，且基本上滿足了目前電力電子電路仿真的要求[2]。該軟件具有操作方便、數(shù)據(jù)分析效率高、處理精準、兼容性高等特點，現(xiàn)已經(jīng)在電子電力領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐漸代替Pspice軟件。

三、計算機仿真技術(shù)在電力電子電路與系統(tǒng)分析中應(yīng)用的優(yōu)化建議

在使用計算機仿真軟件建立電力電子電路及系統(tǒng)模型時，由于各類仿真軟件的智能性和自動化程度高，因此在建模時只需要在建模窗口中加入所需要的板塊、調(diào)整好相關(guān)參數(shù)并接好線路即可。然而，在操作過程中應(yīng)當注意以下幾方面問題，以提高仿真的準確程度。

首先，在電力電子線路連接過程中要注意線路連接的完整性。在線路連接完成后要注意各個連接部位箭頭的變化情況，當單箭頭轉(zhuǎn)變?yōu)榧哟旨雍诘募^時，即為連接完成。

第二，避免供電電源以及變壓器短路。在供電電源與變壓器之間設(shè)置隔離裝置，注意各個部分的公共連接部位，防止短路，必要時可以采用接地模塊或總線模塊。

第三，關(guān)閉后臺窗口。在建立電子電力系統(tǒng)模型的過程中，要注意仿真軟件中是否有暫不使用的后臺窗口，包括輸入端子以及輸出端子，此時需要采用接地模塊及終止模塊分別對其進行關(guān)閉，以免仿真軟件發(fā)出警告提示或故障。

第四，對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)節(jié)。由于電力電子系統(tǒng)的模型建立與實際電路存在的差距，因此在應(yīng)用仿真軟件進行建模時要調(diào)節(jié)好相關(guān)參數(shù)，包括仿真的初始時間、仿真結(jié)束時間、仿真計算方式、仿真過程中誤差范圍、步長參數(shù)等。在對這些參數(shù)進行設(shè)定與調(diào)節(jié)時，要根據(jù)所需創(chuàng)建的電力電子系統(tǒng)模型而改變，以提高仿真結(jié)果的準確性。

四、結(jié)束語

綜上所述，計算機仿真技術(shù)是新時代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，將其應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域中能顯著提高電力電子電路的運行效率，并簡化電力電子系統(tǒng)的分析過程。

參考文獻：

[1]裴云慶，段雅莉，王兆安.電力電子系統(tǒng)的計算機仿真及參數(shù)優(yōu)化算法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2009，11（20）：221-223.

篇5

關(guān)鍵詞：計算機；虛擬仿真技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 22-0000-01

The Analysis of Computer Virtual Simulation Technology and Its Applications

Meng Qingchao

(Institute of Information Technology,Luoyang Normal University,Luoyang 471022,China)

Abstract:Virtual simulation technology known as visual simulation or virtual reality technology (Virtual Reality,VR),refers to the use of computer technology as the core,the use of modern science and technology to produce high vivid touch,hearing,visual integration of the virtual environment,users with the appropriate tools in a natural way to interact with virtual objects,interactions,resulting in the ground,experience and feelings of empathy.In this paper,the introduction of virtual simulation technology to analyze its application in various fields.

Keywords:Computer;Virtual simulation technology;Application

一、計算機虛擬仿真技術(shù)的概念

虛擬仿真技術(shù)又叫視景仿真或者虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，VR)，是指運用計算機技術(shù)為核心，采用現(xiàn)代高科學(xué)技術(shù)制作出栩栩如生的觸覺、聽覺、視覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助相應(yīng)的工具以自然方式與虛擬客體進行相互影響、交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境、感同身受的體驗和感受。虛擬現(xiàn)實是融合了信息與人的一門科學(xué)，是一些三維的交互式計算機為核心而生成的環(huán)境組成。這些環(huán)境可以是想象世界中的模型，也可以是真實的，其作用是運用人工合成的各種經(jīng)歷或環(huán)境來表示知識與信息。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使抽象或復(fù)雜系統(tǒng)的概念變成確切含義的符號。

二、計算機虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

（一）在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用。在教學(xué)過程中，多媒體課件被越來越多的應(yīng)用與教學(xué)。設(shè)計人員依據(jù)教學(xué)內(nèi)容的信息和自己的創(chuàng)意，對教學(xué)內(nèi)容分類組織，并綜合各種動畫、聲音、圖形、文字等多媒體素材，制作許多種多媒體課件進行教學(xué)。多媒體課件具有良好的共享性、極大的交互性、豐富的表現(xiàn)力三大特征，因此產(chǎn)生了多種多樣的教學(xué)方式方法。制作課件的常用工具有flash、authoware、director、PowerPoint等軟件，但是他們有存在不同程度的缺陷，例如authoware課件表現(xiàn)行較差，不能制作出很完善的動畫；PowerPoint課件交互性不強，只能作為展示各種資料的工具。虛擬現(xiàn)實技術(shù)因其很好的想象性、沉浸性和交互性，因此逐漸地被應(yīng)用于多媒體課件的開發(fā)中。在教學(xué)過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要運用在分布式虛擬現(xiàn)實和桌面虛擬現(xiàn)實，由于沉浸型虛擬現(xiàn)實的設(shè)備設(shè)施非常昂貴，因此在教學(xué)中很少運用。在多媒體課件開發(fā)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用主要是開發(fā)虛擬實驗室、制作三維課件以及仿真實踐訓(xùn)練。

（二）在計算機組裝中的應(yīng)用。計算機組裝有著較強的實踐性和直觀性、操作性，因此，計算機組裝實驗在計算機組裝教學(xué)和計算機研發(fā)中有著極其重要的作用，而在計算機組裝實驗中，往往由于相關(guān)設(shè)備的不足和計算機部件翻新較快的緣故，從而使得計算機實驗操作具有一定的難度，影響了實驗的效果。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對計算機組裝實驗中的各種設(shè)備硬件進行仿真模擬，從而建立計算機組裝虛擬實驗。計算機組裝模擬實驗系統(tǒng)主要是通過VRML技術(shù)，讓實驗操作者利用人機界面對虛擬的現(xiàn)實環(huán)境中各種計算機設(shè)備硬件進行組裝。整個計算機組裝模擬實驗系統(tǒng)一般包括了計算機各部件設(shè)備的三維瀏覽、各設(shè)備之間的組裝過程演示和計算機設(shè)備的組裝實驗，同時也包括了實驗說明。其中，實驗說明主要是為了介紹整個實驗的目的、原理以及實驗過程中應(yīng)該注意的事項及所用的各種實驗儀器等等；計算機各部件設(shè)備的三維瀏覽是指通過VRML對計算機各設(shè)備部件進行三維仿真，從而能使參與實驗的人可以在任何參觀地點進行多角度的詳細觀察，在計算機的有關(guān)設(shè)備部件發(fā)生更新后，其可以即時地對虛擬系統(tǒng)中的相應(yīng)虛擬設(shè)備進行修改，從而降低了現(xiàn)實實驗中更換部件設(shè)備的經(jīng)濟負擔。

（三）在城市、小區(qū)視景規(guī)劃中的應(yīng)用。在城市、小區(qū)視景規(guī)劃中，仿真建模是最為基本的環(huán)節(jié)。通過虛擬仿真技術(shù)將想法付諸理論現(xiàn)實。在視景仿真項目的開發(fā)過程中，其最重要的工作是虛擬模型的建立以及特效紋理與音效的制作工作。其具體的制作過程如下：我們往往選擇以運行于SGI320桌面圖形工作站的MAYA軟件為主來完成。建成的模型生成模型庫則通過在多媒體計算機中運行的CULT3D軟件來執(zhí)行三維交互查詢和顯示；并且通過在多媒體計算機中運行的director軟件來進行模型庫的調(diào)用和存儲以及三維交互瀏覽的集成。同時，特效紋理和聲效的制作也能通過以上在多媒體計算機環(huán)境下運行的軟件進行制作，并且可以將其獲得的結(jié)果變成數(shù)據(jù)庫格式進行儲存，從而促使便于瀏覽和檢索的特效模型數(shù)據(jù)庫的建立。最后，進行實景仿真，可根據(jù)仿真所需的具體要求，通過交互式視景仿真驅(qū)動軟件EASYSCENE進行特效和模型的調(diào)用并對其進行高速逼真的仿真環(huán)境顯示以及模型交互操作的實時響應(yīng)。

如武漢市南湖大道旁的津發(fā)小區(qū)，對其實景仿真的開發(fā)過程進行介紹。在其中，精細實際的尺寸模型、真實DEM匹配、坡地別墅、蜿蜒貫穿的水系、森林級綠化、繁華的交通、模擬云霧，是該小區(qū)仿真項目的表現(xiàn)特點。如圖所示：

其所涉及到的技術(shù)有：1.視點定位、相機動畫；2.多維子材質(zhì)；3.混合紋理材質(zhì)；4.HDR實時反射水面材質(zhì)；5.仿云霧效果；6.描邊輪廓效果；7.地形碰撞檢測；8.立方盒天空節(jié)點；9.噴泉、煙例子系統(tǒng)；10.3D音效。

參考文獻：

[1]馮允成.虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)及在計算機裝配中的應(yīng)用[J].北京計算機技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2010,27(2):213-216

篇6

［關(guān)鍵詞］計算機仿真；電路原理；教學(xué)

利用計算機科技成果而建立起來的計算機仿真技術(shù)，可以在一定的實驗條件下，自動建立電路方程，開展各種動態(tài)模型的實驗工作，并且可以應(yīng)用動畫與圖形等形式進行表現(xiàn)，是一項受環(huán)境約束少、具有較高效率的綜合性技術(shù)。將計算機仿真應(yīng)用在中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校電路原理教學(xué)中，不僅有利于學(xué)生對這門課程的學(xué)習，而且還有助于拓寬他們的知識面，對學(xué)習電子信息領(lǐng)域的其他后續(xù)課程具有十分有益的作用。

一、計算機仿真技術(shù)的具體特點

（一）可以提供簡單有效的實驗方法

在實際的教學(xué)過程中，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，可以將一些儀器以及圖表等結(jié)合其實際的情況進行詳細的繪制，有利于學(xué)生更加準確與直觀地學(xué)習，并且計算機仿真技術(shù)還可以提供一套較為行之有效、花費成本較低、較為簡便的實驗方法。在學(xué)生開展某一電路實驗時，根本不用擔心會由于其操作措施不當而引起的不良效果，其系統(tǒng)的維護操作，可以充分保障其自身具有較為長久的使用壽命。若在做實驗的過程中，學(xué)生遇到了某些不懂的問題，還可以進行在線幫助，在各種幫助下完成相關(guān)的實驗，根本不需要進行反復(fù)的實驗操作，這無疑大大減少了對實驗原料與實驗器材的消耗與浪費。另一方面應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，還可以完成一些難度較大的實驗，充分增強學(xué)生親自做實驗的感受。

（二）可以提供多種有效手段

計算機仿真技術(shù)通常情況下都是具有較為強大的混合模擬功能以及數(shù)字信號模擬功能的，不僅可以對各種工作狀態(tài)下的電路仿真圖形中的電波與數(shù)據(jù)進行全方位的存儲，而且還可以進行適當?shù)拇蛴」ぷ鳌Ｔ谥械嚷殬I(yè)技術(shù)學(xué)校電路原理教學(xué)中應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，繪制出來的模型往往具有十分齊全的元件庫，可以為實際生產(chǎn)提供各種便利。另外，計算機仿真技術(shù)不僅具有對動態(tài)、靜態(tài)以及失真等方面數(shù)據(jù)的分析功能，而且還可以合理地判斷并分析其電路中可能出現(xiàn)的各種短路問題等故障。

二、將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到電路原理教學(xué)中的具體途徑

（一）建設(shè)計算機的實踐案例與仿真演示

在中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校電路原理教學(xué)中，建設(shè)計算機實踐案例與仿真演示是積極推進其實踐教學(xué)改革的基礎(chǔ)，也是其課程建設(shè)的一個較為重要的方面。要結(jié)合課程的知識體系與教學(xué)目標，由淺入深地將計算機仿真技術(shù)從基本的電路定律應(yīng)用到復(fù)雜的電路推導(dǎo)，結(jié)合其理論進行推導(dǎo)演算，從簡單的單元電路應(yīng)用到功能性較強的電路模塊，促進學(xué)生對其理論知識的理解。并且在講授具體章節(jié)時，還可以將計算機仿真技術(shù)作為其課堂演示的實例，提高學(xué)生的學(xué)習興趣。在授課的過程中，實踐案例往往側(cè)重于對一些實用性與趣味性較強的綜合性電路的分析，有時會引用手電筒電路、日光燈電路等與課程結(jié)合緊密的實踐案例，引導(dǎo)學(xué)生對案例進行分析與討論，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。同時，還可以結(jié)合交流電教學(xué)，按照其家居的實際情況，設(shè)計一些低壓家居電路的實踐內(nèi)容，在考慮安全之后簡單模擬一下家居電路的布線。雖然設(shè)計的電路較為簡單，但是在這次實踐以后，每一位學(xué)生都會對家庭的用電情況以及真實布線具有更加深刻的認識。

（二）將計算機仿真技術(shù)與實驗部分相結(jié)合

將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到實驗部分，并相繼對其實驗內(nèi)容進行適當?shù)恼{(diào)整，將計算機仿真技術(shù)與現(xiàn)有的模塊化電路實驗設(shè)備進行結(jié)合，使實驗與理論聯(lián)系更加緊密。比如，在變壓器電路的仿真、節(jié)點電壓法的仿真等實驗的過程中，可以讓學(xué)生進行實物實驗分析前，通過仿真分析了解電路的基本情況，在得到了一些理性認識之后再進行具體的實驗，拓展他們的思維能力，讓他們可以更加深刻地理解與認識實驗原理，提高實際的動手能力。同時，在進行作業(yè)要求時，可以讓學(xué)生利用計算機仿真技術(shù)去完成。學(xué)生可以通過其硬件，較好地復(fù)習基本技能與基礎(chǔ)知識，對課程理論的具體應(yīng)用有更為深刻的了解，在不知不覺中培養(yǎng)他們的學(xué)習興趣。綜上所述，中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校中電路原理這門課程，不僅具有較強的理論性，而且具有較強的操作性。在學(xué)習過程中，往往會由于其知識過于抽象，而使學(xué)生學(xué)起來較為吃力，難度過大?，F(xiàn)階段，將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用其中，不僅可以將抽象的理論文字轉(zhuǎn)換成較為具體、直觀的圖像與圖形，結(jié)合動畫和視頻等方式展示其仿真效果，而且還可以將一些教學(xué)的重點與難點制作成內(nèi)容較為生動、豐富的課件，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的積極性，提高其學(xué)習的興趣，同時也增強了教學(xué)的效果，有利于促進電子類專業(yè)的長遠發(fā)展。

參考文獻：

［1］劉增磊，高愛蓮，王棟，等.計算機仿真在電路原理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.教育教學(xué)論壇，2016（10）：176-177.

篇7

關(guān)鍵詞:Multisim仿真;計算機電子電路技術(shù);教學(xué)模式

中圖分類號:TP319文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)31-0ppp-0c

The Application of Simulative Software Multisim to the Teaching of Computer Circuit of Electronic Technology

WU De-lin

(Department of Computer Science, SCNU Zengcheng College, Guangzhou 511363, China)

Abstract: In the teaching of Computer Circuit of Electronic Technology the traditional teaching mode and means cannot meet the requirement of modern education. The rapid development of computer and EDA technology is helpful for us to overcome the deficiencies of traditional teaching mode. Making an analysis of using multisim simulation software in teaching, can be fast and accurate in simulation analysis of circuit on computer.

Key words: multisim simulation; computer circuit of electronic technology; teaching mode

電子設(shè)計自動化EDA(Electronic DesignAutomation)的出現(xiàn),真正為師生搭建了一個開放性的“所想即所得”的高效交流平臺。用 Multisim 創(chuàng)建的電路為課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)了教學(xué)情境,把電子元器件、儀器儀表、仿真分析方法同等地提供給教師和學(xué)生,使學(xué)生產(chǎn)生親臨電子電路的實際環(huán)境中的感覺。

1 《計算機電子電路技術(shù)》課程內(nèi)容介紹

《計算機電子電路技術(shù)》是一門理論和實踐相結(jié)合的課程。主要內(nèi)容包括電路的基本概念、基本定律和基本分析方法,電阻電路、動態(tài)電路和正弦穩(wěn)態(tài)交流電路的分析,放大器分析基礎(chǔ),負反饋放大器,集成運算放大器原理及其應(yīng)用,波形放大電路和功率放大器等。

2 在教學(xué)中的應(yīng)用研究

由于《計算機電子電路技術(shù)》這門學(xué)科的復(fù)雜性,涉及到很多的數(shù)學(xué)分析和物理分析,教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生來說抽象難懂,很多基本電路都要進行靜態(tài)和動態(tài)分析,如靜態(tài)工作點分析、交流分析、失真分析等等。利用計算機的電子設(shè)計自動化 EDA(Electronic DesignAutomation)軟件輔助教學(xué),很好地解決了這個問題,用計算機仿真模擬演示,創(chuàng)設(shè)電路情景,有助于學(xué)生對基本電路工作原理和概念的理解,加強理論聯(lián)系實際。用 Multisim 軟件來提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率,作為教學(xué)工具已成為必然。傳統(tǒng)的一本書、一支粉筆教師講到底的課堂教學(xué)模式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代化教學(xué)的需要,在《計算機電子電路技術(shù)》教學(xué)中利用計算機的電子設(shè)計自動化 EDA 軟件教學(xué),已成為一種必然的趨勢。

2.1 用軟件教學(xué)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習

由于《計算機電子電路技術(shù)》是一門理論和實踐相結(jié)合的課程,傳統(tǒng)的理論課教學(xué)中,教學(xué)內(nèi)容(如實際的電路,電路的輸入、輸出電壓波形等)難以直觀形象地表述,所以教學(xué)過程中對于教學(xué)情景的創(chuàng)設(shè)是十分困難的。

用 Multisim 軟件仿真實際電路解決了上述問題,它就像一個真正的實驗工作室臺,把一些語言文字難以表述或難以理解的變化過程,隨時以圖形、表格及曲線顯示出來,而且還可以根據(jù)教學(xué)需要隨時修改電路和參數(shù),讓學(xué)生即時觀察輸出效果,從而使學(xué)生加深對電路工作原理的理解。

例1放大器靜態(tài)工作點的設(shè)置

放大器靜態(tài)工作點設(shè)置不合理將影響放大器的正常工作,如果設(shè)置不合適會使波形出現(xiàn)嚴重失真。在電路分析中,靜態(tài)工作點的分析是其它分析的基礎(chǔ),靜態(tài)工作點的分析非常重要。但在以往的教學(xué)中教師采用傳統(tǒng)的授課方式,教師在黑板上講,學(xué)生被動地接受,由于知識抽象,學(xué)生對靜態(tài)工作點的理解始終是不得要領(lǐng),認識模糊,沒有認識到設(shè)置靜態(tài)工作點的重要性。教學(xué)中運用Multisim創(chuàng)建電路,通過改變基極偏置電阻的大小,讓學(xué)生親眼見識,設(shè)置不同的偏置電阻,放大器輸出波形的情況,從而加深放大器偏置電阻設(shè)置合理性的理解。

為了直觀說明靜態(tài)工作點對放大電路的工作影響,創(chuàng)建如圖1的仿真電路,共發(fā)射極放大電路。

通過改變 Rb電阻的大小,對比觀察輸入、輸出波形,很容易得出偏置電阻的大小對輸出波形的影響。當Rb值為680kΩ時,輸出波形如圖2所示,輸出波形正常;當Rb過小,Rb=300kΩ時,輸出波形如圖3所示,出現(xiàn)飽和失真;當Rb過大,Rb=100MΩ時,輸出波形如圖4所示,出現(xiàn)截止失真。通過演示,加深了對基極偏置電阻設(shè)置不合理的印象。

學(xué)生通過輸出波形的比較,得出結(jié)論靜態(tài)工作點設(shè)置非常重要,進而會進一步探討,那么怎樣設(shè)置靜態(tài)工作點呢?通過對放大電路靜態(tài)工作點的估算,得出公式:wdl05tif,所以影響靜態(tài)工作點的主要因素有VCC、β、Rb 、RC,在這四個因素中,一般直流電源、三極管確定后VCC、β不易改變,Rb是這四個因素中最主要因素,一般可認為IBQ與Rb成反比。若Rb過小,則IBQ、ICQ過大,靜態(tài)工作點過高,該工作點將出現(xiàn)在晶體管輸出特性曲線飽和區(qū),容易造成飽和失真,如圖3所示;Rb過大,則IBQ、ICQ過小,靜態(tài)工作點過低, 該工作點將出現(xiàn)在在輸出特性曲線截止區(qū),容易造成截止失真,如圖4所示;Rb合適大小,則IBQ、ICQ合適,靜態(tài)工作點設(shè)置合適,該工作點將出現(xiàn)在輸出特性曲線的放大區(qū),輸出波形正常,如圖2所示。

應(yīng)用軟件進行教學(xué),呈現(xiàn)出一種全新的教學(xué)方式,能將抽象枯燥的知識變得生動形象,使課堂上很難完成的演示實驗進入了課堂教學(xué),快速準確地仿真演示靜態(tài)工作點設(shè)置不合理的各種情況,不失真、截止失真和飽和失真波形生動形象,創(chuàng)設(shè)的豐富教學(xué)情景調(diào)動了學(xué)生各種感觀,引導(dǎo)學(xué)生主動探討問題,學(xué)生學(xué)習興趣也調(diào)動了起來,有利于學(xué)生對知識的意義構(gòu)建。學(xué)生自己通過給偏置電阻Rb賦不同值來觀看放大電路的輸入、輸出波形并分析原因,學(xué)生很容易理解靜態(tài)工作點合理設(shè)置的重要性,同時對放大電路工作原理也加深了理解。

2.2 利用軟件加強演示實驗教學(xué)效果,引導(dǎo)學(xué)生進入探究式學(xué)習

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是黑板加粉筆,由老師書寫、畫圖、講解,學(xué)生聽講、想象、理解。在教學(xué)中經(jīng)常要對電路的特性曲線、輸入、輸出波形等進行分析,通常這些分析要通過教師手工畫圖來完成,不僅效率低,而且精確度也差。碰到電路較復(fù)雜時,學(xué)生難免會失去耐心,分散注意力,影響聽課效果?，F(xiàn)在利用 Multisim 軟件,先在計算機上做仿真實驗,可以清晰快捷地再現(xiàn)實驗的現(xiàn)象、參數(shù)、波形和曲線,觀察“實驗結(jié)果”,同時教師指導(dǎo)學(xué)生積極思考為什么會有這樣的結(jié)果,然后帶著問題聽老師講解電路原理。這樣,學(xué)生由被動接受知識轉(zhuǎn)為主動探求,教學(xué)效果有著明顯的不同。由于 Multisim 是在計算機屏幕上模擬真實實驗室的工作臺,把實驗室與課堂有機地融為一體,不僅能夠直觀、快捷地展示教學(xué)內(nèi)容,而且還可以減輕教師教學(xué)的負擔,提高教學(xué)的效率。

例2 反相器電路

如圖5所示,這是使用運放uA741構(gòu)建的一個反相器,要求分析其幅頻特性和相頻特性。

利用軟件自動生成曲線,省去了傳統(tǒng)教學(xué)中繪圖的煩瑣,而且手工繪圖也達不到這樣的精度。單擊Simulate菜單中的Analysis命令下AC Analysis命令,在交流分析對話框中設(shè)置掃描起始頻率為1Hz,終止頻率10MHz,節(jié)點5為輸出節(jié)點,分析結(jié)果如圖6所示,由圖知:電路的截止頻率約為690KHz。

通過仿真實驗得出的結(jié)論,比以往教學(xué)中教師在黑板上講課的效果好得多,畫電路、波形圖、特性曲線省時省力,學(xué)生直觀感受了“真實”實驗環(huán)境,在上課的同時見識了實踐模型,有助于對知識的理解。

3 結(jié)論

Multisim是 EDA 技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。利用 Multisim 軟件來輔助教學(xué),是《計算機電子電路技術(shù)》教學(xué)的必然趨勢。學(xué)習和研究它將有利于我們在實踐工作中不斷總結(jié)探索,解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊病,彌補實驗器材的不足,提高教學(xué)效率和質(zhì)量,減輕教師負擔,提高學(xué)生對電子技術(shù)的興趣,拓寬學(xué)生的視野,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

利用軟件教學(xué),可以促進教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習方式、教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革,為學(xué)生創(chuàng)造多樣化的學(xué)習環(huán)境。同時借助多媒體獲取學(xué)習的資源,能使學(xué)生逐步形成獨立思考、主動探索的思維習慣,使學(xué)生在學(xué)習理論的同時,又能見習實踐的模型,增強學(xué)生對電路的感性認識,培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習的能力。

參考文獻:

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篇8

關(guān)鍵詞：計算機仿真；工業(yè)工程；實驗教學(xué)

計算機仿真技術(shù)是繼數(shù)學(xué)推理與科學(xué)試驗之后認識世界自然規(guī)律的第三類基礎(chǔ)方法。基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進行探究和學(xué)習。這種教學(xué)方法生動形象，接近現(xiàn)實工作場景，有利于提高學(xué)習興趣，使學(xué)生在短時間內(nèi)進入相應(yīng)情境，真實的體驗如在現(xiàn)實中執(zhí)行任務(wù)的感覺，以達到更快掌握技術(shù)手段的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計算機軟件的優(yōu)勢創(chuàng)造出靈活多樣的工作場景且不受行業(yè)限制，使學(xué)生對實踐問題的認識更深入，采用的應(yīng)對方法更靈活。由此“計算機仿真技術(shù)”便成為專業(yè)學(xué)習及實際應(yīng)用中的重要方法和技術(shù)手段。工業(yè)工程作為管理科學(xué)與工程的二級學(xué)科，其人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)出面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)的高級專業(yè)技術(shù)和管理人才，面向的工作崗位主要有制造業(yè)現(xiàn)場管理、產(chǎn)能計算、生產(chǎn)計劃與控制、項目管理、精益生產(chǎn)等，以及服務(wù)業(yè)的流程優(yōu)化、工作研究等。其中，制造業(yè)涉及行業(yè)范圍廣、產(chǎn)品種類多、工序過程各異，因此，在教學(xué)過程中需要通過一系列系統(tǒng)的實驗項目培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)的問題提煉能力及問題分析能力，并采用專業(yè)的技術(shù)方法和手段有針對性的對問題本質(zhì)進行處理。然而，正是由于工業(yè)工程方法應(yīng)用行業(yè)的廣泛性及多樣性，使得我們不可能如其他5類工程學(xué)科般擁有自己典型的實驗實訓(xùn)設(shè)備，亟需我們在實踐教學(xué)過程中探索新的教學(xué)方法與實驗支撐技術(shù)。

1工業(yè)工程實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要是以“理論課+實驗室”的模式，強調(diào)學(xué)生對工業(yè)工程專業(yè)基本方法和技能的掌握與應(yīng)用，如，工作研究、動素分析、人機工程、物流工程、流程優(yōu)化、現(xiàn)場改善等基本技能與方法論。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中，基本上遵照如下流程：首先，引導(dǎo)學(xué)生進行以上理論課的學(xué)習，使學(xué)生知道、了解并掌握這些基本的專業(yè)手法與技能；其次，通過開設(shè)相關(guān)實驗課程讓學(xué)生對所學(xué)的這些技術(shù)方法展開實踐，從而幫助學(xué)生達到訓(xùn)練并養(yǎng)成工業(yè)工程專業(yè)素養(yǎng)的目的。然而，目前所開設(shè)的相關(guān)實驗課程均是就某一獨立技術(shù)方法而展開的較為單純的技能訓(xùn)練，如，工作研究的實驗主要是針對動作研究、動素分析、生產(chǎn)節(jié)拍平衡開展具體分析過程實踐，幫助學(xué)生深刻體會這些基本專業(yè)手法的實際應(yīng)用場合；人因工程，主要是通過系列人因?qū)嶒瀻ьI(lǐng)學(xué)生親身體驗，感受高度、亮度、顏色、頻繁度、規(guī)律度等人因影響因素帶給人視覺、聽覺等感官的切實感受，從而探討基于人因的合理化設(shè)計、布局及工作安排；設(shè)施規(guī)劃布局則是基于物流分析方法，通過物流強度度量，分析部門間的相關(guān)性強度，從而為合理布局、物流優(yōu)化提供有效參考。以上這些實驗均對學(xué)生在工業(yè)工程專業(yè)基本方法技能的培訓(xùn)上起到了有效效果。然而，卻并未在促進學(xué)生養(yǎng)成工業(yè)工程職業(yè)素養(yǎng)上發(fā)揮強化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模及仿真優(yōu)化等這類有關(guān)工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計、管理及優(yōu)化的主干課程的綜合性實踐項目，要設(shè)計出針對本專業(yè)基本技能方法的綜合性實踐項目，需要的制造業(yè)相關(guān)設(shè)備、產(chǎn)品品種等數(shù)量巨大，且耗費大、成本高，很難從實際操作入手，計算機仿真方法不失為解決此問題的一種有效方法。基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)則以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、性能有效和安全等優(yōu)勢得到越來越多的應(yīng)用和推廣。因此，應(yīng)該將“項目教學(xué)”“案例教學(xué)”“教、學(xué)、做”一體化和基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)的方法結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，提升實踐教學(xué)效果?；谟嬎銠C仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)很容易與其它先進的教學(xué)方法相結(jié)合，因此，在工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)中，將基于計算機仿真技術(shù)的虛擬教學(xué)與其它教學(xué)方法相結(jié)合，有助于提高實驗課程教學(xué)效果，而且成本低、效率高，使學(xué)生可以不受場地、行業(yè)、設(shè)備與產(chǎn)品的限制，使學(xué)生更好的掌握專業(yè)技能和方法，并通過基于計算機仿真平臺開發(fā)的綜合性實踐項目，鍛煉學(xué)生的工業(yè)工程系統(tǒng)設(shè)計、管理及優(yōu)化的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，從而促進本專業(yè)人才培養(yǎng)效果的提升，計算機仿真技術(shù)在工業(yè)工程類實驗課程的教學(xué)中具有重要的意義。

2計算機仿真技術(shù)在實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)為人們提供了一個理想的實踐教學(xué)手段，目前國內(nèi)外已經(jīng)普遍將其應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、課程教學(xué)、運動訓(xùn)練以及醫(yī)學(xué)研究等方方面面。美國是計算機仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實的起源地，現(xiàn)在美國計算機虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展水平也比較高，在這個領(lǐng)域代表了國際先進水平，也是第一個把虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在教育教學(xué)中的國家，目前在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等幾個方面，形成了一個比較系統(tǒng)的虛擬仿真教學(xué)儀器架構(gòu)。如，美國的卡羅萊納州立大學(xué)利用Java技術(shù)建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于JavaApplet的虛擬實驗設(shè)備和實驗設(shè)施、相關(guān)的實驗課程模塊、實驗結(jié)果評價模塊、協(xié)作模塊。在歐洲，英國在計算機仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實的相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研究出了虛擬仿真軟件包，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面。如，英國的諾丁漢大學(xué)在教育和學(xué)術(shù)方面對虛擬仿真技術(shù)進行了研究與探索，其目標主要在于探索桌面虛擬仿真的輸入設(shè)備應(yīng)用上。此外，該小組還和其他學(xué)校緊密合作，將其仿真系統(tǒng)應(yīng)用在了特殊學(xué)生教育中。在中國，目前各個大學(xué)和科研機構(gòu)也廣泛采用計算機仿真技術(shù)建立虛擬場景進行相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)與研究。例如：中國科技大學(xué)開發(fā)出第一套基于虛擬仿真的教學(xué)儀器系統(tǒng)——利用虛擬仿真技術(shù)進行幾何光學(xué)實驗平臺的開發(fā)，系統(tǒng)將計算機輔助教學(xué)儀器的智能化儀器、計算機技術(shù)、虛擬仿真和物理教學(xué)儀器等有機結(jié)合，把物理教學(xué)儀器系統(tǒng)推進到了新的領(lǐng)域；北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司以北京郵電大學(xué)強勢的網(wǎng)絡(luò)、通訊、電子三門學(xué)科為基礎(chǔ)，采用JavaApplet技術(shù)、B/S結(jié)構(gòu)、J2EE框架，為解決高校日趨緊張的實驗設(shè)備及實驗場地等實驗教學(xué)問題，由北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)研究所組織精英力量，經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了配套的虛擬實驗系統(tǒng)。通過對國內(nèi)、外的基于計算機仿真的虛擬現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用情況進行對比，我們發(fā)現(xiàn)：當前，國外基于計算機仿真的虛擬實驗比國內(nèi)開發(fā)時間早，應(yīng)用相對成熟，不管是在仿真器材還是仿真軟件上都比較豐富、且功能較多；同時，國外很多成熟的仿真實驗產(chǎn)品價格普遍偏高，且技術(shù)難度也不太適合本科學(xué)生，更適合研究所或工程師使用。盡管如此，我國還是有很多現(xiàn)行的成熟的計算機仿真軟件供我們選擇，這些成熟的仿真軟件具有界面友好、可擴充性、支持二次開發(fā)等特性，甚至大多實現(xiàn)模塊化利于定制化實驗的開發(fā)，基本上能滿足國內(nèi)高等院校實驗教學(xué)需要及豐富的仿真實驗需求。因此，國內(nèi)很多高校及科研院所普遍采用購買成熟的仿真軟件產(chǎn)品，基于自身的仿真實驗需求進行對應(yīng)的二次開發(fā)，從而設(shè)計出適合自己的基于計算機仿真的虛擬實驗平臺，并得到了很好的應(yīng)用發(fā)展。就工業(yè)工程類實驗課程而言，現(xiàn)在市面上流行的仿真軟件，如，F(xiàn)lexsim、witness、em-plan等都能提供給我們一個良好的仿真實驗平臺，供我們在這些平臺上進行綜合性實踐項目的構(gòu)建和開發(fā)。

3基于計算機仿真技術(shù)的實驗教學(xué)模式開發(fā)

在深度分析學(xué)生學(xué)習特點和企業(yè)真實需求的基礎(chǔ)上，基于建構(gòu)主義學(xué)習理論和混合式學(xué)習理論，按照社會發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，結(jié)合計算機仿真實驗教學(xué)設(shè)計的基本原則，借鑒信息化和項目教學(xué)、案例教學(xué)設(shè)計方法，探索出基于實踐項目、真實案例和工作任務(wù)的計算機仿真實驗教學(xué)模式，實現(xiàn)了“教、學(xué)、做”一體化的實驗設(shè)計。該模式由“項目導(dǎo)入、制定計劃、實施計劃和成果展示與評價”4個環(huán)節(jié)組成，其中，計算機仿真實驗教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。下面簡單介紹該模式的具體實施方案。

（1）在“項目導(dǎo)入”環(huán)節(jié)，專業(yè)教師的活動包括：借助選定的計算機仿真實驗平臺，導(dǎo)入項目任務(wù)及目標、展示項目結(jié)果，讓學(xué)生對項目有一個直觀的認識，然后再布置具體的實踐任務(wù)；利用計算機仿真實驗平臺，讓學(xué)生明確自己應(yīng)當完成的具體任務(wù)和完成任務(wù)后可以獲得哪些知識以及達到什么樣的技能水平；在充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識和能力水平的基礎(chǔ)上，適當采取分工協(xié)作方式，安排具體的任務(wù)完成時間及成果的評定方法等。

（2）在“制定計劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：通過自主學(xué)習、分工協(xié)作等方式，對具體實踐項目的目標、任務(wù)進行分析；確定任務(wù)所涉及的專業(yè)方法和技能手段，充分應(yīng)用已掌握的專業(yè)知識和能力，借助計算機仿真實驗平臺，設(shè)計出仿真實驗?zāi)Ｐ蛶椭鷽Q策與優(yōu)化；確定仿真實驗任務(wù)的實施步驟，為仿真實驗任務(wù)的實施做好充分的準備。

（3）在“實施計劃”環(huán)節(jié)，學(xué)生的活動包括：在計算機仿真實驗平臺上，按照擬定的計劃，逐步完成實踐項目的仿真任務(wù)；在完成實踐項目仿真任務(wù)的過程中，學(xué)生通過應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識和技能，建構(gòu)自己的專業(yè)知識，從而幫助自己養(yǎng)成專業(yè)素養(yǎng)。

（4）在“展示與評價”環(huán)節(jié)，學(xué)生的工作包括：在計算機仿真實驗平臺上展示自己的實踐項目仿真成果；參與討論和評價；通過對比分析，學(xué)生對自己的實踐項目展開進一步的仿真優(yōu)化處理。

4結(jié)語

將計算機仿真技術(shù)與項目教學(xué)、案例教學(xué)更加緊密的結(jié)合起來，能夠更好的實現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化，并且，在顯著改善實驗教學(xué)條件、提升實驗教學(xué)效果的同時，減少了設(shè)備消耗，尤其是耗材的使用量，節(jié)省了實驗經(jīng)費，而且克服了時間與空間上的限制，使工業(yè)工程綜合實驗課的開課率和學(xué)生的專業(yè)綜合能力得到顯著提升。計算機仿真技術(shù)在專業(yè)實驗教學(xué)方面的應(yīng)用前景廣泛,值得深入研究。

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篇9

計算機仿真技術(shù)是指利用計算機科學(xué)和技術(shù)的成果建立被仿真的系統(tǒng)的模型，并在某些實驗條件下對模型進行動態(tài)實驗的一門綜合性技術(shù)。它具有高效、安全、受環(huán)境條件約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設(shè)計、運行、評價、培訓(xùn)系統(tǒng)的重要工具。水利工程是一項施工周期長，施工復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它包含了工程主體施工、臨時擋泄水工程施工以及水位變化和潮汐的影響等,水利工程的施工質(zhì)量受自然原因和人為原因的雙重影響，所以為保障工程的質(zhì)量，在施工過程中必須對各種因素的不確定性和周密性予以嚴格的控制。傳統(tǒng)的多采用設(shè)計藍圖對施工進行把握，然而二維圖形不夠直觀,對施工的全過程很難從整體上加以把握。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，計算機仿真技術(shù)開始在水利工程施工領(lǐng)域加以運用。主要分析了計算機仿真技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用，希望對計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用有所幫助。

2計算機仿真技術(shù)的優(yōu)點及實現(xiàn)過程

2.1計算機仿真技術(shù)的優(yōu)點

第一，節(jié)省時間。計算機仿真技術(shù)以其智能化的手段可以對多種施工方案進行快速的比較，可以準確快速的選擇出最優(yōu)施工方案。通過施工方案的選擇，可以就施工的不同階段所做的準備工作加以分析研究，針對一些潛在的問題，可以提前采取措施加以規(guī)避。第二，成本低。計算機模擬是一種虛擬的模擬技術(shù)，不需要通過真實的原型試驗只需要通過相關(guān)模擬軟件的開發(fā)與應(yīng)用便可以對就相關(guān)的數(shù)據(jù)得出結(jié)論，而且可以反復(fù)的進行試驗，對不同的方案加以論證。與原型試驗投入成本相比，計算機仿真技術(shù)軟件開發(fā)與使用的費用要低得多。第三，可靠性高。與人工排塊不同，計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用以系統(tǒng)模型的正確以及軟件編制的正確性為前提,計算機施工仿真模擬通過軟件進行模擬，減少了人工排塊過程中因人為因素所造成的失誤。第四，實用性強。計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用面比較廣，一般情況模型只要是采用數(shù)學(xué)加以描述的，其系統(tǒng)的行為就可以通過運用計算機來模擬，并可以準確的把握系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢,估計剩余使用壽命等,隨著科技的不斷發(fā)展，計算機仿真技術(shù)將被運用到更多的領(lǐng)域。

2.2計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)

計算機仿真技術(shù)是在數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一門試驗科學(xué)。作為一項實用技術(shù)，并不能對客觀具體事物進行直接處理，計算機模擬技術(shù)的應(yīng)用需要以數(shù)學(xué)模型的建立才能作為能反映研究對象本質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)是確定研究對象后，針對研究對象建立數(shù)學(xué)模型，并通過計算機對數(shù)學(xué)模型的仿真計算最終得到仿真結(jié)果的。第一步，建立模型。在進行仿真前要根據(jù)研究對象和研究目的的不同，抽象出一個確定的系統(tǒng),并就系統(tǒng)的邊界和約束條件加以限定，采用力學(xué)、數(shù)學(xué)和其它相關(guān)知識將抽象出來的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)表達式描述出來，形成“數(shù)學(xué)建?！薄Ｏ到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在研究目的不同的情況下可以劃分為：靜態(tài)模型、動態(tài)模型、離散時間動態(tài)模型和混合時間動態(tài)模型。模型準確與否影響著仿真結(jié)果是否能反映實際。第二步，輸入模型。模型的輸入即是對上一步所建立的數(shù)學(xué)表達式結(jié)合軟件不同特點輸入為計算機能夠處理的形式,這種形式所表現(xiàn)的內(nèi)容,即是所謂的“仿真模型”。這個模型是進行計算機仿真的關(guān)鍵。當然實現(xiàn)這一過程,也可以自行開發(fā)一個新的軟件。第三步，模型的仿真計算。所謂模型的仿真計算是指在計算機中載入上一步獲得的仿真模型，在事先設(shè)計的實驗方案內(nèi)進行仿真計算。第四步，評估仿真結(jié)果。對一個系統(tǒng)的狀況從整體上加以把握是仿真的目的所在。系統(tǒng)運行信息是仿真的結(jié)果，仿真的研究目的在于對所獲取的信息進行分析進行評估和認識，并將仿真結(jié)果運用到施工實踐當中。

3計算機仿真技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用實例

3.1工程概況

某大型水電站混凝土拱壩壩高178m,混凝土澆筑量可達485萬m3,混凝土澆筑施工工藝復(fù)雜、施工難度高。如何有效、高質(zhì)量、快速地組織大壩混凝土施工,合理安排澆筑順序,對于整個工程的進度和質(zhì)量都有至關(guān)重要的影響。為了直觀反映該工程進度,借助于三維建模技術(shù),對該工程施工過程進行仿真研究。

3.2三維建模

根據(jù)設(shè)計結(jié)果,提取混凝土拱壩的相關(guān)數(shù)據(jù),首先用Auto-CAD工具建立三維網(wǎng)格模型,盡量真實地體現(xiàn)圖形實體對象與仿真變量間的對應(yīng)關(guān)系。利用系統(tǒng)實體CAD圖形建模,目的是為了定義系統(tǒng)實體的形狀、結(jié)構(gòu)及其他相關(guān)信息。仿真的目的是觀察大壩的澆筑施工狀態(tài)隨時間的動態(tài)變化,以便于及時掌握系統(tǒng)模型的基本特性,找出仿真系統(tǒng)的最佳設(shè)計參數(shù),據(jù)此對真實大壩的設(shè)計結(jié)果進行改善或優(yōu)化?？赏ㄟ^對數(shù)據(jù)庫中工程各澆筑塊數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、計算,在已建的三維模型中描繪出各控制階段的筑壩進度面貌,直觀地再現(xiàn)大壩的概貌。

3.3施工過程模擬

模擬工作的主要思路就是安排各臺纜機所負責的澆筑塊的日程計劃。在壩型,尺寸及分縫一定的情況下,在某個給定的機械配置方案條件下,可根據(jù)各種限制及約束條件,找到某種適宜的分塊澆筑順序和最緊湊的工期。因此,在模擬中采取在給定的澆筑方案和機械配置情況下,按照滿足施工中各種約束限制條件的要求安排壩塊的澆筑順序,算出各壩塊澆筑施工進程,從而計算出所需的大壩工期。如果改變澆筑方案,可進行類似的模擬和計算,從而得到各種不同澆筑方案的結(jié)果。然后通過綜合比較,選出較優(yōu)的方案。本文對4臺纜機和三臺纜機方案進行比較,實施仿真中考慮了以下約束條件:每一注塊能否澆筑的時間約束、相鄰注塊的允許高差、相鄰注塊的拆模限制、纜機工作范圍的限制、相鄰纜機工作干擾限制、氣溫條件對澆筑的影響、突發(fā)事件對澆筑的影響限值和其他可能的約束限制等約束條件。如對于分壩段而且分倉澆筑的重力壩,在其下游倉快達到壩頂時,可能存在并峰問題,這時可能同一壩段的兩個倉位在到達并峰高程后,要相互等待。或者對于混凝土拱壩,有的跨壩段孔洞需要安裝鋼襯,同樣存在需要相互等待到達同一高程的問題等等。

篇10

1《汽車理論》課程教學(xué)內(nèi)容及其教學(xué)方法

《汽車理論》課程的教學(xué)內(nèi)容較多，涉及的范圍較廣，比如：汽車行駛條件和動力性分析計算、動力裝置參數(shù)的選擇方法及相關(guān)因素分析、汽車使用條件及使用性能指標的關(guān)系、汽車燃料經(jīng)濟性分析計算及提高汽車使用燃料經(jīng)濟性的途徑和技術(shù)、汽車動力裝置參數(shù)的選定、汽車的制動性能、汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性評價指標及影響因素分析等。其中涉及車輛系統(tǒng)的動力學(xué)分析，存在部分理論比較深奧，推導(dǎo)過程比較晦澀難懂，不夠直觀形象的現(xiàn)象。

《汽車理論》課程教學(xué)內(nèi)容及其特點，決定了其適用的教學(xué)方法。對于基本概念、工作原理、以及一些結(jié)論性的知識點，無需推導(dǎo)，只需直接陳述講明即可，此類教學(xué)內(nèi)容可以采用多媒體中的文字、圖表和動畫等方法，既可達到直觀明了的效果，又可提高教學(xué)效率。而對于受力分析、公式推導(dǎo)之類的教學(xué)內(nèi)容，對推導(dǎo)過程的依賴性較高，宜采用傳統(tǒng)的黑板板書教學(xué)方式[4]，引導(dǎo)學(xué)生一步步跟著教師的思路走，從而對推導(dǎo)結(jié)果知其然，還知其所以然。對于比較復(fù)雜、抽象的理論，除了利用黑板板書推導(dǎo)外，還可以應(yīng)用計算機仿真技術(shù)將其形象化，提高學(xué)生的感性認識，從而使其獲得更好的理性認識。另外，部分實驗，由于實驗設(shè)備條件以及實驗成本的原因，只能做最基本的實驗，不方便重復(fù)或者不方便微調(diào)參數(shù)后再做實驗進行比較，通過應(yīng)用計算機仿真技術(shù)則可以方便實現(xiàn)。

2教學(xué)中應(yīng)用計算機仿真技術(shù)的優(yōu)點

計算機仿真是在計算機上建立仿真模型，模仿實際系統(tǒng)的響應(yīng)及其隨時間變化的過程，通過對仿真試驗過程的觀察和統(tǒng)計，得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特性，以此來估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和真實性能，使系統(tǒng)性能和長期的動態(tài)特性能在極短的時間內(nèi)，通過計算機得到全面的實現(xiàn)。

針對《汽車理論》教學(xué)中部分理論推導(dǎo)比較復(fù)雜，部分實驗在通常的實驗教學(xué)中難以實現(xiàn)的現(xiàn)實情況，在此，將計算機仿真技術(shù)融入到教學(xué)中，其有以下優(yōu)點：

（1）成本低。實驗設(shè)備通常比較昂貴，少則幾萬，多則幾十萬上百萬。利用計算機，并裝上仿真軟件，可實現(xiàn)多門課程多個實驗的仿真，可以使所有學(xué)生同時獲得上機機會，可部分地減少實驗經(jīng)費支出。

（2）靈活性、直觀性較強。通過仿真軟件，可以建立多個不同仿真模型，可以通過調(diào)整模型的輸入，或者改變仿真模型的參數(shù)值，比較仿真結(jié)果，從而分析影響系統(tǒng)特性的主要因素。仿真結(jié)果可以用圖形或動畫的方式展示，方便將復(fù)雜理論形象化，提升教學(xué)效果。

（3）安全性高。《汽車理論》教學(xué)中的部分實驗，如制動性實驗、操縱穩(wěn)定性實驗等，在實驗的過程中有一定的危險性。學(xué)生在仿真軟件下建立仿真模型，進行仿真，并對結(jié)果對比分析，不存在現(xiàn)場實驗的危險性。

3實例分析

《汽車理論》的教學(xué)內(nèi)容主要包括汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、平順性等。以下以空氣懸架性能分析為例，闡述計算機仿真技術(shù)在汽車平順性教學(xué)中的應(yīng)用。

懸架是汽車的重要組成部分,傳遞作用在車輪和車架或車身之間的一切力和力矩,緩和路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊載荷,對汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有重要的影響。

不同的懸架剛度、不同的控制策略會產(chǎn)生不同的控制效果。如果在實驗中，現(xiàn)場裝用不同剛度的懸架，并應(yīng)用不同的控制策略，成本將會比較高，也比較耗時，不能保證在有限的實驗課時內(nèi)完成應(yīng)做的實驗。而采用計算機仿真，成本較低，甚至可以忽略不計，同時可以調(diào)節(jié)不同懸架剛度值，采用不同的控制策略，直接仿真得到不同的結(jié)果，并以圖形的形式顯示，方便對不同仿真結(jié)果的對比，加深學(xué)生的理解記憶，改善授課效果。

以下采用Matlab/simulink作為仿真工具，以某客車的1/4車輛模型為基礎(chǔ)，采用PID控制算法調(diào)節(jié)空氣彈簧的剛度,輸出車身垂直加速度，考察其對汽車行駛平順性的影響（除了車身垂直加速度外，還應(yīng)考察懸架動撓度、輪胎動載荷等，本文為簡明起見，只取車身垂直加速度值來分析說明），并與被動控制空氣懸架下的車身垂直加速度輸出對比，說明PID控制與被動控制對車身垂直加速度的不同影響，同時展示仿真技術(shù)在課堂教學(xué)的優(yōu)勢。其步驟如下：

（1）建立二自由度1/4車輛模型，如圖1所示。

（2）建立路面激勵模型。車輪受到的路面隨機激勵，可以用白噪聲通過一階濾波器來模擬，其時域數(shù)學(xué)模型可以用下式描述：q觶（t）+ανq（t）=w（t）（2）當車輛以50km/h的速度行駛在B級路面時,仿真得到路面垂直位移時域信號如圖2所示。

（3）建立PID控制和被動控制仿真模型，并對仿真結(jié)果進行對比分析。

以上述（2）的路面激勵作為輸入，建立仿真模型，進行時域仿真分析。采用PID控制策略時，Kp，Ki，Kd三個參數(shù)對系統(tǒng)的控制效果起決定性作用。以經(jīng)驗公式做定性參考，選擇不同的PID參數(shù)進行仿真，并與被動控制仿真進行對比。以車身垂直加速度為評價指標，仿真結(jié)果如圖3所示。上述兩種不同的控制策略，產(chǎn)生了不同的控制效果。PID控制空氣懸架和被動控制空氣懸架相比，在B級路面情況下，垂直加速度均方根值降低18%。這兩種控制策略，在實際操作中，難以在短時間內(nèi)完成，而使用計算機仿真技術(shù)，卻可以在課堂教學(xué)上充分地展示，既節(jié)省了時間，提高了課堂教學(xué)容量，又方便學(xué)生對所學(xué)知識的直觀理解。

4結(jié)束語

將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用于《汽車理論》教學(xué)活動中，其優(yōu)勢在于：

其一，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)值，可以得到不同的系統(tǒng)響應(yīng)，能比較直觀地反映系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。在教學(xué)中，能以簡明、形象的手段，加深學(xué)生對深奧、復(fù)雜理論的理解。