仿真技術特點精選(九篇)

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第1篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：Proteus；仿真；光電傳感器；教學

作者簡介：劉丹（1976-），男，湖南長沙人，湖南商務職業技術學院電信系，講師。（湖南 長沙 410205）

基金項目：本文系高等職業學校專業骨干教師國家級培訓項目電氣自動化技術企業頂崗培訓（項目編號：18122302）的研究成果。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0130-02

光電傳感器是傳感器與檢測技術的一項重要內容，廣泛應用于各種光控電路。光電傳感器能夠將光信號轉換為電信號，利用一些特定材料的光電效應來實現對光信號的檢測。由于是對光信號的檢測，光電傳感器在教學中搭建實物試驗比較困難，內容顯得較為抽象，有一定的教學難度，學生學習也有難度。筆者經過教學實踐，利用計算機仿真技術，通過Proteus軟件，搭建光電傳感器虛擬實驗，取得了較好的教學效果。

一、Proteus仿真教學簡介

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調試到單片機與電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。使用Proteus 軟件進行傳感器及其檢測電路設計是虛擬仿真技術和計算機多媒體技術相結合的綜合運用，有利于培養學生的電路設計能力及仿真軟件的操作能力；在教學實踐中，通過使用 Proteus 軟件對學生進行教學，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映對傳感器的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，使用 Proteus進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作能極大提高系統設計效率。

二、光電效應及光電器件的Proteus仿真

1.光電效應

光可以認為是一種能量傳遞的方式，它是由一定能量的粒子組成，這種粒子叫做光子。光的頻率越高，光子的能量越大，用光照射物體，可以看做是光子對該物體的一系列撞擊，物體的粒子接受光子的撞擊后獲得能量，產生的電效應就是光電效應。光電效應分為內光電效應和外光電效應。光照射在某一物體上，使電子從這些物體表面逸出的現象稱為外光電現象，也叫做光電發射。當光照射于某一物體上，使物體的導電能力發生變化，這種現象叫做內光電效應，也叫做光電導現象。利用內光電效應可以制成光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等光電轉換器件，這些都是常見的光電傳感器。

2.光電器件的Proteus仿真

利用光電效應可以制作出各種類型的光電轉換器件，即光電傳感器。常見的光電器件有光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池、光電管等。

（1）光敏電阻。光敏電阻是基于內光電效應的光敏傳感器，當有光照射時，其電阻值降低；光照越強，阻值越小。其暗電阻一般為1MΩ，其亮電阻（當光照為10lX時）一般為幾百歐姆到幾千歐姆。光敏電阻一般是將半導體材料粉末燒結在陶瓷襯底上面，形成一層膜，用兩個引線引出。有的在外部用防潮材料或者玻璃外殼將其密封，起到保護作用。按照光譜特性及其工作波長，光敏電阻可分為紫外光、紅外光和可見光光敏電阻。通過Proteus提供的光電元件，搭建的光敏電阻電路如圖1所示，可以通過調節圖中模擬的燈照強度來仿真光照的強度，箭頭向上調節是光照加強，向下調節是光照減弱。通過調節光照強度可以在LDR1中獲得一個隨光照變化的電流，加上電阻分壓電路，就可以構成一個光電電阻的仿真模型。當光照強度越大時，電流越大，電阻越小。此電路中，電流經電阻轉換成電壓，光照越強，輸出電壓越大。

（2）光敏二極管和光敏三極管。光敏二極管是一種利用PN結的單向導電性的結型光敏傳感器，與一般的二極管不同的是，PN結上裝有透明的外殼，用來接受光照。光敏三極管與普通三極管一樣，有PNP和NPN兩種類型，有兩個PN結，其中集電結具有光敏特性，相當于一個光敏二極管。在應用時，集電結反偏、發射結正偏，在光照的影響下可以等效看成是光敏二極管產生的光電流在三極管中進行放大，其光電流比光敏二極管的光電流要大很多，也就是光敏三極管的靈敏度比光敏二極管要高。光敏三極管常用的材料一般是硅，一般只引出集電結和發射結，外形和發光二極管相同。光敏三極管的Proteus仿真電路如圖2所示，光敏三極管跟光敏二極管類似，一般只有E和C極，沒有光照時暗電流非常小，有光照時，電流隨著光照強度增大而增大。在本電路中，發光二極管與光敏三極管是成對出現的，通過RV1來調節發光二極管中的電流，從而達到模擬調節光照強度的目的。電流越大，說明光照越強。光敏三極管感受發光二極管中的光照強度變化，E極和C極間的電流隨著光照強度進行相應變化，通過調節RV1就可以調節光敏三極管的輸出電流。

三、光電傳感器的應用仿真

光電傳感器的應用非常廣泛，直接影響被測對象的光量變化的參數都可以直接檢測，而現實中引起光亮變化的因素有很多，可以是光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可以把其他被測的非電量參數轉換成光量變化來進行檢測，這些參數可以是零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度。光電傳感器還可以應用于物體的形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得了廣泛應用。

上面已經搭建好了光敏電阻和光敏三極管兩個光敏器件的仿真模型，利用這兩個光敏器件再設計出適當的電路就可以制作出光敏傳感器的應用電路。在實際教學中，通過分析兩個光控電路實例可以加深對光敏傳感器的理解，掌握被測參數怎樣轉換為電信號進行處理，對掌握光敏器件的使用、光電傳感器的實際應用、掌握光控電路的設計方法都有很大的幫助，可以引導學生進一步設計和制作出光電傳感器應用的實際產品。

1.光電報警電路

很多場合需要根據光照的實際情況實現不同控制，完成不同的工作。本實例是利用光敏電阻設計一個弱光報警電路，可以根據光線的強度發出報警信號。如圖3所示，LDR1為光敏電阻，可以通過調節強、弱按鈕來調節光照的強度，同時調節光敏電阻內電流的大小。LDR1、RV1、R1構成了光電測量電路，將光信號轉換為電壓信號。Q1、Q2組成的是開關電路，控制下一級自激振蕩電路，Q3、Q4是自激振蕩電路，輸出脈沖信號。當光照較強時，光敏電阻內的電流較大，經過電阻RV1轉換為電壓后，輸出的電壓較小（電壓與光照強度成反比），此時三極管Q1、Q2截止，Q3、Q4電路不工作。當光照變弱，輸出的電壓變大，在該電路中，電壓約為2.1V，三極管Q1、Q2導通，Q3、Q4電路工作。Q3、Q4電路為自激振蕩電路，電路工作時產生脈沖信號，如圖4所示，此信號加載在揚聲器上，發出“滴滴”的報警聲音。這樣就實現了光照較弱時自動報警的功能。

2.光電路燈控制電路

利用光敏三極管來實現路燈的控制，白天光線較強，路燈熄滅，晚上光照弱，路燈亮。該電路也可以采用光敏二極管來實現，光敏二極管和光敏三極管在應用上除了光電流不同之外，其應用的電路的結構基本是一樣的。不管是光敏二極管還是光敏三極管都是將光信號轉換成電流，其檢測電路的設計應該是將電流轉換成電壓，利用電壓來控制相應的電路，實現自動控制的目的。電路設計如圖5所示，U1（OPTOCOUPLER-NPN）為光電耦合型NPN三極管模型，可以通過調節輸入電流模擬光照強度的變化來控制光敏三極管的輸出電流。RV1、U1組成光電檢測電路，通過RV1來調節光電三極管的輸入電流，模擬光照變化。U2（施密特非門40106）、三極管Q1構成開關電路，直流繼電器LR1是驅動電路，作用是驅動路燈D2。

電路工作原理分析：在白天，光照較強，光敏三極管輸出的電流較大，轉換成電壓后輸出的電壓比較高，經過40106這個施密特非門，變成低電平加在三極管的基極，此時三極管截止，路燈不亮。在晚上，光照較弱，光敏傳感器輸出地電壓較低，經40106非門后變成高電平加在三極管基極，三極管導通，繼電器線圈得電，路燈被點亮。

四、小結

光敏傳感器是將光信號轉換為電信號的器件，在實際教學中，實物實驗搭建比較困難，學習內容抽象，不易理解。通過計算機仿真技術，用Proteus軟件設計光電器件的模型，模擬其將光信號轉換為電信號的過程，能夠很好地理解光電傳感器的性能及其工作原理。在兩個實例電路的分析中，光電傳感器的使用方法、光控電路的設計、電路參數的調節、變化規律都很直觀。通過教學實踐證明，在光電傳感器的教學中采用Proteus仿真教學能夠降低教學難度，提高學生的學習興趣，教學效果有較大提高。

參考文獻：

[1]百度百科. Protues[EB/OL]. http：///link？url=Xrw

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[2]馮成龍，劉洪恩.傳感器應用技術項目化教程[M].北京：清華大學出版社，2009.

第2篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：電力系統；繼電保護；動態特性；數字仿真

中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：

在電力系統發生故障時，其運行的安全性以及可靠性在很大程度上會受到繼電保護動態特性的影響，但是在實驗室里面卻無法準確的將真實情況表現出來。當前解決此類問題的方法主要有兩種，一種是通過電力系統動態模擬裝置對故障進行模擬，校驗繼電保護，該種方法是最傳統的方法具有靈活性差、費時費力、成本高等不足；另外一種是通過故障再現設備實現故障期間電壓以及電流數字量向模擬量的轉換，并在博愛和繼電器中將其輸入進而對它的動作行為進行觀察。該種方法必須要與故障再現以及測試設備，其是非常昂貴的，而且對裝置內部程序的邏輯以及元件配置情況無法觀察，只對已有的設備具有適用性。文中所提出軟件對可以實現任何繼電保護裝置元件及其組成系統的模擬，使用EMTP對故障期間的相關數據進行仿真，對其動態特性進行校驗。該種方法可以隨意改變保護裝置的結構、電力系統的結構、故障地點以及故障類型等。對現有的或者是正在研制中的保護裝置都具有適用性，它幾乎有成本低以及效率高等優點。文中的軟件采用了Wisual C++6.0語言作為開發工具。

軟件的動態仿真原理分析

使用程序模塊來實現繼電保護裝置包括電壓元件、電流元件、阻抗元件、功率方向元件、時間元件、差動元件以及各種邏輯元件在內的各種功能元件。仿真時將這些功能元件通過圖形操作來組成軟件框圖；對正在研制的保護裝置或者是即將投入運行的保護裝置進行校驗時，根據投入運行電力系統的結構以及參數，通過EMTP仿真獲得相關的參數值并將其輸入到保護軟件框圖的測量元件當中，對保護元件的動作以及它們之間的時間配合關系進行觀察，最后就可以觀察到保護裝置整體的動作情況；對于已經投運的保護裝置，對故障的原因分析分方法和以上的方法是一樣的。一般動態仿真可以通過連續仿真、斷點方針以及單點仿真這三種方式來實現。可以根據實際情況對仿真度的速度進行調節。

保護元件的結構

文中所設計的軟件如圖1所示，該軟件采用了面向對象的編程技巧，保證了其的層次性以及易擴展性。該種結構也和面向對象的特性是相符的。首先進行基類元件類的構造，它集所有元件的特性于一身，可對其進行復制、移動以及刪除等操作。時間元件、邏輯元件、測量元件以及其它元件就是由基類派生的來的，其中測量元件主要包括電壓、電流、功率方向以及阻抗元件，要將電壓以及電流采樣點諧波分析結果輸入到這些元件當中；在邏輯元件中應輸入與之相關元件的動作情況。其它元件主要包括啟動元件、電流以及電壓互感器斷線檢測元件等。對于所有測量元件得到的測量值均可視為一個數學公式的計算值。

圖1保護元件結構圖

軟件的結構、功能以及特點

3.1軟件的結構

下圖圖2為軟件的結構圖，在進行動態仿真之前用戶應通過軟件的編輯功能將保護的邏輯框圖繪制出來，且選取一組故障電流和電壓的數據，根據保護的實際要求做好濾波計算，將處理之后的數據輸入到測量軟件當中進保護仿真。在仿真是對每按照順序對每一軟件進行查詢，對于測量元件應該根據其電壓、電流、公路方向以及阻抗等來確定出合適的公式將測量值計算出來，然后將其和定值放在一起進行比較，如果滿足要求就發生動作；邏輯元件是否動作主要是根據和它輸入端連接在一起的元件的動作情況決定的。為了提示用戶，發生動作之后的元件出口位置會變成紅色。所以元件每循環一次時鐘會隨著向前走一個步長，其是可以可以進行調節的，為了確保仿真的正確程度，對循環一次后的時間步長應進行檢查看它是否比兩個采樣點之間的間隔大，以免造成忽略掉某些采樣點造成元件狀態的變化，導致仿真結果不準。在查詢完所有的元件之后才能撥動仿真時鐘，所以仿真結果不會受到程序快慢的影響。

圖2軟件結構圖

3.2軟件的功能特點

3.2.1圖形化操作

文中所開發的是一個圖形化的仿真軟件，繼電保護邏輯框圖的編輯功能作為軟件的基本功能。為了使得所開發的圖形編輯功能可以很容易的和各種分析功能的接口相連接，向它們提供統一的圖形用戶界面，所以要確保所開發系統的獨立性較高，同時確保其具有易擴充性。文中所開發的保護框圖編輯系統具有的功能和特點有：第一，給各種不同的保護元件提供了相應的繪圖工具，通過其可繪制各種元件，操起起來簡單方便；第二，可以對各種元件進行包括移動、復制、刪除等在內的操作，亦可對整塊對圖形進行操作，所以的操作和Windowsz的標準操作相一致；第三，具有和AutoCAD一樣的對敏感點的捕捉功能。其可依據各個元件在圖形中所處的位置將它們之間的關系確定出來，這樣在繪圖中就可以省掉很多工作，由于無需輸入網絡拓撲連接關系的工作，也就不會有出錯情況出現。軟件還可以實現對保護框圖連接線的錯誤進行自動檢測。

3.2.2其它功能

第一，濾波的各種算法均可提前編好，所以用戶可以根據實際需求來選擇算法，這樣就很容易對各種原理的保護進行仿真；第二，在數據庫里面存有繼電保護的定值，這樣在框圖上可直接檢查和修改保護定值，對其的校驗也顯得很簡單了。對元件進行雙擊在彈出的對話框中可以對元件的編號以及特性進行修改；第三，該軟件中，用戶只需將數條簡單的直線和圓弧給出任意種類的動作特性就會形成，也就是說其實現了阻抗元件的自定義特性；第四，通常在保護框圖中對邏輯元件使用的比較多，在繪制時經常需要對其屬性以及輸入端的個數進行變更，基于此種情況，該軟件開發除了具有自定義功能的邏輯元件，這樣就使得用戶繪制更加方便；第五，此軟件所使用的數據符合我國電力行業的相關標準，是我國故障動態記錄設備暫態數據交換的標準格式，因此其具有較強的適用性；第六，通過該軟件可以獲得很多的圖形和曲線；第七，可根據需要選擇仿真到底是單步進行還是連續進行，這樣用戶就可以很清楚的對故障時包含匯總所以元件的動作情況以及它們之間的時間配合關系進行觀察，以實現運行過程中保護發生誤動作原因的查找。除此之外，軟件還可以讀設計階段保護的性能進行分析，在很大程度上可以新型保護研制所需要的時間。

接口問題分析

通常真實感受故障的數據位于A/D變換后的數據線上，故障數據是通過保護定時中斷獲取的，但是在故障錄波器中的數據是數字量，這時出現的問題就是二者的采樣率不同，若需要使用這些數據就需要對其進行轉換，使得采樣率保持一致，具體的解決方法可以參考Comtrade格式標準。

結束語

綜上所述，文中提出的軟件具有使用方便、功能齊全、成本低以及適用性強等優點，可將其用于對繼電保護裝置的設計開發以及故障分析中，在人員的培訓以及調試方面也可以使用。在這里需要說明的是，該軟件作為對保護裝置進行分析的軟件，硬件還是需要通過動態模型以及故障再現設備進行測試。文中已經分析了該軟件的整體框架，還需要進行濾波計算以及各種功能軟件的編制，其正在進行。在很大程度上軟件仿真的真實性這準確性都會受到各種元件實現算法和真正保護裝置之間的一致性程度的影響，因此希望各個生產廠家積極配合，向用戶和相關廠家提供質量性能更好的工具。

參考文獻

[1]郭征,賀家李,楊洪平,柳煥章,盧放.電力系統故障時繼電保護裝置動態特性的數字仿真[J].電力系統自動化.2003(11).

第3篇：仿真技術特點范文

【關鍵詞】電子測量技術；Proteus仿真

1 電子測量教學中存在的問題

《電子測量技術》是高等職業院校電子信息類專業的一門專業課，其目的在于使學生理解常用電子測量儀器結構、原理，會正確選擇和使用電子測量儀器進行測量，培養學生成為具有電子信息技術基本技能和綜合職業能力的，在電子信息領域適應生產、建設、管理及服務第一線工作的高級技術應用型人才。該課程傳統的教學方法多采用老師首先講授理論，然后再實驗室驗證性實驗的方法，隨著現有高職生源水平的下降，傳統的教學方法已經不能取得良好的教學效果，這就要求教師要根據實際情況，利用先進的教學手段和技術條件進行教學方法和形式上的改革。

多媒體技術是現代教育的一種有效的教學手段，教師可以將晦澀難懂的理論知識利用圖片，動畫等多種形式演示出來，既能引起學生興趣也能使學生更容易理解知識。但是單純的圖片或者動畫演示對于《電子測量技術》這門課程顯然的不夠的，它涉及到很多具體電路和儀器的工作原理，這些儀器的構成原理和使用方法較難理解。

2 Proteus仿真在電子測量教學中的應用

計算機仿真技術已成為現代工程中的一種有效手段，所以我們在教學過程中使用了電路仿真軟件Proteus。Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的一款EDA工具，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。

我們以信號發生器為例，將計算機仿真技術應用與教學中來，采用項目教學法，讓學生利用之前所學的電路知識設計信號發生器。

信號發生器總方案如下：

信號發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波―方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產生正弦波波―方波，再將方波變換成三角波的電路設計方法。由RC橋式正弦波振蕩器產生正弦波，經過遲滯比較器產生方波，再由積分電路產生三角波。

學生通過設計信號發生器的電路了解了信號的發生器的結構原理，也對振蕩器，延遲比較器和積分電路原理和應用有了更深的掌握。而且通過計算機仿真軟件來設計和搭建電路也節約的時間和硬件等資源，同時也避免了搭建實際電路時，由于焊接水平影響而出現的一些問題和故障。

3 總結

將Proteus仿真技術應用于《電子測量技術》這門課中，不僅使教學方式和考核方式多樣化，也激發了學生對學習的興趣和主動性，提高了教學效果和實踐能力，也有助與學生在國家電子類各項競賽中取得優異成績，對畢業設計，創新項目和課外活動也起到了一定作用。

【參考文獻】

[1]徐杰.電子測量與儀器[M].北京：機械工業出版社，2015.

[2]千承輝.Proteus 仿真在電子測量實驗課程中的應用研究[J].實驗室科學，2013，6

第4篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：計算機仿真技術 電子專業教學 應用

課 題：本文是在建設江西省冶金工業學校電子技術應用重點支持專業建設項目“改革教學模式”過程中的實踐研究成果。

一、計算機仿真技術的特點

1.計算機仿真技術的基本特性

沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性。虛擬仿真技術是在多媒體技術、虛擬現實技術與網絡通信技術等信息科技迅猛發展的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，是一種更高級的仿真技術。將虛擬仿真系統應用于電子技術專業教學，可使使用者獲得視覺、聽覺、運動感覺等多種感知，繪制的電子圖形與實物十分逼真，具有界面直觀，易學易懂的特征。因此，用計算機仿真技術進行教學，學生能夠更加直觀地進行觀察和學習。

2.仿真技術能夠提供各種分析手段

計算機仿真技術具備完整的混合模擬功能及數字信號模擬功能，可以對電路圖中的電波及各種工作狀態數據進行儲存、打印。計算機仿真技術不僅具備對靜態、動態以及失真情況進行分析處理，而且對于電路中出現的短路及其他故障能夠進行及時、合理的判斷和分析。

3.仿真技術在教學中的作用

計算機仿真技術不僅實驗方法簡單明了，而且成本低，便于系統的檢修和維護。學生進行實驗時，不用擔心因錯誤操作而引起不良效果。學生能夠獨立進行實驗。學生進行反復操作的過程，也不會造成實驗器材和原料的浪費。并且可以進行一些難度系數較大的實驗，達到身臨其境的真實感覺。

二、計算機仿真技術在電子技術教學中的應用

1.在課堂運用仿真技術，進行演示實驗，能夠提高教學效率

以往在進行理論課教學過程中，過于注重原理分析、公式推導，學生常感到枯燥無味，難于理解，需要配合演示實驗，而教師需要花費大量時間進行演示實驗的準備，并且常需要將多種儀器搬到教室，使用起來非常不便，演示操作過程時間長，常常影響教學進度。如今將仿真軟件的虛擬實驗功能引進課堂，在進行理論講解的同時，利用多媒體同步進行演示，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補了理論講解的不足，而且學生更易掌握、理解。

2.利用仿真技術進行實驗教學具有較強的靈活性、精確性

通常情況下，實驗操作過程經常存在不可預測的因素，往往會得到不同的結果。采用計算機仿真技術繪制圖形，與實測數據相結合，可以減小因為不定性因素引起的誤差。與傳統實物實驗相比，計算機仿真技術可以彌補實物實驗不能任意改變電路參數的缺點，能夠在不更換實驗器材和元件的情況下，利用計算機仿真技術通過變換參數來觀測結果的變化，從而得出精確的分析數據。

3.仿真技術教學生動有趣，能有效激發、提高學生的學習興趣

實驗課的真正目的就是讓學生能夠通過實驗課程的學習來驗證理論知識，能透徹清晰地理解理論知識，鞏固學生的專業技能。傳統的實驗教學主要靠老師的講解和演示，學生動手時間少之又少，導致學生無法加深對原理的理解，計算機仿真技術避免了這種現象，大大提高了學生的實驗實效，調動了學生的積極性，激發了學生對實驗課程的興趣。

4.仿真技術為教學提供了理想的教學方案

由于學生對知識掌握和熟練程度不同，學生的認知能力存在差異性，對新知識的理解掌握能力不一致，因此教師在制定教學方案時需要考慮到學生的實際情況，因材施教。計算機仿真技術的引進，無疑給教學提供了理想的教學方案，教學內容更加規范化、標準化，并且以重點培養專業技能為目的，設計的教學方案更加合理實用，符合學生的特點。

三、仿真實驗應注意的問題

第5篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：3D數字仿真技術；城市服務；應用

1 概述

3D數字仿真技術主要是通過計算機技術，為用戶創造一個逼真的虛擬環境，既可以是對現實環境的虛擬，也可以是對一些想象的物體的虛擬。目前在城市建設以及工業產品等領域中的發展比較廣泛。本文主要通過分析3D數字仿真技術的發展情況，探討其在當前的城市服務中的應用情況。

2 3D數字仿真技術概述

2.1 3D數字仿真技術概念及特點

3D（三維）數字仿真，一般也稱虛擬仿真，主要是通過計算機技術生成一個無限逼近現實的虛擬環境，該環境中存在視、聽、觸、味等多種感知，用戶則通過各種傳感器設備接收自身自然反應的行為、活動，從而實現與虛擬世界中的個體產生聯系的一種技術。

3D數字仿真技術一般具備三個特點：（1）沉浸感。由于3D數字仿真技術創造出了一個虛擬的現實世界，單從視覺效果上來看，用戶很容易產生一種置身于這種虛擬環境的感受。（2）多感知性。雖然目前的3D數字仿真技術能夠實現的感知只有視覺、聽覺發展的比較成熟。但是理想狀態下，3D數字仿真技術還應該具備味覺、嗅覺以及觸覺等在現實生活中存在的多種人類感知行為，為人類營造一個真正逼近現實的虛擬環境。（3）交互性。所謂交互性是指用戶可與虛擬環境中的實體進行交流、操作等行為，而且通過這些行為可以得到實時的反饋。

2.2 3D數字仿真技術發展

進入21世紀以來，隨著計算機技術的大量普及，3D數字仿真技術也隨之進入了快速的發展時期。而美國作為該技術的發源地，目前在該技術領域依然處于世界領先地位，于2007年率先提出六方沉浸體驗虛擬現實系統，并期望達到1億像素的顯示效果。然而目前最大的虛擬現實系統中能夠提供的像素僅為4300萬，且只有五方沉浸體驗效果。因此，這項技術被美國業界認為是下一世紀重要競爭技術，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有對應的大型研發中心。我國雖然起步較晚，但是許多高校、企業也都在積極研制3D數字仿真技術，目前也都取得了十分顯著的進步。

3 3D數字仿真技術提供的城市服務探究

3.1 城市建設領域

隨著房地產行業的競爭越來越激烈，房地產廠商主要宣傳的要點包括：地理位置、社區規劃、戶型設計等。然而目前對于戶型的空間設計等方面發展已經很難再有革命性的突破，一些廠商的宣傳手段還僅限于條幅、實物模型等。但是隨著社會的發展，人們希望能夠更加直觀、快捷、方便地看到整個樓盤的詳細信息。傳統的手段是無法滿足這些需求的，而3D數字仿真技術，這一專注于營造仿真環境的技術就得到了廣泛的應用。房地產廠商通過制作一些建筑動畫，直觀地展現小區虛擬場景、樓盤樣式、以及三維虛擬樣板房等。通過使用這些3D動畫作為宣傳手段，能夠讓居民非常直觀的體驗、感受到住房的樣子，因此取得了非常好的宣傳效果。

3.2 工業領域

現如今，隨著經濟的快速發展，人們的生活也因為各種工業產品的快速發展而變得非常方便。像汽車、醫療器械等一些與人們生活息息相關的工業產品，一般在最終上市之前都會進行嚴格的檢驗。之前由于技術水平有限，只有等到產品研發出來之后才能進行相關的檢驗，一旦產品出現問題勢必造成大量資源的浪費。

隨著3D數字仿真技術的產生，技術人員可將設計出來的產品進行虛擬實驗，既可以將設計出來的產品整體、空間構造都非常詳細地展現出來，而且還可以通過虛擬現實技術，在虛擬的環境中對，對這些產品進行安全、事故模擬實驗。像汽車行業，一般會利用3D數字仿真技術進行車輛撞擊事故模擬；在煤礦產業，一般利用3D數字仿真技術進行安全生產實驗，確定最終的安全挖掘方案等。

3.3 事故模擬

傳統的事故分析都是通過事故現場照片或者是現場遺留下來痕跡等來進行相P的判斷，但是這種缺乏動態模擬過程的分析方式缺乏直觀性。而事故一旦發生，通常會伴隨著賠償、處罰等后續事件，如果能夠完全還原當時的情景，有助于相關負責人十分方便、快捷、準確的處理相關事故。目前已經開展的研究內容包括：橋梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤礦事故分析等。其中交通事故分析發展相對的較為成熟，而且現在已經有很多交通管理部門引進這些技術，對交通事故進行模擬還原，從而對發生當事人進行相關責任判斷。

3.4 施工演示

目前國家各項基礎設施建設正在如火如荼的進行中，面對這些大型的工程項目，以前只能通過工程圖紙或簡單的模型等形式進行展示。對于缺乏足夠的空間想象能力或者項目新手來說，很難去想象到整個工程中每個實物的具體樣式，而3D數字仿真技術大到整體效果，小到部件的構造等，可以非常逼真的展示工程項目實景。不僅方便進行施工演示，而且在進行工程匯報時，也可以非常具體的展示當前的具體施工狀況，以及與完整項目之間的差距等。

4 結束語

3D數字仿真技術，隨著計算機技術的快速發展，正處在高速發展的階段，而且正在以其獨特的方式改善人們的生活、學習和工作方式。除上述提到的一些應用領域之外，3D數字仿真技術還有許多其它的應用領域，而且隨著5D時代的到來，還會產生更多的現在還無法想象的應用領域。但同時還應該意識到，由于一些技術難點，比如說在虛擬空間中實現嗅覺、味覺等技術，目前還沒有攻克，3D數字仿真技術未來的發展道路還有很長。

參考文獻

[1]張晶.淺談三維動畫的應用領域[J].山東工業技術，2013（11）：151.

[2]周飛，孫超.論三維動畫在產品設計中的運用和價值[J].藝術科技，2013（05）：179.

第6篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：計算機仿真；教學方法；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）02-0048-03

一、引言

仿真技術已經在國防軍事、國民經濟、社會生活的眾多領域發揮了重要的作用，國內外眾多學者認為，仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術被認為是“使能”技術。

仿真科學與技術雖然尚未成為一級學科，但國內多個軍隊院校已經開始設置仿真專業和仿真工程二級學科，已經培養了數千名仿真工程技術人才。我校從2005年起開始在測控工程本科專業開設《計算機仿真技術》課程，30學時，每年選課人數近150人，主要目的是讓學員建立起計算機仿真的概念，掌握計算機仿真的基本方法并能夠對連續系統進行初步的仿真研究，為今后從事導彈控制系統的分析與設計奠定基礎。

計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。因此，學員普遍反應該課程難學、難懂。為提高教學效果，針對課程特點和現行課程教學的不足，我們從教學內容、教學方法手段、教學資源和實踐環節等方面進行了課程改革和實踐，取得了較好的教學效果，為計算機仿真課程的教學改革提供了實踐基礎和案例參考。

二、現行課程教學的不足

1.課程定位不明確。由于計算機仿真技術在本校是第一次開設，對于課程應該達到什么樣的目標定位并不明確。現行的課程標準將目標定位為掌握連續系統仿真方法和離散事件系統建模與仿真方法，并能夠對具體的連續系統進行仿真研究。事實證明這種要求目前是達不到的，特別是在有限的學時限制之下。另外，課程的定位也和測控工程專業的培養目標不盡相符。同時，本校應屆畢業的研究生反映，本科階段已經學過的內容，碩士階段還得重新學一遍，甚至到了博士階段，也有部分重復的教學內容出現。這說明目前對于計算機仿真技術本科課程、乃至整個仿真課群的設置與定位是不明確的。

2.教學內容與其他課程重疊。計算機仿真技術課程現行的教學內容與《現代控制理論》等課程的內容有所交叉和重疊。連續系統數學模型及相互轉化等內容在《現代控制理論》中已經講授過。而有關“數值積分法”的內容和《計算方法》的內容有交叉。教學內容交叉和重疊現象令學生無法準確界定、無法準確區分課程內容，也令教學督導專家詬病，當然也就不利于學員的系統學習了。

3.教學方法手段單一。該課程的教學方法還主要停留在傳統的講授為主的教學理念上，只采用單一的教學方法和手段。教學內容文字性公式居多，直觀性材料、多媒體材料、應用型材料偏少，學員學完后不知道如何應用、如何解決實際問題，總認為計算機仿真就是一種數值游戲、一種計算機游戲。

4.缺乏必要的實踐環節。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術，仿真技術本身是在對控制系統分析的過程中不斷完善和發展起來的。現行的教學模式缺乏實踐環節，學員難以了解仿真技術具體是如何應用解決實際問題的，缺乏感性認識和實踐的機會，不知道在導彈控制系統分析中有何用處。

三、課程教學的改革實踐

根據作者的教學實踐和實際科研工作經歷，提出并實踐了如下改革思路。

1.教學內容改革。計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科，緊密相關的課程包括計算方法、計算機軟件設計、計算機圖形學、計算機控制、自動控制原理、現代控制理論等課程。如何講出本課程的特點同時又避免與其他課程雷同是必須解決的問題，因此必須在教學內容的編排上下功夫。

經過分析與調研，最終將本課程的主要內容選定為連續系統的數字仿真方法上（占總學時的40%），而對連續系統的建模及模型表示、相互轉換則不作過多講述，避免與自動控制原理、現代控制理論重復。而對于計算機仿真技術中的離散事件系統仿真（占總學時的25%）則僅作原理性講述，因為經過調查發現，學員在現階段還體會不到離散事件系統仿真建模的精髓，還不能夠從離散事件仿真建模過程抽象出解決實際復雜系統的建模與仿真方法，而這正是離散事件系統仿真的核心思想和應用目的所在。剩余的學時則主要講述計算機仿真的基本概念、步驟與發展趨勢及應用等內容。

授課內容調整后，課程主題內容分明，有利于將連續系統仿真方法講深、講透，增進學員的理解。

2.基于比較教學的教學方法實踐。為了加深學員對內容的理解，在教學過程中廣泛采用了比較教學方法[1]。

一是連續系統與離散事件系統仿真方法的比較。仿真的本質是在計算機上對模型進行試驗，完成狀態轉移計算。連續系統仿真模型的建立主要是從數學模型出發，建立適合計算機上實現的運行模型。因此連續系統仿真推進時鐘時，以為增量進行推進，采用差分方程實現狀態推進。因而連續系統其仿真方法明確，好理解，在計算機上求解微分方程即可，重點放在如何選取微分方程的數值解法上。

而離散事件系統的狀態變化是由于隨機發生的事件而引起的，如何進行離散事件系統的仿真時鐘推進和狀態變遷就成為離散事件系統仿真的核心問題。離散事件仿真的基本思想就是將事件序列模擬出來，記錄事件引起的狀態變化并進行統計，最后得到感興趣的系統性能參數。時鐘推進方法根據仿真粒度分別可采用事件調度法、互動掃描法和進程交互法，其中事件調度法是基礎，體現了離散事件系統演化的特點。

離散事件系統只能根據其系統特點，將由事件驅動引起的狀態變化通過簡化在計算機上復現出來，從而進行仿真研究。這種思路大部分學員開始時不理解，甚至認為是“很笨的方法”，沒有什么特別之處。然而，這種方法卻是對離散事件系統甚至復雜混雜系統進行仿真的唯一有效方法。

通過建立連續系統和離散事件系統仿真比較表（如下表所示）進行比較教學，學員對兩種系統的仿真方法理解得更透徹。

二是數值積分法、替換法和離散相似法的比較教學，后面兩者都是從仿真的快速性出發進行設計的。

數值積分方法是從求解微分方程的角度發展而來的，思路嚴謹，方法體系完整，是主流的連續系統仿真方法，其主要過程是建立差分方程。替換法是應用z與s的映射得到離散脈沖傳遞函數，再由Z反變換求得差分方程的方法。替換法相當于數值積分法的多步法，簡單替換法可以歐拉方法一致的精度，雙線性替換法可得到和梯形法一致的精度，但計算過程相比歐拉積分方法和梯形法快。但缺點也很明顯，替換法要求對系統先進行線性化，因而只對線性系統有效，而且替換法其理論依據不嚴格，誤差大小也沒有定量的結論。

離散相似法是一種快速仿真方法，其基本思想是簡化系統的輸入。由于實際系統輸入經常選擇階躍信號，對輸入采用零階保持器的簡化措施沒有引入誤差，可以獲得更高的仿真精度。而歐拉方法要求狀態變量的導數為階躍信號時，才沒有系統誤差，這在實際中是很難滿足的。因此對于階躍信號輸入，采用零階保持器的離散相似法可以獲得沒有系統誤差的仿真結果，這不僅優于歐拉方法，還優于其他的高階數值積分算法。

但離散相似法的局限也是很明顯的：即要求系統必須是線性的。非線性系統要采用離散相似法，首先要進行線性化，但線性化過程已經引入了誤差，自然會影響仿真結果的準確性；另外系統的階次和“病態”屬性的存在使得計算狀態轉移矩陣很復雜甚至不收斂，將帶來較大的截斷誤差。因此對于線性系統，離散相似法將系統拆分為一系列低階環節，再針對每個低階環節應用離散相似法，但此時這些低階環節的“輸入”已不再是階躍信號了，因此采用離散相似法同樣帶來了誤差。

只有在離散相似法選擇的典型環節是積分環節時，離散相似法（零階保持）等價于歐拉方法。

通過以上比較教學，學員對連續系統的仿真方法理解就很透徹了。

3.輔助教學資源開發。學員通過比較教學，雖然對連續系統的仿真方法已經很理解的，但是對其如何使用仍然是模糊的。為此，我們利用Matlab語言開發了連續系統仿真算法輔助教學演示軟件。

軟件的主要功能包括：（1）對常用的數值積分法進行Matlab實現，寫出各種數值積分法的遞推疊代公式，顯示出每步計算結果；（2）連續系統包括典型的一階系統、二階系統和三階系統；（3）可對數值計算結果和系統精確解進行列表比較和圖形比較；（4）對病態系統采用不同的仿真方法進行仿真演示，比較方法的異同和計算精度；（5）一個魚雷攻擊移動目標系統（6階系統）進行具體應用，演示如何對具體連續系統進行仿真分析。

教學過程中，涉及到相關算法時，利用輔助教學軟件進行教學演示，對計算公式的推導、每步計算過程和結果都進行演示，并最終演示仿真結果及與真實解、其他算法之間的差異，從而班組學員理解算法的計算過程。

4.增加實踐環節。由于教學過程中，只能采用較簡單的對象進行講授和演示，學員對于如何采用計算機仿真技術解決導彈控制系統的定量分析與精度評定等應用仍然沒有概念。鑒于學時的限制和實驗條件的限制，目前尚不具備讓學員動手進行計算機仿真驗證的條件。因此依托戰略導彈控制系統半實物仿真試驗系統科研條件，讓學員參觀、體驗計算機仿真技術在大型導彈連續系統仿真中的應用這一實踐環節，感受半實物仿真試驗過程和數字仿真、可視化仿真過程，從而增強了學員理解仿真技術應用的直觀性，使學員的實踐能力得到全面鍛煉和提高。

四、教學效果

計算機仿真技術課程在我校開設了7屆，前幾屆學員普遍反映難學，抓不住重點和思路，不知道如何應用。經過近3年的教學改革與實踐，教學效果明顯改善，具體教學效果如下。

1.課堂和實踐教學效果。通過以上教學改革和教學實踐，學員在課堂上能夠積極主動地思考和回答問題，對學習計算機仿真技術課程充滿了興趣，能夠在教員的引導下主動對具體連續系統進行仿真建模與分析，主動閱讀參考文獻提出問題。實踐環節中，多數同學能夠從總體上理解半實物仿真系統的組成及工作原理、過程，有些學員甚至與實驗指導教員探討，提出半實物仿真、數學仿真、可視化仿真的改進措施。總體來說，課堂和實踐教學效果較好。

2.大作業反饋教學效果。從近幾年大作業完成情況看，學員對連續系統的仿真算法掌握較好，對于算法在一階微分方程中的應用基本能夠掌握，通過文獻的參考和指導，初步掌握了對連續系統建模、模型轉換、仿真建模、仿真實現這一過程。大部分同學也能對高階系統進行模型轉換和仿真分析，這表明大部分學員已經掌握了對實際系統進行仿真分析的能力。

總之，通過教學改革和實踐，學員在學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和知識運用能力，教學效果顯著提高。

五、結束語

本文針對計算機仿真技術課程特點和現行教學模式存在的課程定位不明確、教學內容交叉重疊、教學方法手段單一、缺乏必要的實踐環節等不足，結合作者多年的教學實踐和經驗，提出并實踐了一些該課程教學改革的具體思路，相信對于該課程的后續教學改革、提高教學質量和效果具有一定的參考意義。這種教學改革的實踐表明，不僅增加了教學的趣味性，學員也普遍反應計算機仿真技術更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明顯的教學效果。

參考文獻：

[1]廖守億，張金生，劉志國，等.計算機仿真本科課程的比較教學法探索與實踐[J].時代教育，2013，（01）.

[2]李興瑋，龍志強，張明.《仿真技術基礎》本科課程教學改革思路初探[J].高等教育研究學報，2009，（01）.

第7篇：仿真技術特點范文

《電路分析》為電氣信息類專業的一門基礎課程，具有理論性強、電路圖及公式眾多、電路定理及方程推導嚴謹等特點，傳統的黑板教學已難以充分滿足當前教學目的及教學。在此種形勢下，教師根據電路分析課程的特點，采取行之有效的教學手段具有非常重要的意義。基于此，本文就計算機仿真技術在《電路分析》課程教學中的應用展開深入研究。

【關鍵詞】計算機仿真技術 Matlab 電路分析 教學應用

在高校電子及電氣類專業中，《電路分析》為一門基礎課程，具有很強的系統性、理論性及邏輯性，在學生后續課程的學習以及實際問題解決能力的提高方面，發揮著非常重要的作用。由于《電路分析》課程內容十分復雜、抽象，再加上為學生接觸的專業啟蒙課程，因而對于電感、電容等許多抽象概念，學生難以進行聯想，進而失去信心。因此，為激發學生學習興趣，教師就必須確保電路知識的形象化及趣味化，讓學生準確、方便掌握課程中的難點與重點。近些年來，隨著科技的發展，計算機仿真技術也在教學中得到了非常廣泛的應用。當前，如何將仿真軟件技術在多媒體教學中的優勢充分發揮出來，已成為《電路分析》課程的教學發展方向。

1 計算機仿真技術特點

計算機仿真技術為一門利用計算機科技成果建立被仿真系統的模型，并在一定的實驗條件下開展動態模型實驗的綜合性技術，具有高效、受環境約束少、可為仿真條件及參數的更改提供便利等優勢。以下對計算機仿真技術的特點展開詳細探討。

1.1 具備直觀的界面，易于學習與理解

在課程教學過程中采用計算機仿真技術，可將符合實際情況的圖表及儀器等詳細繪制出來，進而促進學生直觀、準確的學習與觀察。

1.2 為電路分析提供了多種有效手段

通過計算機仿真技術繪制出來的模型具有非常齊全的元件庫，為實際生產提供了極大的便利。此外，仿真技術具有強大的數字信號模擬及混合模擬功能，不但可存儲電路仿真圖形中各種工作狀態下的數據及電波，而且還可進行打印。除了具備失真、靜態及動態等方面的分析功能外，計算機仿真技術還可合理判斷并分析電路中出現的短路等各項故障。

1.3 為課程教學提供了簡單有效的實驗方法

在實際教學過程中，計算機仿真技術提供了一項簡單卻十分有效的實驗方法，其花費的成本低，且系統的維護操作充分保證了自身的長期使用。學生在開展某項實驗時，無需擔心因為操作措施而導致不兩個效果的發生。如遇上不懂的問題，學生還可尋求在線幫助，進而獨立進行實驗。在反復實驗操作的過程中，不會浪費原料及實驗器材。此外，利用計算機仿真技術可完成一些比較難的實驗，使學生充分感受到真實感。

2 計算機仿真技術在電路分析中的具體應用

作為電路分析的理論基礎，零輸入響應動態電路分析在理論及實際應用方面均具有非常重要的意義。在電路分析理論中，我們通常先將有關時間的微分方程轉化復數方程，進而求解。但是，由于方程系數均為復數，倘若采取手工的求解方式，那么就會非常繁瑣與復雜，尤其對于方程數量較多的復雜電路，手工求解不但耗時長而且極易出現錯誤。雖然可以利用計算機采用編程的形式完成求解工作，但對編程者提出了一定的要求，其需要具備一定的計算機語言及算法知識。此外，編程具有較長的周期，這也對電路問題的實際分析與解決產生了一定的制約。而采用計算機仿真技術，則可大大節省計算的時間，并將電路參數在計算機上進行調試，對電路中的電壓、電流及功率波形等進行直觀觀察。以下就Matlab仿真軟件在電路分析教學中的應用展開研究。

以一個二階動態電路的零輸入響應為實例。圖1為一個典型的二階動態電路，其中，過阻尼、臨界阻尼以及欠阻尼為其零輸入響應的三種情況。目前已知L為0.5H，C為0.02F，初始值uc（0）為1V，iL（0）為0，研究當t≥0，且R分別為1Ω、2Ω、3Ω、4Ω…10Ω以及12.5Ω時，uc（t）與iL（t）的零輸入響應情況，并將其波形畫出來。

由于具有不同的求解方程，我們分為過阻尼電路及欠阻尼（包括臨界阻尼在內）電路這兩種情況進行研究。

（1）建立出過阻尼的電路模型。當R值為12.5Ω是，uc的微分方程如下：

①

其中，iL的微分方程與uc類似。令諧振角頻率wn為 ，衰減常數α為，那么①式即可寫成二階微分方程的典型形式，具體為：

②

初始值即為uc（0）與

此外，根據示例可知，

也即存在α大于wn的過阻尼情況，經求解得出以下公式：

③

在③中，

經Matlab計算機仿真軟件進行編程處理，程序運行的電壓及電流的波形具體見圖2（圖上部分為電壓uc，圖下部分為電流iL）。

（2）建立二階欠阻尼，包括臨界阻尼在內的電路模型。當R值分別為1Ω、2Ω、3Ω、4Ω…10Ω，uc及iL的微分方程具體如下：

④

在④中，

且式子中的公共參數為：

經Matlab進行編程處理，程序運行的電壓及電流的波形具體見圖3、圖4。從圖中我們可以清楚看出欠阻尼電路零輸入響應曲線與阻尼系數之間的關系。

3 結語

綜上所述，《電路分析》為一門具有強理論性及實驗性的課程，其數學推導比較多，且學生難以充分理解其中的物理概念及過程。而將計算機仿真技術應用在實際教學過程中，擺脫了傳統教學中，理論與實驗教學分離的不足之處，賦予知識形象化、趣味化，促進了電力分析教學效果的全面提供，同時也激發了學生學習電路課程的興趣，為其創新思維的培養打下了扎實的基礎。

參考文獻

[1]時昆.計算機仿真技術在電子技術教學課程中的應用探析[J].科技天地，2012，8（23）：72.

[2]戴斌.MATLAB仿真在電路分析課程中的應用研究[J].電腦知識與技術，2012，8（17）：457-459.

作者簡介

宋菲（1977-），女， 河北省阜城縣人。現為石家莊職業技術學院講師。研究方向為電路課程教學。

第8篇：仿真技術特點范文

關鍵詞：計算機仿真技術；電力電子電路；電力電子系統

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

就現階段而言，計算機技術已經滲入到各行業及領域當中。計算機仿真技術在電路與系統分析中的應用對電力電子技術領域相關產品的生產及技術的開發有著十分關鍵的作用，這是因為該技術的應用能提高電力電子領域技術人員的專業知識、提高電路設計的完善性以及改進相關產品的性能等。因此，文章將對計算機仿真技術的概念和應用進行介紹，并對該技術相關優化提出建議。

一、計算機仿真技術的簡介

計算機仿真技術是在現代信息技術的基礎上發展起來的一類綜合性技術，該技術綜合了原理相近的不同專業領域的多項技術，包括了信息技術、網絡技術、圖形及圖像處理技術、多媒體技術、軟件技術、數據分析處理技術、自動化技術以及系統工程技術等，其目的是對系統的設計方案和運行進行了解。計算機仿真技術具有涵蓋量廣、應用范圍大、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、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中的應用

（一）電力電子電路及系統的簡介

電力電子電路系統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、代數運算、快遞函數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）計算機仿真技術軟件的應用

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

1.Pspice仿真軟件的應用

根據電路原理圖在Pspice軟件中建立仿真電路圖，并采用開放電壓環控制，對仿真電路波形進行繪制并分析，并根據分析結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進行校對。

2.Power System Blocksets仿真軟件的應用

在仿真軟件中建立電路系統模型，包括功率電路以及控制電路的模擬圖，使用雙閉環電路控制系統、內外環電壓環對電路進行調節與控制，得出仿真電路波形圖并繪制出來。根據所得出的仿真結果，對輸入電流量、輸入電壓量進行跟蹤分析，從而對功率因數進行矯正。

（三）幾種計算機仿真技術軟件的對比

就現階段而言，在電力電子相關領域中應用頻率較高、應用范圍較廣的計算機仿真軟件之一是Pspice，該仿真軟件實現了仿真電路與原電路理論設計圖緊密連接，基本上實現了電力電子電路的動態仿真和系統分析。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果誤差率較低，因此該仿真軟件在電力電子電路及系統分析中的應用對于電路的設計起到了指導性的作用。另一方面，由于該軟件的數據處理規模大并復雜，因此在實際應用過程中，該軟件的運行速度不高，對系統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圖形圖像處理基礎上建立起來的大規模計算機仿真軟件，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、數據分析效率高、處理精準、兼容性高等特點，現已經在電子電力領域得到廣泛應用，并逐漸代替Pspice軟件。

三、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中應用的優化建議

在使用計算機仿真軟件建立電力電子電路及系統模型時，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、調整好相關參數并接好線路即可。然而，在操作過程中應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，當單箭頭轉變為加粗加黑的箭頭時，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，關閉后臺窗口。在建立電子電力系統模型的過程中，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閉，以免仿真軟件發出警告提示或故障。

第四，對相關參數進行調節。由于電力電子系統的模型建立與實際電路存在的差距，因此在應用仿真軟件進行建模時要調節好相關參數，包括仿真的初始時間、仿真結束時間、仿真計算方式、仿真過程中誤差范圍、步長參數等。在對這些參數進行設定與調節時，要根據所需創建的電力電子系統模型而改變，以提高仿真結果的準確性。

四、結束語

綜上所述，計算機仿真技術是新時代科學技術發展的產物，將其應用于電力電子技術領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.電力電子系統的計算機仿真及參數優化算法[J].西安交通大學學報，2009，11（20）：221-223.

第9篇：仿真技術特點范文

【關鍵詞】生產安全 危險 安全仿真技術 分析

現如今石石油化學工業在我國化學工業中占很重要的位置，它是以石油作為原生產物料而生產出化學產品的工業。目前它已帶動了很多行業的發展，也帶動了一定的經濟增長。雖然它帶來了許多便利與效益，但是在它的工作過程中存在的許多潛在的危險也也給我國帶來了許多損失。比如在二十世紀八十年代，僅三年內就發生了約六百多起因石油工業危險性引起的慘痛安全事故，因事故傷亡的人數也達到了一百多人，產生了巨大影響。為使人們在工作基礎上保證自身安全，避免環境受破壞等，很多國家開始制定法規條約等來保障人們的生產安全。而安全仿真技術可以很好地幫助人們解決這一難題，這主要是因為進行真實的實驗實屬空談，而仿真技術卻可以在節約人力和資金等條件下安全的幫人們進行危險評估與分析，幫助人們解決這些棘手的問題。

1 石油化工工藝過程中的危險仿真

石油化工工藝過程中存在著許多潛在的危險，其中主要包括：

（1）因裝置本身的操作失誤而產生的危險；

（2）控制系統出現故障而產生的危險；

（3）超壓、超溫或者泄露產生的危險；

（4）故障在流程中傳播的不利后果等。而仿真技術是一門多學科的綜合性技術，它以控制論、系統論、相似原理和信息技術為基礎，以計算機和專用設備為工具，利用系統模型對實際的 或設想的系統進行動態試驗。針對這些危險的安全仿真技術主要有：

1.1 定量模型仿真技術

針對石油化工工作過程中的動能、質量的傳遞和其他一些內在的物理性質及其變化，我們用代數或者微積分方程對他們進行描述，這種反應工藝過程中的系統靜態與動態變化的手段就是定量模型仿真技術。對于此仿真技術，最常用的軟件就是HYSYS，這種軟件首先可以運用動態模擬的方式分析石油化工工藝生產的運作特點，這樣增加了對危險分析的真實性效果，有利于對不穩定的情況也進行分析。其次它還可以對安全控制方案進行有效研究，在此過程中它將對控制與生產一起研究，巧妙地將其融為一體并同時使其各自發揮出自己的優勢，因此進行動態的分析與探究并確定好最適合最有效地安全控制方案。三是利用HYSYS模擬開工的過程，記下其中的有用數據來確定開工方案。四是計算出穩態軟件無法達到的不穩定狀態過程。五是對石油化工生產進行指導并分析出其極限狀態。因為HYSYS能準確分析出每個有用數據，因此可以利用模擬裝置的極限狀態來分析問題并進行生產指導。

1.2 定性模型仿真技術

定性模擬仿真技術與定量仿真技術的區別是它用的是非數學公式來對信息，結果輸出和建模等環節進行表達的仿真技術。它可以推導系統的定。定性模型相對來說比定量模型簡單。而且在石油化工生產中也很常見，對于不可定量分析的數據、裝置等可以進行定性仿真。現如今主要是H A Z O P安全分析法，這種分析方法僅在美國就有將近兩萬五千個工廠在使用，而且它能節約很多資金，應用前景十分樂觀。目前采用符號定向圖（SDG）模型解決HAZOP 分析實質是定性仿真方法。SDG 方法引入HAZOP 是計算機輔助安全評價技術的一個飛躍，它有很高的安全評價效率，是現代石油化工企業較青睞的一項技術。

2 設備結構的仿真技術

在考慮石油化工工藝中的危險問題中千萬不要忽略設備與材料的強度和壽命，世界范圍內的很多石油化工工廠都出現過因設備與材料出現故障等而導致的安全問題，這也使得很多企業受到了經濟損失和人員損失。而且在維護與修理設備材料的方面上也需要很多時間和金錢，對其耐久性進行測試時其結果也沒常常帶有不確定性因素。ANSYS/FE-SAFE 是現代石油化工企業中比較常用的軟件，該軟件由用戶界面、材料數據庫管理系統、疲勞分析程序和信號處理程序組成。軟件采用大規模有限元分析計算，能計算出單位載荷或實際工作載荷下的彈性應力，然后根據實際載荷工況和交變載荷形式將結果比例迭加產生工作應力時間歷程，也可換算成特定類型載荷作用下的彈性應力。這個軟件的優勢是能夠對高溫和蠕變疲勞等具有很有效的分析能力，并且對它的疲勞壽命也有很好的預算能力，它的各種優點使其有很好的應用前景。

3 有毒物質及爆炸、燃燒的仿真技術

有毒物質的泄漏和爆炸等安全事故的危害性非常大，帶來的損失也很大，它的預防在現代石油化工生產過程中非常重要。在二十世紀八十年代的時候，墨西哥就由于管線泄漏事故而導致的大爆炸摧毀了整個工廠，將近六百多人遇難，四千多人受傷，由此可見事故的嚴重性及帶來的巨大損傷性。由于CFX的功能比較方便和全面，所以它現在流行于各大石油化工工廠。它能制作出立體的CAD幾何模型并擁有變通的流體屬性定義和多種邊界條件生成和網格生成、基于控制體積法的有限元數值方法、求解的并行計算等功能。它能使計算結果以非常逼真的立體效果展現出來，對有毒物質擴散、爆炸和燃燒等安全事故有非常逼真的模擬效果，使人們很好的對其進行分析與預防。現如今很多國家已開始使用，但是我國仍處于發展階段。

4 對于技術故障的仿真

此仿真技術主要應用于石油化工工廠的裝置出現故障的時候，它可以對其非正常狀態進行監測、識別與預測分析。這種診斷方式主要分為定量模型法和定性模型法。

5 安全仿真訓練

為了使工作人員按照工作流程和工作規定認真完成工作，并且在發生緊急事故的時候使工作人員有更靈敏和的反應并采取更冷靜的措施，實施安全仿真訓練是尤為重要的。它主要是針對訓練方法額訓練程度等進行仿真。

6 結語

仿真技術現在已成為石油化工企業必備技術。加強仿真技術的效能，普及仿真技術的使用也尤為重要。今后要將仿真技術更提升一步，以便更好地應用于我國石油化學工業當中。

參考文獻

[1] 王超，唐倩，趙欣. 安全仿真技術在石油化工過程中的應用[J]. 科協論壇，2007