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【關(guān)鍵詞】汽輪機;故障;診斷方法
1 前言
汽輪機組振動事故的出現(xiàn)往往是對早期振動故障知識的缺乏或沒有引起足夠的重視所引起的,未能及時處理,從而進一步發(fā)展惡性事故。因此本文通過緊密結(jié)合實際,深入研究汽輪機組的故障機理、故障原因癥狀、發(fā)展趨勢及其帶來的負(fù)面影響,具有重要的意義。
2 汽輪機組振動故障的特點
2.1 汽輪發(fā)電機組振動的基本特點
描述振動的特征是振動的三要素,即振動的幅值(位移幅值、或速度幅值、或加速度幅值)、相位角和頻率。對于非諧和的復(fù)雜振動,要進行諧波分析,以表征各種頻率的分量。所謂振動數(shù)據(jù)的采集和處理,其實質(zhì)也就是提供振動的表征特點。
2.1.1 振動故障的一般原因
旋轉(zhuǎn)機械操作(即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時)必然會發(fā)生振動,振動量只要不超過一定程度上完全是允許的。但當(dāng)機組出現(xiàn)一些異常振動或振動過大時,成為了故障的操作,必須及時排除保證使用安全。
引起機組不正常振動或振動過大的原因很多,例如:①轉(zhuǎn)子的不平衡量過大;②聯(lián)軸器的加工與軸的裝配同軸度超出允許范圍;③軸系的對中超出允許范圍;④轉(zhuǎn)子的失穩(wěn);⑤轉(zhuǎn)子上的零件發(fā)生松動;⑥轉(zhuǎn)子上有缺陷和損壞(如腐蝕、結(jié)焦、葉片斷落和轉(zhuǎn)子裂紋等);⑦動靜部分摩擦;⑧機組安裝上的缺陷(如零部件松動、基座松動和熱脹余地不足等)。
2.1.2 各種典型振動故障的特點
1)轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動特點
因轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的激振力(離心力)是造成機組振動最基本和最普遍的原因,其激振力的大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的平方成正比。因此,轉(zhuǎn)速越高,激振力越大,在支承系統(tǒng)動剛度及其它條件一定的情況下,產(chǎn)生的振幅也就越大。振動頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率相同,即呈現(xiàn)同頻振動。
2)聯(lián)軸器加工或與軸裝配誤差引起的振動特點
聯(lián)軸器加工或與軸裝配所產(chǎn)生的誤差,反映在轉(zhuǎn)子振動方面的包括兩個方面內(nèi)容:其一,聯(lián)軸器加工或與軸裝配不良使端面與軸線不垂直,當(dāng)擰緊連接螺栓后,軸頸處將變形而產(chǎn)生晃度,在旋轉(zhuǎn)時便因附加的強迫力而受迫振動。其二,聯(lián)軸器的有關(guān)圓柱面和連接螺栓孔節(jié)圓與內(nèi)孔不同心,當(dāng)兩串聯(lián)聯(lián)軸器連接后將產(chǎn)生偏心(即兩軸產(chǎn)生中心偏差),旋轉(zhuǎn)時也要引起附加強迫力而產(chǎn)生振動。
3)軸系不對中引起的振動特點
軸系的不對中通常是指相鄰兩軸安裝于各自的軸承后,兩軸線的傾斜或偏移程度。由上所述,軸系不對中實質(zhì)上就是反映了軸承座標(biāo)高和左右位置的偏差。通常的檢查方法大都是用百分表檢測兩半聯(lián)軸器的外圓偏差和開口偏差。
4)油膜振蕩的特點
油膜振蕩是轉(zhuǎn)子失穩(wěn)現(xiàn)象之一。轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時,振動呈不穩(wěn)定狀態(tài),嚴(yán)重失穩(wěn)時,其振幅將很快發(fā)散增大。油膜振蕩的發(fā)生過程如下:當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)失穩(wěn)轉(zhuǎn)速時,振動的頻率約為轉(zhuǎn)速之半,繼續(xù)升速,振動頻率總近似地保持這個關(guān)系,這種低頻振動稱為半速渦動,其振幅一般不是很大。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍之后,半速渦動的頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速重合,半速渦動將被共振放大,振動劇烈增加,這就是油膜振蕩。油膜振蕩一旦發(fā)生,轉(zhuǎn)速在繼續(xù)升高,振動頻率便保持一階臨界轉(zhuǎn)速的頻率而不會再變,共振范圍較寬。油膜振蕩時,一般不能如沖越臨界轉(zhuǎn)速那樣用提高轉(zhuǎn)速的辦法沖越,要防止發(fā)散和及時采取措施排除。
5)動靜摩擦引起的振動特點
動靜部分發(fā)生摩擦可分為兩種類型:一種是轉(zhuǎn)動部分的摩擦,摩擦部位不在轉(zhuǎn)軸本身(例如葉輪、圍帶等與靜止部分發(fā)生摩擦);另一種是轉(zhuǎn)動部分的摩擦,直接發(fā)生在轉(zhuǎn)軸本身。
6)轉(zhuǎn)子上零件松動引起的振動特點
轉(zhuǎn)子上零件發(fā)生松動的結(jié)果,會造成轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的變化,反映出振動特征一般是無一定的變化規(guī)律。例如當(dāng)平衡塊在平衡糟內(nèi)周向移動或套件與軸的過盈量不足而引起松動時,幾次測得的振動值會發(fā)生變化,尤其在啟停和變速過程中更易反映出這種變化。所以,診斷這類振動故障的方法,可以通過連續(xù)幾次啟停,分別測其振動幅值和相位。當(dāng)出現(xiàn)每次的數(shù)值不同,并呈現(xiàn)隨機變化的情況時,即可判斷轉(zhuǎn)子上有零件發(fā)生松動。
7)轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動特點
轉(zhuǎn)子熱彎曲是指轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下受熱后因徑向不對稱變形而產(chǎn)生的彎曲。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲的原因很多,有轉(zhuǎn)軸的殘余內(nèi)應(yīng)力過大、材質(zhì)不均、轉(zhuǎn)子徑向溫差不對稱(由轉(zhuǎn)子受熱不均和傳熱熱阻不對稱等有關(guān)因素引起)、轉(zhuǎn)子上套裝件各臺肩之間軸向間隙不足、轉(zhuǎn)子中心孔內(nèi)有液體以及動靜部分發(fā)生摩擦等等。
8)軸瓦松動引起的振動特點
軸瓦因安裝時緊力不足或經(jīng)受長期的振動后,會產(chǎn)生在洼窩中松動的現(xiàn)象。這不僅造成軸承振動優(yōu)其是軸振動)的增加同時還伴有較高的噪音。其振動或噪音的頻率兩者相符,且為轉(zhuǎn)速的高倍頻,這是軸瓦系統(tǒng)受轉(zhuǎn)子激振力中非基頻分量而引起的共振(即高次諧波共振)。通常在軸承座垂直和水平兩方向測得的高頻分量大小,由于系統(tǒng)剛度的不同會有所差異。
9)電機電磁激振引起的振動特點
電機轉(zhuǎn)子在帶有勵磁電流的情況下,都要產(chǎn)生電磁力,其大小一般是各極均衡的。在工作時,此電磁力使靜子產(chǎn)生振動其振動頻率為轉(zhuǎn)速的兩倍f兩動電極而言),對轉(zhuǎn)子本身則不會產(chǎn)生振動。但靜子的振動免不了要傳遞至軸承,所以在軸承上也能測到兩倍頻的振動。這種振動由于與勵磁電流有關(guān),故只需根據(jù)有無勵磁電流或改變勵磁電流大小就可判斷。
10)分頻振動的振動特點
分頻振動也稱分諧波共振或亞異步振動。其振動頻率為轉(zhuǎn)速頻率的1/n(n為整數(shù)),一般出現(xiàn)的多為1/2。當(dāng)工作轉(zhuǎn)速處于臨界轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍時,很易激發(fā)成強烈的振動,而且激發(fā)形成很快,有時措手不及而釀成重大的破壞性事故。因此,分頻振動即便振幅不大,但卻是一種潛在危險的振動,不能等閑視之。
3 汽輪機故障診斷的方法
汽輪機組的故障主要反映在振動上,振動測定法由兩大部分構(gòu)成。第一部分是振動信號的獲取,即根據(jù)具體情況選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅?,將能反映機械狀況的振動信號,即某個物理量測量出來:第二部分是故障診斷,即根據(jù)被診斷故障的性質(zhì)以及所采集的信號的特點,采用相應(yīng)的信號處理技術(shù),將信號中反映機械設(shè)備狀態(tài)的特征提取出來,由此確定設(shè)備是否出現(xiàn)了故障、故障的類型以及故障的位置等:
3.1 傳統(tǒng)故障診斷方法
在故障診斷系統(tǒng)引入發(fā)電站之前,汽輪組實施定期檢修,即到了檢修時間不管機組有無故障都要進行停機檢修。在實時運行過程中,現(xiàn)場運行人員要靠其運行經(jīng)驗和對現(xiàn)場機組狀態(tài)的觀察做出故障結(jié)論。在故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電站站初期,系統(tǒng)只具有實時顯示機組各關(guān)鍵部位振動的功能,故障的識別仍然要靠現(xiàn)場工程師根據(jù)信號中含有的信息,依靠經(jīng)驗做出。
3.2 人工智能技術(shù)在故障診斷中的運用
基于人工智能的故障診斷主要有兩類,一是基于知識(符號推理)的故障診斷;二是基于智能模式識別的故障診斷。專家系統(tǒng)是一種基于知識的信息處理系統(tǒng),類似于人類的邏輯思維,由于采用了模塊化的結(jié)構(gòu),可方便地推廣于不同的診斷對象?;谥悄苣J阶R別的故障診斷可以看成是典型模式識別問題,即對一系列過程參量進行監(jiān)測,然后采用智能識別系統(tǒng)從測量空間映射到故障空間,從而實現(xiàn)故障診斷。
4 結(jié)束語
汽輪機的振動故障是涉及諸多方面有關(guān)的綜合性問題,但其中很多方面與特性密切相關(guān)。只有掌握其發(fā)生的基本原理,才能在運行實踐中充分保障汽輪機組的安全。
關(guān)鍵詞:Proteus;電子技術(shù);仿真
中圖分類號:G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)04-0215-02
一、引言
將EDA(Electronic Design Automatic,電路設(shè)計自動化)軟件應(yīng)用于電子電路的輔助教學(xué),可以使課堂講解和實驗演示更生動、形象,使學(xué)生更快、更好地掌握課堂教學(xué)的內(nèi)容,加深對概念、原理的理解。目前常用于電路設(shè)計、分析的EDA軟件有PSpice、Protel、Multisim(EWB)和Proteus等,其中Proteus除了可以仿真、分析各種模擬和數(shù)字電路以外,其最大的特點是可以支持許多型號的微處理器仿真,所以非常適合電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課,如電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電路、通信原理和單片機等課程的輔助教學(xué)。
二、Proteus仿真軟件
Proteus仿真開發(fā)平臺是由英國Labcenter公司開發(fā)的,是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺,是一個完整的硬件、軟件設(shè)計仿真平臺,包括原理圖輸入系統(tǒng)ISIS、帶擴展的ProSpice混合模型仿真器、動態(tài)器件庫、高級圖形分析模塊和處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型VSM,主要特點有以下幾點。
1.可以仿真數(shù)千種模擬、數(shù)字器件和集成電路,并且提供了大量的動態(tài)仿真器件,使仿真運行效果更逼真;支持多種型號的微處理器、微控制器芯片的仿真,如51系列、PIC系列、AVR系列單片機、摩托羅拉的68MH1l系列,以及philips的LPC系列ARM芯片等。
2.Proteus的仿真是基于SPICE3F5的,因此它也能像其他的EDA軟件那樣對各種分立與集成的模擬、數(shù)字進行電路分析,如模擬分析、數(shù)字分析、混合信號分析、頻率分析等。
3.提供了虛擬示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、計數(shù)器、電表、虛擬終端(VirtualTerminal使用電腦的鍵盤和顯示器通過串口與外部的單片機系統(tǒng)通訊)等虛擬儀器儀表供選用。
4.由ISIS及ARES兩大功能模塊構(gòu)成,既能夠進行SCH(原理圖)的設(shè)計,也能夠進行PCB(印制板)的設(shè)計,并且在ISIS環(huán)境中能夠?qū)υO(shè)計的電路進行交互式實時仿真。
5.能和Keil、Matlab等軟件整合使用,使得用戶可以在設(shè)計中直接編輯修改源代碼,并即時觀察運行效果。
鑒于proteus軟件的特點,我們將proteus的應(yīng)用融合進了教學(xué)的多個環(huán)節(jié),進行了較為深入的實踐應(yīng)用。
三、Proteus在電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用
模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)是電子技術(shù)課程的兩個分支,模擬電子技術(shù)一般設(shè)置在數(shù)字電子技術(shù)之前,這兩門課程是電類相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,是后續(xù)專業(yè)課程的基石,具有實踐性、系統(tǒng)性較強的特點,并且課程內(nèi)容較多,相對學(xué)時較少。為了加強課程的學(xué)習(xí),對于電子信息專業(yè)的學(xué)生我們在培養(yǎng)計劃中設(shè)置了理論教學(xué)、實驗、課程設(shè)計等環(huán)節(jié),結(jié)合各個教學(xué)環(huán)節(jié)的特點,我們輔助應(yīng)用proteus仿真軟件加強教學(xué)效果,有效地提高了學(xué)生電子線路系統(tǒng)性設(shè)計及創(chuàng)新性的能力。
1.在模擬電子技術(shù)課堂教學(xué)中,將proteus的交互式仿真運行融于基于多媒體的課堂理論教學(xué)之中,具有即時、直觀、生動的特點,有利于學(xué)生快速理解電路工作原理,了解相關(guān)器件的作用、掌握參數(shù)的調(diào)整、電量的測量方法等。模擬電子技術(shù)的主要教學(xué)內(nèi)容是采用工程近似法對非線性器件二極管和三極管構(gòu)成的單級、多級放大電路及集成放大電路的工作原理和性能指標(biāo)的分析計算。我們利用proteus的ISIS編輯環(huán)境功能結(jié)合教材上的電路,搭建了各個章節(jié)中的主要基本單元電路的仿真原理電路,在相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中盡量充分利用仿真電路增強課堂教學(xué)的效果。例如在講解固定偏流共射組態(tài)放大電路時,結(jié)合圖1,分析了電路的靜態(tài)、動態(tài)工作原理,利用交互式仿真功能,在斷開vi時,調(diào)整相關(guān)器件參數(shù),在虛擬電壓表、電流表上觀察Q點相關(guān)電量的值的變化。在加入vi時,利用示波器或通過添加探針,利用模擬圖表觀察輸入輸出波形放大情況和相位關(guān)系,同時還可以通過改變輸入信號幅度或元件參數(shù)大小分析輸出動態(tài)范圍,觀察飽和、截止失真,使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時,能夠感受實驗操作的生動性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并加快知識的掌握,為實驗課程做好鋪墊,避免學(xué)生在用實驗箱進行實驗時,不明就里,只按照指導(dǎo)書盲目接線測量。
在數(shù)字電子技術(shù)的教學(xué)中,proteus的仿真作用更加有效和形象直觀。在基本邏輯門電路、門電路或集成電路構(gòu)成的組合電路、時序電路、波形產(chǎn)生及電源電路的教學(xué)過程中,都融入了仿真電路運行演示,增強課堂教學(xué)效果,并且設(shè)計了有關(guān)單元電路的綜合應(yīng)用電路。例如,在講完編碼器、顯示譯碼器后,仿真演示了如圖2所示的組合應(yīng)用電路,該電路能將BCD優(yōu)先編碼器74LS147的最高編碼通過顯示譯碼器74LS48驅(qū)動顯示在數(shù)碼管上,同時也可以改變譯碼器的控制信號狀態(tài),展示74LS48的功能,使學(xué)生對單元電路的原理、應(yīng)用、接口、系統(tǒng)性有了更深入的理解。
又如,對于利用加法器實現(xiàn)減法運算的應(yīng)用,我們設(shè)計了圖3所示的電路,說明了加法器的應(yīng)用及有符號數(shù)的補碼、原碼之間的關(guān)系,該電路可以將兩個4位二進制數(shù)的差以原碼的方式輸出。
作業(yè)是學(xué)生鞏固課堂所學(xué)知識不可或缺的環(huán)節(jié),在布置作業(yè)時,我們建議學(xué)生對于設(shè)計性的題目利用仿真軟件完成,加強電路設(shè)計、原理、功能等方面的理解。
2.利用proteus輔助實驗及課程設(shè)計。雖然模電、數(shù)電實驗都有現(xiàn)成的實驗箱,但是硬件是固定的,實驗課時是有限的,并且必須在規(guī)定的時間地點進行。而proteus卻可以不受時間場地的限制,器件選擇上也更具靈活便利性,雖然不能代替硬件實驗,卻是很好的輔助工具。在實驗課的基礎(chǔ)上,我們鼓勵學(xué)生結(jié)合實驗教材,利用proteus軟件設(shè)計調(diào)試沒有安排進實驗課的有關(guān)電路,不少學(xué)生都根據(jù)自己的興趣愛好設(shè)計調(diào)試了相關(guān)電路,培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課程設(shè)計安排在理論教學(xué)及實驗課結(jié)束之后,是電子技術(shù)課程重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),經(jīng)過前兩個教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)初步具備了分析設(shè)計、調(diào)試基本單元電路的能力。綜合考慮系統(tǒng)性、實用性、啟發(fā)性等因素,我們給學(xué)生提供了多個難度適中的選題,學(xué)生也可以自行選擇合適的選題。要求學(xué)生首先利用proteus軟件仿真電路,充分理解系統(tǒng)電路的工作原理,再安裝制作、調(diào)試實際硬件電路系統(tǒng),實現(xiàn)系統(tǒng)功能,PCB板的設(shè)計也最好利用proteus的ARES模塊實現(xiàn)。學(xué)生按要求歷經(jīng)基于仿真基礎(chǔ)上的綜合應(yīng)用電路的設(shè)計、分析、安裝調(diào)試硬件電路的過程,進一步鞏固了基本單元電路的掌握和應(yīng)用,增強了系統(tǒng)設(shè)計的能力與綜合分析問題、解決問題的能力,收獲很大。
四、結(jié)語
在電子技術(shù)課程教學(xué)中,利用仿真軟件將理論教學(xué)、實驗和課程設(shè)計有機結(jié)合,提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效果,開發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛在能力,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識,開拓了學(xué)生的視野,增強了學(xué)生綜合運用知識的能力和實際動手能力,為后續(xù)高頻電路、單片機等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及參加電子設(shè)計競賽等奠定了夯實的基礎(chǔ)。在今后的教學(xué)實踐中,我們將更加深入地研究、探索更加行之有效的教學(xué)方法。
參考文獻(xiàn):
[1]朱清慧,張鳳蕊,翟天嵩,等.Proteus教程――電子線路設(shè)計、制版與仿真(第2版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.
關(guān)鍵詞:計算機仿真技術(shù);信息處理;可視化;三維模型
隨著行業(yè)數(shù)量和體量的增多、增大,加上高新技術(shù)的助推,海量信息的處理就成為了各行各業(yè)關(guān)注的重點,與人工處理不同,利用計算機技術(shù)可以減少大量人力、物力,這也是計算機技術(shù)在信息處理方面得到推廣的主要原因。計算機仿真技術(shù)作為計算機技術(shù)的一種,為信息處理提供了更快捷、更有效的方法,因此,只有深刻理解計算機仿真技術(shù),才能更好地使計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合,對于信息處理的水平提升具有重要意義。
1計算機仿真技術(shù)
1.1計算機仿真技術(shù)的含義
計算機仿真技術(shù),顧名思義,是仿和真的結(jié)合,利用先進的計算機技術(shù),實現(xiàn)對目標(biāo)物件的仿真,使其達(dá)到目標(biāo)物件的大致輪廓及特點特征,通過命令及語言的輸入,實現(xiàn)三維模型的可視化,實現(xiàn)對物體的模擬,在物體還沒有建立時,已對其的基本輪廓、物件組成、彼此關(guān)系有了一個事先了解,這對全面掌握物體信息具有重要意義。目前計算機仿真技術(shù)已被應(yīng)用到很多行業(yè),例如建筑、地理、航天、生物、醫(yī)學(xué)等,為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。
1.2計算機仿真技術(shù)的技術(shù)分析
1.2.1物體數(shù)據(jù)模型構(gòu)建計算機仿真技術(shù)對于模型的建立,首先應(yīng)建立在數(shù)據(jù)上,通過演繹和歸納兩種方法,將模型的信息形成彼此關(guān)聯(lián)的鏈條,最終建立起數(shù)據(jù)模型。演繹和歸納兩種方法,一般情況下,選擇一種方法就能達(dá)到數(shù)據(jù)模型建立的效果,有時對于樣式復(fù)雜的模型需要多重的方法,這就要求演繹和歸納兩種方法相結(jié)合。利用演繹法,首先需要采集模型的基本數(shù)據(jù),然后對采集的數(shù)據(jù)進行參數(shù)設(shè)計,并根據(jù)數(shù)據(jù)的特點進行演繹分析,讓數(shù)據(jù)之間建立起相關(guān)關(guān)系,數(shù)據(jù)模型根據(jù)其關(guān)聯(lián)性也就建立起來了。
1.2.2物體仿真模型的實現(xiàn)相對于仿真數(shù)據(jù)模型的建立,物體仿真模型的實現(xiàn)需要數(shù)據(jù)建立的程序化,建立程序化需要復(fù)雜的編程過程,即計算機編程、數(shù)據(jù)模型程序化、物體仿真模型實現(xiàn)。物體仿真模型的實現(xiàn)過程是復(fù)雜、眾多的,需要技術(shù)人員準(zhǔn)確分析模型的特征特點,然后利用編制程序進行仿真模型化,最終實現(xiàn)模型的程序化管理,建立仿真模型。
1.2.3仿真模型驗證仿真模型驗證需要數(shù)據(jù)驗證和結(jié)果判斷,仿真模型的結(jié)果是否有效,與數(shù)據(jù)模型的建立有直接關(guān)系,因此,檢查模型成果首先驗證模型的數(shù)據(jù),檢查數(shù)據(jù)是否有不合理的部分,在檢查過程中可以利用邊檢查邊修改的方式,這樣更具有準(zhǔn)確性,檢查過后,需要判斷模型結(jié)果,最終判定模型是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。以上驗證過程是檢查一個模型成功與否的重要手段。
1.2.4計算機仿真的類別分析計算機仿真技術(shù)應(yīng)用廣泛,實用性強,由于仿真技術(shù)的精度高、技術(shù)含量高,且經(jīng)過多年的發(fā)展慢慢具有針對性,下面對計算機仿真技術(shù)進行分類,主要包括兩個方面,即OOS及DIS兩種,從形式來講,OOS是面對對象的仿真技術(shù),而DIS強調(diào)的是營造內(nèi)環(huán)境,計算機交互互訪的仿真模式,從差別上可以反映兩者的區(qū)別,同時也強調(diào)仿真技術(shù)的形式多樣,技術(shù)特點突出,反映仿真技術(shù)發(fā)展到今天的地步逐漸成熟。
2計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的分析
計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合是一個真命題,兩者本身是相對獨立且又密不可分的,同時兼具優(yōu)勢特點,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,仿真技術(shù)需要做到更加準(zhǔn)確、更加有效,計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合已是趨勢,目前計算機仿真技術(shù)很大程度上依賴信息處理,根據(jù)結(jié)合后與結(jié)合前比較分析來看,與信息處理結(jié)合提升了仿真技術(shù)的顯示效果,完善了所需的仿真實驗。對于信息處理,可以把繁雜無用的仿真數(shù)據(jù)信息處理簡單化,減少計算機運行內(nèi)存,加快計算機仿真的運行效率,對于信息的處理成果來講,可以使看似不相關(guān)的信息可視化,有效提高準(zhǔn)確率。計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合,是技術(shù)要求,對于信息管理、仿真效率進行的程序化、精細(xì)化管理,使其得到所需的效果。
2.1計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的處理措施
2.1.1注重關(guān)鍵信息通過以上的探討,我們了解到理想的效果,離不開關(guān)鍵信息的選取,在計算機識別中,摒棄無用信息,提高科學(xué)識別關(guān)鍵信息的能力,最終實現(xiàn)精準(zhǔn)模型的可視化。盡管軟件編程可以使信息鏈條程序化,減少人為影響,最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化、圖形化、可視化,但是在計算機仿真技術(shù)應(yīng)用時,應(yīng)以減少信息冗雜為目的,使程序信息條理化,減少計算機識別信息的難度,最終實現(xiàn)簡單、精準(zhǔn)、有條理,這些都離不開關(guān)鍵信息的選擇。同時不同的專業(yè)應(yīng)劃分明確,對于不同行業(yè)在信息輸入時應(yīng)認(rèn)為界定,這樣在關(guān)鍵信息的選擇上,更加高效,目標(biāo)明確,程序運轉(zhuǎn)快捷,可視化加強。
2.1.2進行合理模擬進行合理模擬是計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的重要步驟,解釋來源于對信息的理解,同樣取決于對信息的分析,然后才能進行模擬,這樣才能是在精準(zhǔn)的模型仿真設(shè)計,總結(jié)起來,進行合理模擬對于計算機仿真技術(shù)特別重要,而且選用正確的方法,也是計算機仿真技術(shù)不可缺少的步驟,如果缺少這個步驟,模擬會出現(xiàn)很多預(yù)想不到的問題,無法得到滿意的結(jié)果。在模擬過程中針對其中的不足,調(diào)整將要輸入的重點信息,讓計算機仿真效果更加理想。
2.1.3信息計算計算機仿真技術(shù)依托于對信息的處理,信息處理主要的方式是對于信息的程序化處理,重點是對數(shù)據(jù)的處理,從專業(yè)角度來看,主要是對于信息的計算及對于數(shù)據(jù)的程序化兩大方面,這樣也回歸到,信息是模擬的源頭,計算是計算機仿真技術(shù)的關(guān)鍵點,最終也是計算機模擬的關(guān)鍵所在。信息計算不光是數(shù)據(jù)的計算,還包括圖像的計算,圖像信息的計算將導(dǎo)致圖片的識別度是否真實有效,以上幾點都是信息處理的基礎(chǔ),說明信息計算在信息處理中的位置,因此,一套完整的計算機信息計算模式,對于完善信息處理具有重要意義,它也是實現(xiàn)計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的關(guān)鍵,對于能否實現(xiàn)仿真模型,具有決定性意義。
2.2計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的解析
2.2.1計算機仿真技術(shù)與光處理相結(jié)合從技術(shù)上來看,光處理技術(shù)是比較先進的,技術(shù)性指標(biāo)較為明顯,也是計算機仿真技術(shù)所需要的,首先光處理容量較大、速度較快,還可以并行,這十分符合計算機仿真技術(shù)的硬性要求,因此,把光處理技術(shù)分為一類技術(shù)。通過將光處理與計算機技術(shù)相結(jié)合,兼具了計算機對二維圖像處理的顯著優(yōu)勢,由此導(dǎo)致對于圖像信息的識別增強,對圖片的處理能力大大提升,以現(xiàn)有的軟件CAI及CAD為例,都是光處理的新手段。實踐表明,計算機仿真技術(shù)與光處理相結(jié)合,進一步帶動了計算機仿真技術(shù)的發(fā)展,提高了模型顯示與圖像識別能力,使仿真實驗更加完善,改變了以往仿真技術(shù)的粗糙模式,使技術(shù)更加精細(xì)化,計算機仿真技術(shù)與光處理相結(jié)合,使得模型的可視化程度提高,虛擬信息更加真實化,大大提升了所需信息的準(zhǔn)確性。
2.2.2計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理相結(jié)合除了前面所提到的計算機仿真技術(shù)與光處理相結(jié)合的模式,還有一種比較重要的模式就是計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理相結(jié)合,它與光處理不同,強調(diào)的是信息處理的靈活性,這是它的一個優(yōu)勢特點,以典型的Matlab軟件為例,它是計算機軟件中的一種,它有兩大特點,一是矩陣運算,二是信息處理。在運作過程中,主要是對信號及輸入信息進行仿真模擬,利用原有的計算機技術(shù),開展信號信息的可視化,最終實現(xiàn)仿真模型。從整個輸入及運算過程來看,軟件信息處理更加快捷,運行效率更高,效果更明顯,功能更加強大,安全性能更高。近些年來,計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理相結(jié)合模式越發(fā)普遍,極大推動了計算機仿真技術(shù)的發(fā)展。
3結(jié)語
計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn),改變了人們對于計算機技術(shù)的認(rèn)識,為各行各業(yè)提供了前所未有的便利,但是我們應(yīng)清楚認(rèn)識到,計算機仿真技術(shù)的進步,離不開信息處理,信息處理功能的強大與否,直接影響計算機仿真技術(shù)的真實性。筆者從計算機仿真技術(shù)的介紹開始,同時正確理解信息處理在計算機仿真技術(shù)中的作用,探討計算機仿真技術(shù)與信息處理結(jié)合的措施,以及計算機仿真技術(shù)與光處理相結(jié)合的方式方法,計算機仿真技術(shù)與軟件信息處理相結(jié)合的模式,最終對于計算仿真技術(shù)與信息處理相結(jié)合進行完整的闡述,對于此項內(nèi)容的研究分析更加完整。
參考文獻(xiàn)
[1]李圓明.計算機仿真技術(shù)與信息處理探究[J].信息與電腦:理論版,2015(21).
關(guān)鍵詞:仿真技術(shù);媒體素材;實踐創(chuàng)新;應(yīng)用研究
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,計算機技術(shù)也在激烈的競爭中不斷改革創(chuàng)新。這樣的技術(shù)現(xiàn)狀對一些高等院校來說存在很大的挑戰(zhàn),教學(xué)要求在逐年提高,教學(xué)大綱在反復(fù)修改,這些都對教師的教學(xué)模式產(chǎn)生了影響。怎樣做到將傳統(tǒng)授課模式的內(nèi)容更加形象化,讓學(xué)生能夠充分地提起對化學(xué)的興趣,有目標(biāo)的學(xué)習(xí)鉆研是目前化工教學(xué)面臨的最大難題。計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn),有針對性地緩解了這一僵局。仿真技術(shù)可以將現(xiàn)場的工作生產(chǎn)過程模擬還原,給學(xué)生帶來一種真實的、身臨其境的感覺,這種技術(shù)的應(yīng)用大大調(diào)動了學(xué)生的積極性,充分提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。
一、仿真技術(shù)的特點
1.仿真技術(shù)為教學(xué)提供了媒體素材支持
傳統(tǒng)的教學(xué)方式很多都是講究理論的,學(xué)生在枯燥的教學(xué)中很可能會失去興趣,一些重點和難點需要在實操和親眼證實中才能真正領(lǐng)悟,這點是傳統(tǒng)方式所力不能及的。利用計算機技術(shù)來表現(xiàn)仿真技術(shù),可以使枯燥的理論知識更加生動形象化,它不僅能夠激發(fā)學(xué)生的積極主動性,還可以提高課堂效率。仿真技術(shù)能夠在教學(xué)中模擬化工生產(chǎn)過程,讓學(xué)生親眼見證實驗的發(fā)生,整個教學(xué)過程都在有效的控制中,學(xué)生通過媒體影像技術(shù)認(rèn)真觀察時,教師可以在重點和難點的地方答疑解惑,及時有效地解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題,這種互動教學(xué)的課堂模式對學(xué)生的知識掌握很有益處。
2.仿真技術(shù)在教學(xué)中理論聯(lián)系實際
基礎(chǔ)理論課的知識一般都是較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,需要用?yán)密的邏輯思維來思考問題。相比較之下,化工作為工程科學(xué),它所注重的都是一些實際問題的解決,而實際問題所涉及的復(fù)雜性,是要求學(xué)生能夠把他們在平時基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)中一直沿用的思維方式和思維習(xí)慣進行轉(zhuǎn)變,學(xué)會在錯綜復(fù)雜的影響因素中,通過自身周密地分析比較,抓住影響整體的關(guān)鍵因素,把復(fù)雜的問題進行合理簡化,找到解決實際問題的正確途徑。仿真技術(shù)在教學(xué)中能夠很好地把書本的理論知識與實際操作聯(lián)系起來,就拿仿真實驗室來說,實驗預(yù)習(xí)和操作都可以像專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)的現(xiàn)場一樣,學(xué)生通過對實驗室內(nèi)的仿真練習(xí),逐漸熟悉操作過程,為之后真正實際的生產(chǎn)打好堅實的基礎(chǔ)。
3.仿真技術(shù)為學(xué)生提供實踐創(chuàng)新平臺
學(xué)生對專業(yè)設(shè)備只有通過充分的了解之后才能更好地運用。對典型化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程進行熟悉了解并能掌握它的基本操作是一個化工專業(yè)學(xué)生所要具備的基本功。仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用給學(xué)生創(chuàng)造了一個輕松但不失嚴(yán)肅的學(xué)習(xí)氛圍,它不僅可以鍛煉學(xué)生自主探究、思考解決問題的能力,還能通過對仿真視頻錄像的觀察研究,發(fā)現(xiàn)書本上所不能看到的現(xiàn)象。某一方面對于思維活躍的學(xué)生來說,這種方式能夠很大程度上拓展他們的想象力和創(chuàng)新能力。仿真技術(shù)是模擬真實的場景,學(xué)生可以在這虛擬的場景里進行實際操作,大膽嘗試心中所想,培養(yǎng)實踐創(chuàng)新的能力。仿真實驗室還能真實地了解可能因操作不當(dāng)而引起的嚴(yán)重后果,學(xué)生可以對此進行總結(jié)分析,增強他們的操作安全意識。
二、仿真技術(shù)的應(yīng)用
仿真技術(shù)模擬的工作過程與實際操作中的過程是完全一致的,它能夠在教學(xué)中給學(xué)生一個更直觀的認(rèn)識。傳統(tǒng)的化工原理實驗如果因為操作不當(dāng),很可能會造成設(shè)備的故障、財產(chǎn)的損失,更嚴(yán)重的還可能會危及性命。而仿真技術(shù)是模擬真實的場景,學(xué)生如果在實際中操作不當(dāng),仿真技術(shù)系統(tǒng)會給出相應(yīng)的提示,不會有安全事故發(fā)生。學(xué)生通過對系統(tǒng)屏幕上的不當(dāng)分析,能夠及時找出錯誤點,分析并解決問題,在這樣一來一往的過程中,學(xué)生實際處理問題的能力也就不斷加強了。仿真技術(shù)的應(yīng)用,使教師在教學(xué)中由主宰者變?yōu)橐龑?dǎo)者,學(xué)生在接受知識中由被動者變?yōu)槲照?,教師與學(xué)生在良好的互動中一起探索并解決問題,大大改善了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端,達(dá)到了雙贏的結(jié)果。
仿真技術(shù)的出現(xiàn)是歷史潮流發(fā)展的必然趨勢,在教學(xué)中被應(yīng)用的仿真技術(shù)因為它獨有的生動形象性,所以它能夠更好地被中專學(xué)生所接受。學(xué)生因為仿真技術(shù)不斷提高了學(xué)習(xí)興趣,它可謂是拉近理論與實踐距離的橋梁,學(xué)生在邊學(xué)邊用、邊用邊學(xué)的過程中不斷探索,解決問題的能力相較于之前已經(jīng)大為改觀了。同時,仿真技術(shù)可操作性強的特點在教學(xué)中被廣泛運用,通過對情境的設(shè)置、設(shè)備的了解,以及仿真模擬素材的支持,教師和學(xué)生在實際操作中的技術(shù)也越來越成熟了??梢哉f,仿真技術(shù)是改善教學(xué)方式的有力工具,是提升教學(xué)質(zhì)量的重要保障。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:計算機仿真技術(shù) 電子專業(yè)教學(xué) 應(yīng)用
課 題:本文是在建設(shè)江西省冶金工業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用重點支持專業(yè)建設(shè)項目“改革教學(xué)模式”過程中的實踐研究成果。
一、計算機仿真技術(shù)的特點
1.計算機仿真技術(shù)的基本特性
沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性。虛擬仿真技術(shù)是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上,將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種更高級的仿真技術(shù)。將虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于電子技術(shù)專業(yè)教學(xué),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(xué)易懂的特征。因此,用計算機仿真技術(shù)進行教學(xué),學(xué)生能夠更加直觀地進行觀察和學(xué)習(xí)。
2.仿真技術(shù)能夠提供各種分析手段
計算機仿真技術(shù)具備完整的混合模擬功能及數(shù)字信號模擬功能,可以對電路圖中的電波及各種工作狀態(tài)數(shù)據(jù)進行儲存、打印。計算機仿真技術(shù)不僅具備對靜態(tài)、動態(tài)以及失真情況進行分析處理,而且對于電路中出現(xiàn)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(shù)在教學(xué)中的作用
計算機仿真技術(shù)不僅實驗方法簡單明了,而且成本低,便于系統(tǒng)的檢修和維護。學(xué)生進行實驗時,不用擔(dān)心因錯誤操作而引起不良效果。學(xué)生能夠獨立進行實驗。學(xué)生進行反復(fù)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(shù)較大的實驗,達(dá)到身臨其境的真實感覺。
二、計算機仿真技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
1.在課堂運用仿真技術(shù),進行演示實驗,能夠提高教學(xué)效率
以往在進行理論課教學(xué)過程中,過于注重原理分析、公式推導(dǎo),學(xué)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(zhǔn)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(xué)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(xué)生更易掌握、理解。
2.利用仿真技術(shù)進行實驗教學(xué)具有較強的靈活性、精確性
通常情況下,實驗操作過程經(jīng)常存在不可預(yù)測的因素,往往會得到不同的結(jié)果。采用計算機仿真技術(shù)繪制圖形,與實測數(shù)據(jù)相結(jié)合,可以減小因為不定性因素引起的誤差。與傳統(tǒng)實物實驗相比,計算機仿真技術(shù)可以彌補實物實驗不能任意改變電路參數(shù)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(shù)通過變換參數(shù)來觀測結(jié)果的變化,從而得出精確的分析數(shù)據(jù)。
3.仿真技術(shù)教學(xué)生動有趣,能有效激發(fā)、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
實驗課的真正目的就是讓學(xué)生能夠通過實驗課程的學(xué)習(xí)來驗證理論知識,能透徹清晰地理解理論知識,鞏固學(xué)生的專業(yè)技能。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要靠老師的講解和演示,學(xué)生動手時間少之又少,導(dǎo)致學(xué)生無法加深對原理的理解,計算機仿真技術(shù)避免了這種現(xiàn)象,大大提高了學(xué)生的實驗實效,調(diào)動了學(xué)生的積極性,激發(fā)了學(xué)生對實驗課程的興趣。
4.仿真技術(shù)為教學(xué)提供了理想的教學(xué)方案
由于學(xué)生對知識掌握和熟練程度不同,學(xué)生的認(rèn)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(xué)方案時需要考慮到學(xué)生的實際情況,因材施教。計算機仿真技術(shù)的引進,無疑給教學(xué)提供了理想的教學(xué)方案,教學(xué)內(nèi)容更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,并且以重點培養(yǎng)專業(yè)技能為目的,設(shè)計的教學(xué)方案更加合理實用,符合學(xué)生的特點。
三、仿真實驗應(yīng)注意的問題
【關(guān)鍵詞】計算機;三維仿真技術(shù);水利工程;應(yīng)用
中圖分類號: TV文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
前言
文章對計算機三維仿真技術(shù)的特點和在水利工程中應(yīng)用的意義進行了簡要介紹,對計算機三維仿真模擬技術(shù)的實現(xiàn)過程進行了闡述,通過分析,并結(jié)合自身實踐經(jīng)驗和相關(guān)理論知識,對計算機仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用研究進行了探討。
二、計算機三維仿真技術(shù)的特點
三維仿真技術(shù)是利用計算機軟件模擬實際環(huán)境進行科學(xué)實驗的技術(shù),以模擬的方式為使用者創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維圖形界面,使之在感知行為的逼真環(huán)境中,獲得一種身臨其境的感受。例如《韶關(guān)市城市規(guī)劃三維輔助決策系統(tǒng)》,利用地理信息系統(tǒng)、三維空間建模、遙感等現(xiàn)代信息技術(shù),以數(shù)字地形數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以及三維城市要素模型等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在三維虛擬空間內(nèi)實現(xiàn)局部的規(guī)劃和建筑設(shè)計方案與區(qū)域景觀的實時、多方案綜合分析與決策。計算機三維仿真技術(shù)的特點如下:
1.可快速對多種施工方案進行比較:如對于某個混凝土壩工程的澆筑施工模擬,通過計算機仿真技術(shù)可在短時間內(nèi)就能仿真模擬出若干個可行性施工方案,施工技術(shù)人員在分析模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,再分析判斷出對工程澆筑施工有較大影響的因素,獲得澆筑施工過程中的關(guān)鍵時期階段信息,據(jù)此便可提前做好充分的預(yù)防準(zhǔn)備措施。
2.成本相對較低,與進行真實的模型試驗不同,計算機仿真模擬技術(shù)是對原型結(jié)構(gòu)進行虛擬模擬,不需要制作真實的原型結(jié)構(gòu)模型,只需要相應(yīng)的軟件購買費用,而且購買一個軟件后可相對的長期進行多方案的模擬計算,軟件的重復(fù)使用率較高,使得應(yīng)用成本低。
3.模擬結(jié)果的可靠性較高,計算機的高準(zhǔn)確性決定了在軟件系統(tǒng)模型設(shè)置正確,以及軟件程序編制正確的前提下,工程相應(yīng)的施工模擬仿真分析就會滿足在進行模型的模擬仿真分析前預(yù)先考慮到的各種約束條件。
4.實用性強,計算機仿真技術(shù)可應(yīng)用的領(lǐng)域極為廣泛,只要能用數(shù)學(xué)方式進行表達(dá)和描述的問題模型,基本上都能夠用計算機進行相應(yīng)的仿真模擬計算。
三、計算機三維仿真在水利工程中應(yīng)用的意義
1.提供可視化功能支持
三維仿真技術(shù)可以依靠相關(guān)的軟件進行輔助操作,對水利工程規(guī)劃方案和規(guī)劃過程進行詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計,能夠提供可視化的支持,能適當(dāng)?shù)膶σ?guī)劃的對象進行高度、方向、顏色等方案篩選和比較,使得規(guī)劃的決策更為科學(xué)、合理、直觀。同時,相比傳統(tǒng)的設(shè)計輔助圖,三維仿真技術(shù)擁有更強的決策和設(shè)計功能,可以降低規(guī)劃決策的失誤率,規(guī)避設(shè)計所帶來的風(fēng)險。如,2006年9月,人民大會堂公映的大型傳奇史詩影片《圓明園》,通過先進三維仿真技術(shù),將“圓明園”真實的再現(xiàn)在世界人們的眼中。
2.多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)
利用三維仿真技術(shù)進行三維模擬和三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計,可以利用三維仿真系統(tǒng)查詢相對對象的信息資料,為規(guī)劃設(shè)計者提供水利工程的信息資料。在水利工程規(guī)劃三維輔助決策系統(tǒng)中,在功能方面提供了三維基礎(chǔ)功能、規(guī)劃信息查詢、規(guī)劃方案評審、規(guī)劃輔助分析、規(guī)劃輔助設(shè)計、三維管網(wǎng)管理等六大功能,并利用現(xiàn)有水利工程綜合管理信息系統(tǒng)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享平臺進行對接。
3.提高規(guī)劃項目的管理效率
通過制作項目模型或者提供靜態(tài)的三維效果圖來展示項目的整體規(guī)劃過程,這具有很大的局限性,無法完成規(guī)劃對象的修改和管理。水利工程三維仿真技術(shù)可以設(shè)計一個可操作的三維仿真系統(tǒng),為開發(fā)機構(gòu)或城市規(guī)劃單位提供高精度的數(shù)據(jù)服務(wù)和視覺質(zhì)量。在需要修改或增減項目工程的過程中,可以直接導(dǎo)入或更新相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,可以及時作出方案調(diào)整和實施,提高規(guī)劃項目的整體管理質(zhì)量和效率。
四、計算機三維仿真模擬技術(shù)的實現(xiàn)過程
計算機仿真模擬技術(shù)是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展起來的一門技術(shù),對于客觀現(xiàn)實的事物和問題,計算機并不能直接對其進行分析和處理,而是需要建立一個能反映待研究事物或問題的本質(zhì)特征,同時還要求能被計算機所分析處理的”模型”。計算機仿真模擬技術(shù)的實現(xiàn)流程主要如下:研究對象特征分析,建立數(shù)學(xué)模型,計算機分析處理,獲得仿真結(jié)果。在實際應(yīng)用過程中通常表現(xiàn)為以下步驟。
1.建立模型:根據(jù)具體的研究目的和研究對象的特征,在進行計算機仿真模擬計算前,應(yīng)先根據(jù)實際問題的特征確定一個適當(dāng)?shù)姆治鱿到y(tǒng),并結(jié)合實際工程參數(shù)確定系統(tǒng)的約束條件和邊界條件。再利用相關(guān)的數(shù)學(xué)、力學(xué)及其他相應(yīng)學(xué)科的有關(guān)理論,把抽象出來的分析系統(tǒng)用一個數(shù)學(xué)模型表達(dá)式描述出來,即建立了相應(yīng)研究問題的“數(shù)學(xué)建?!保P徒⒌臏?zhǔn)確程度決定著仿真模擬計算結(jié)果與工程實際情況相符合的程度。
2.輸入模型:模型的輸入過程即是對上一步驟建立的“數(shù)學(xué)建?!苯Y(jié)合軟件的功能特點轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別和處理的形式,這種形式所體現(xiàn)的模型內(nèi)容,即是相應(yīng)的“計算機仿真模擬模型”。建立和輸入模型是進行計算機進行仿真模擬計算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3.仿真計算分析:將上面輸入計算機的仿真模型載入相應(yīng)的計算機計算模塊中,按照預(yù)先設(shè)置的各種施工方案,來進行相應(yīng)的仿真模擬計算,這便是所謂的“計算機模型的仿真計算”過程。
4.仿真模擬計算結(jié)果分析:仿真模擬計算的目的是為了反映一個問題的發(fā)展?fàn)顩r,仿真模擬計算的結(jié)果包含著系統(tǒng)對輸入模型運行處理的信息,對這些信息的分析和評估是進行計算機仿真模擬研究的最終目標(biāo),因此我們應(yīng)充分結(jié)合工程的實際情況,結(jié)合經(jīng)驗來分析和處理仿真計算的結(jié)果,使防止模擬能夠指導(dǎo)真實的實際工程施工。
五、計算機三維仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用研究
1.復(fù)雜地下洞室群施工動態(tài)可視化仿真與優(yōu)化方法研究
地下廠房系統(tǒng)施工開挖量大,施工強度高,施工條件復(fù)雜,是一個極其復(fù)雜的過程。由于工序的作業(yè)時間的隨機性,容易產(chǎn)生隨機排隊現(xiàn)象而影響其他作業(yè);由于地下洞室系統(tǒng)縱橫交錯,布置密集,高差大,施工通道少,使得各工序配合與相互干擾錯綜復(fù)雜;在安排各個洞室施工先后順序及隧洞施工順序時,需要考慮對工程的總工期、圍巖穩(wěn)定、通風(fēng)散煙條件、施工強度以及交通運輸?shù)葐栴}的影響。各個洞室施工在時間、空間上的邏輯關(guān)系復(fù)雜,傳統(tǒng)橫道圖難以直觀地揭示其復(fù)雜的時空關(guān)系。因而僅靠設(shè)計人員采用傳統(tǒng)的方法分析計算,難以確定合理的施工機械設(shè)備配套方案、制定合理的施工進度計劃和施工組織設(shè)計方案,難以全面、快速、準(zhǔn)確地掌握施工全過程。
2.水利水電工程施工導(dǎo)截流三維動態(tài)可視化仿真方法研究
水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計和管理過程,往往需要涉及大量的數(shù)據(jù)及圖形信息,如壩區(qū)的水文、地形、地質(zhì)資料以及樞紐設(shè)計、施工場地布置和施工導(dǎo)流方案設(shè)計等各種數(shù)據(jù)及圖紙。高效、簡便地對這些信息進行管理,是提高設(shè)計效率及施工管理水平的關(guān)鍵之一。同時,施工導(dǎo)流方案設(shè)計是施工組織設(shè)計的重要環(huán)節(jié),其設(shè)計過程復(fù)雜,對不同的導(dǎo)流方案很難進行直觀的比較,所以實現(xiàn)施工導(dǎo)流形象直觀的表達(dá)具有重大的現(xiàn)實意義。
結(jié)束語
計算機三維仿真技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了可視化,這對水利工程中的相關(guān)施工和維修檢測中相關(guān)問題的解決具有實際意義,隨著計算機三維仿真技術(shù)的進一步發(fā)展,它在水利工程中獎發(fā)揮更好的效果,讓我們拭目以待。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:計算機;仿真;制造業(yè)
中圖分類號:TP278
計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)的作用越來越明顯,它在產(chǎn)品設(shè)計和整個生產(chǎn)流程中都發(fā)揮著不可估量的作用。這種技術(shù)的應(yīng)用為開發(fā)和制造企業(yè)節(jié)約了大量的經(jīng)費,減少了不必要的損失,大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計算機仿真技術(shù)在日趨激烈的制造業(yè)競爭中占有越來越重要的地位。現(xiàn)代制造業(yè)的飛速發(fā)展為計算機仿真技術(shù)帶了新的機遇,同時也提出了新的要求。我們放眼計算機仿真技術(shù)的發(fā)展歷程,它已經(jīng)突破了在傳統(tǒng)領(lǐng)域的運用,發(fā)展到了產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)以及銷售方面。現(xiàn)代社會網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也為計算機仿真技術(shù)開辟了新的發(fā)展空間,使得這種技術(shù)表現(xiàn)出許多新的特點。如交互性、分布性,集成化等。這也將成為計算機仿真技術(shù)新的應(yīng)用趨勢。
1 在制造業(yè)中,計算機仿真技術(shù)應(yīng)用的分類
計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中按照模型種類,可大致分為三種,它以產(chǎn)品模型、開發(fā)模型以及制造系統(tǒng)模型為中心進行拓展。
1.1 仿真技術(shù)以產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用。在產(chǎn)品模型中,計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用對產(chǎn)品的靜態(tài)與動態(tài)性能,可制造型、可裝配性進行分析。因為設(shè)計者在開發(fā)產(chǎn)品的時候,不僅要考慮它的實用功能和需求,還要考慮諸如外形,外觀以及尺寸等方面的因素,而且還要考慮產(chǎn)品的可制造性,可批量生產(chǎn)或者是在裝配、保養(yǎng)、維護等方面的因素。這就需要計算機仿真技術(shù)在產(chǎn)品模型中發(fā)揮作用。
1.2 仿真技術(shù)以制造系統(tǒng)模型為中心的應(yīng)用。制造系統(tǒng)模型包括制造設(shè)備的高仿真智能運用、相對復(fù)雜的制造系統(tǒng)的模擬運行。在檢測設(shè)備的運行能力與實際運行狀況時,如物料供給、資源分配或者是加工流程上發(fā)揮著巨大作用。
1.3 仿真技術(shù)以開發(fā)過程模型為中心的運用。以開發(fā)模型為中心的仿真包括設(shè)計和制造過程的仿真。很多產(chǎn)品的性能以及生產(chǎn)成本在設(shè)計階段就基本定型了,設(shè)計階段對于一種新產(chǎn)品的開發(fā)非常重要,它需要反復(fù)設(shè)計和試驗,復(fù)雜的計算以及多學(xué)科的共同協(xié)作,這些特點決定產(chǎn)品的開發(fā)過程迫切需要一種能建立模型并仿真試驗的計算機仿真技術(shù)。而在制造過程中運用仿真技術(shù)將制造系統(tǒng)模型和產(chǎn)品模型結(jié)合到一起,多方位模擬,整體運算,再綜合考慮庫存、成本控制以及負(fù)載等因素,開發(fā)出合格的新產(chǎn)品。
2 在當(dāng)代制造業(yè)中計算機仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用
計算機仿真技術(shù)是一門高新科學(xué)技術(shù),在當(dāng)代制造業(yè)中,產(chǎn)品的設(shè)計和制造都離不開它,尤其是一些諸如航空航天工業(yè)、國防工業(yè)等規(guī)模大,復(fù)雜性強的系統(tǒng)研發(fā)中,作用更加明顯。它作為一種新型的科學(xué)手段和工具,有效地減少了不必要的經(jīng)濟損失,節(jié)約了大量研究經(jīng)費,并大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計算機仿真技術(shù)貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計、制造和測試運行的全過程。當(dāng)代企業(yè)的研發(fā)部門只有重視質(zhì)量、成本、時間、服務(wù)和環(huán)境這五項指標(biāo),才能獲得更好的發(fā)展。這種需求也促進了計算機集成技術(shù)、模擬測試系統(tǒng),仿真運行環(huán)境等技術(shù)的相互結(jié)合。他們已經(jīng)成為制造業(yè)不可缺少的重要技術(shù)手段。上世紀(jì)八十年代以后,計算機仿真技術(shù)的發(fā)展越來越快,應(yīng)用最為廣泛的就是“虛擬制造”。通過在計算機上模擬產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程,提前發(fā)現(xiàn)在制造中可能出現(xiàn)的問題,減少不必要的經(jīng)濟損失。
虛擬運行環(huán)境,也稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)或者是靈境技術(shù),它通過模擬人在自然環(huán)境中的感官和行動,實現(xiàn)高級人機互動,對產(chǎn)品的性能和運行狀況進行測試。它綜合運用了計算機圖形學(xué)、高仿真技術(shù)以及計算機傳感技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)手段。“靈境感”和“交互感”是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征。通過計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù),將事物內(nèi)部各種關(guān)系的交互與真實作用模擬運行,仿真出一個幾乎真實的虛擬環(huán)境讓用戶體驗,從而使用戶的感受更加真實,人機交流的方式更為先進。這種計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以支持產(chǎn)品的各個階段,客戶可以通過虛擬的現(xiàn)實環(huán)境,驗證產(chǎn)品的各個部件是否合格,產(chǎn)品的性能是否穩(wěn)定,功能是否能夠滿足人們的日常需要。
隨著當(dāng)代制造業(yè)的發(fā)展,人們開始對仿真技術(shù)的另一個應(yīng)用熱點,即虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)越來越重視。并行工程的運用促進了虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。并行工程思想將現(xiàn)代哲學(xué)、文化等與現(xiàn)代先進組織思想集合起來,將產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用和支持過程并行運作,進行一體化的設(shè)計和開發(fā)。并行工程從產(chǎn)品開發(fā)之初就將投資、制造、裝配以及銷售維護等產(chǎn)品生命周期中各種因素考慮在內(nèi),有效地解決了產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)之間存在的矛盾。而虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)就是在并行工程思想的指導(dǎo)下,將計算機輔助設(shè)計、CS和大型的產(chǎn)品數(shù)字化管理系統(tǒng)綜合運用,虛擬一個產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境。方便產(chǎn)品開發(fā)人員在近乎真實的環(huán)境下進行策劃、設(shè)計和預(yù)測產(chǎn)品在現(xiàn)實環(huán)境中的性能及其他狀況,將產(chǎn)品在現(xiàn)實工況下的真實運行能力,這樣就可以避免反復(fù)設(shè)計,不斷變更設(shè)計方案,避免因反復(fù)制作樣機而造成的資源浪費和經(jīng)濟損失;方便對產(chǎn)品的設(shè)計進行檢驗、指導(dǎo)和優(yōu)化,使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮減,從而節(jié)省了大筆開發(fā)費用。在計算機仿真技術(shù)的發(fā)展中,虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)是又一重要發(fā)展,它深入到產(chǎn)品復(fù)雜的制造過程中,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不可小覷。
現(xiàn)在,仿真技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開放復(fù)雜的大系統(tǒng)。當(dāng)仿真對象分布于廣闊的時空領(lǐng)域,仿真任務(wù)要求將不同地理位置、不同類型(包括人在內(nèi))的仿真對象構(gòu)成一個統(tǒng)一整體進行仿真時,產(chǎn)生了分布交互化仿真(DIS――Districted InteractiveSimulation)。這種仿真系統(tǒng)里包含有不同類型的實體―虛體、真實實體和構(gòu)造實體,這些實體可以基于不同目的系統(tǒng)、不同年代的技術(shù)、不同廠商的產(chǎn)品和不同產(chǎn)品組成,并允許它們交互操作。DIS實現(xiàn)用計算機網(wǎng)絡(luò)將不同地點的仿真設(shè)備連接起來,通過實體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種先進仿真技術(shù)。在這種復(fù)雜的分布綜合的系統(tǒng)進行實時仿真時,必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應(yīng)的處理。美國是最早研究這種技術(shù)并投入使用的國家,已經(jīng)完成了多項基于虛擬仿真的DIS工程項目,相關(guān)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成或正在完成。
在制造行業(yè),已經(jīng)產(chǎn)生了類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心或虛擬企業(yè)。香港生產(chǎn)力促進局和香港城市大學(xué)共建的快速科技中心就是一個虛擬研究開發(fā)中心。此外,為了適應(yīng)快速變化的世界市場,克服單個企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需資源的局限性,出現(xiàn)了在一定時限內(nèi),為了某一市場機遇,通過網(wǎng)絡(luò)臨時聯(lián)結(jié)的一種動態(tài)聯(lián)盟――虛擬企業(yè)。美國波音(BOEING)公司可以把777飛機的研制、生產(chǎn)做到幾乎“無圖紙”的程度。波音777飛機的研制、整機設(shè)計、裝配、部件測試以及各種試飛,都是由計算機完成的。它能將開發(fā)周期從原來的8年縮短到5年,節(jié)約了數(shù)百萬美元經(jīng)費。
3 結(jié)論
當(dāng)代制造業(yè)中,計算機仿真技術(shù)已經(jīng)成為一種綜合性的高新科學(xué)技術(shù),它綜合了計算機技術(shù)、計算機輔助設(shè)計技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、軟件工程、數(shù)字化控制技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù),在制造業(yè)中發(fā)揮著越來越大的作用,在一些大型的復(fù)雜形同研發(fā)中,更是必不可少的重要工具,它有效地減少了企業(yè)的經(jīng)濟損失,節(jié)省了大量的研發(fā)經(jīng)費,使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮減,產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著提高。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 單片機開發(fā);仿真技術(shù);應(yīng)用;電子琴系統(tǒng);軟硬件協(xié)同仿真
中圖分類號TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2011)56-0180-01
0 引言
目前,單片機正以高集成度、高可靠性,體積小、控制功能強,低電壓、低功耗,便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品、性價比高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域?,F(xiàn)如今,單片機的開發(fā)應(yīng)用越來越受到重視。在單片機的開發(fā)應(yīng)用中最突出的就是仿真技術(shù),在開發(fā)過程中使用軟硬件協(xié)同仿真技術(shù),模擬整個系統(tǒng),能夠達(dá)到降低設(shè)計風(fēng)險,節(jié)省開發(fā)時間和費用的目的。
1 單片機仿真技術(shù)綜述
單片機是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、定時器等功能集成到一塊硅片上而構(gòu)成的功能完善的高集成計算機系統(tǒng)?,F(xiàn)如今它的開發(fā)應(yīng)用已引起人們的高度關(guān)注和重視。雖然單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動了電子、計算機、通信等行業(yè)的飛速發(fā)展,成為當(dāng)前科研和教學(xué)中的熱門技術(shù)。但是在單片機開發(fā)過程中,由于原理設(shè)計完成后需要反復(fù)調(diào)制電路,往往會增加單片機的開發(fā)成本,成為推廣單片機研發(fā)的最大障礙。
近年來,計算機仿真技術(shù)已取得了突飛猛進的發(fā)展,這在一定程度上,也促成了單片機仿真技術(shù)。計算機仿真技術(shù)是一個多學(xué)科綜合技術(shù),基于計算機的工具,通過建立模型來模擬,數(shù)據(jù)處理分析,核查程序,使用真實的測試環(huán)境系統(tǒng)的動態(tài)仿真模型。它具有高效、安全、受環(huán)境約束較少的特點。而軟硬件的協(xié)同仿真計算機仿真技術(shù)作為一個非常獨特的應(yīng)用程序的分支,近年來得到迅速發(fā)展。它主要是在最終硬件沒有準(zhǔn)備好之前就進行軟件和硬件的協(xié)同驗證。可以通過軟件和硬件的協(xié)同仿真技術(shù)的使用對虛擬模型進行早期調(diào)試,并提供了一個虛擬平臺軟件調(diào)試,從而對整個系統(tǒng)包括硬件在內(nèi),進行功能驗證,為準(zhǔn)備硬件平臺大大節(jié)省了時間。
可以說,軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的出現(xiàn)為單片機開發(fā)應(yīng)用提供了一個很好的發(fā)展平臺,具有十分重要的推廣價值。
2 仿真技術(shù)在單片機開發(fā)中的應(yīng)用分析
目前,軟件和硬件協(xié)同仿真技術(shù)對于低級別的模擬研究還比較完善,一般的模式是軟件調(diào)試環(huán)境、微處理器模型和硬件協(xié)同仿真RTL描述。在正常情況下,軟件環(huán)境和硬件環(huán)境有其自身的控制接口,通過一個總線周期由處理器和硬件交互發(fā)起的系列軟件。筆者在這里以電子琴的開發(fā)為例,介紹了軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)在電子琴系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要是采用偉福單片機仿真器模擬電子琴,以實現(xiàn)單片機軟硬件同步仿真。
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計
在電子琴系統(tǒng)中,仿真板作為硬件仿真和調(diào)試界面,單片機仿真軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)執(zhí)行、單步執(zhí)行、監(jiān)控斷點、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給硬件仿真板時產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊的運行等功能。電子琴系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)包括AT89S51單片機、矩陣鍵盤、音頻模塊和顯示模塊。其主要目的是在該系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計的前期驗證其正確性和性能效率。
2.2 AT89S51單片機設(shè)計
AT89S51單片機,其中有40個引腳,4K字節(jié)閃存芯片上的程序存儲器,128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器,32個外部雙向口,五個中斷優(yōu)先級嵌套中斷,兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙工串行通信端口,WDT電路,片上時鐘振蕩器,低功耗、高性能的8位芯片。芯片兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS- 51指令集和80C51引腳結(jié)構(gòu),使用高密度,非易失性內(nèi)存技術(shù),可為許多嵌入式控制應(yīng)用提供具有成本效益的解決方案。
2.3 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于電子琴系統(tǒng)的按鍵數(shù)量較多,所以在本系統(tǒng)中將按鍵排列成矩陣形式。與直接連接式鍵盤結(jié)構(gòu)相比,雖然矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些,識別方式也要復(fù)雜些,但它卻可以提高端口利用率。每個鍵的行和列,行線和列線通過電阻器的功率連接,每個鍵的狀態(tài)將成為數(shù)字“0”和“1”。輸出端行線,沒有按下按鈕時,產(chǎn)量高,意味著沒有鍵按下列線輸入連接到芯片,一旦按下一個鍵,在輸入端電壓低,這種閱讀狀態(tài)輸入線可以告訴一個鍵是否被按下,能夠大大提高系統(tǒng)的性能。
2.4 音頻模塊及顯示模塊設(shè)計
AT89S51的定時器使用音頻脈沖,每個反向輸出脈沖的時間,到時候再反向,因此產(chǎn)生了各種不同頻率的脈沖信號后,蜂鳴器發(fā)揮出來,我們可以形成一個優(yōu)美的音樂,因而就形成了電子琴系統(tǒng)的音頻模塊。另外,將AT89S51單片機的P2端口的P2.0~P2.7連接到一共陰數(shù)碼管a-h(huán)的引腳上,可以實現(xiàn)電子琴系統(tǒng)的顯示模塊,能夠在數(shù)碼管上循環(huán)顯示數(shù)字0~9。
總之,單片機仿真技術(shù)由于考慮到軟件的實際情況,模擬運行驗證可以更真實的應(yīng)用環(huán)境,系統(tǒng)設(shè)計更容易早期發(fā)現(xiàn)問題,避免設(shè)計錯誤,克服芯片的開發(fā)成本高的缺點。模擬整個系統(tǒng)的軟件,可以降低設(shè)計風(fēng)險,同時節(jié)省了開發(fā)時間和開發(fā)成本,在運行過程中,硬件連接和硬件仿真器是同出一轍。
3 結(jié)論
綜上所述,軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)的使用,微控制器硬件將能夠不僅不需要模擬的全部功能,而且還能提高一個成功的系統(tǒng)設(shè)計信心。也就是說,軟硬件協(xié)同仿真技術(shù)可以方便系統(tǒng)設(shè)計調(diào)整,可以在設(shè)計前期評估性能,方便軟硬件的檢測。可以說它在單片機開發(fā)中表現(xiàn)出來的卓越的仿真能力使其成為當(dāng)前最好的仿真工具之一,由此可見在單片機開發(fā)中仿真技術(shù)是一個十分值得推廣的技術(shù)??梢灶A(yù)言,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機仿真技術(shù)的日益完善,單片機仿真技術(shù)定將得到更加廣泛的應(yīng)用,最終實現(xiàn)單片機開發(fā)應(yīng)用的最大效益。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:虛擬仿真;電子類實驗教學(xué);應(yīng)用
TP391.9;TN0-4;G642
一、虛擬仿真技術(shù)的概念與優(yōu)勢
虛擬仿真技術(shù)在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用主要有兩種方面:虛擬儀器技術(shù)和仿真。最早虛擬儀器這個概念是由美國儀器公司提出的,其主要含義就是“軟件就是儀器”通過對應(yīng)的軟件來實現(xiàn)儀器的主要功能。在使用過程中利用LabvIEW編寫虛擬的儀器面板,將各種數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備和軟件的仿真平臺搭建出一個不同的仿真系統(tǒng)。仿真則是利用模型進行實驗,對電路環(huán)境與電路過程中進行模擬,得到真正實驗的全過程。虛擬仿真技術(shù)的核心內(nèi)容就是將虛擬與實際結(jié)合,從而達(dá)到最佳的實驗教學(xué)效果。同時,在虛擬仿真技術(shù)在使用過程中有以下幾種優(yōu)勢
(一)節(jié)約成本
在傳統(tǒng)的教學(xué)模式創(chuàng)新中需要不斷的增加各種教學(xué)儀器設(shè)備,增加教學(xué)成本,而且要想進行實驗只能在實驗室進行。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)更好的解決了這些問題,在教學(xué)過程中只需要具備仿真軟件計算機就能在任意地點進行實驗,方便教師教學(xué)。
(二)理論與實際結(jié)合,激發(fā)學(xué)生興趣
虛擬仿真技術(shù)可以將虛擬與實現(xiàn)結(jié)合,學(xué)生在接受新知識時還鍛煉了學(xué)生的動手實踐能力。將實驗教學(xué)內(nèi)容以更直觀的形象展現(xiàn)出來,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率。
(三)實驗平臺的統(tǒng)一性和可恢復(fù)性
在使用虛擬仿真技術(shù)時,可以將多門課程實驗進行統(tǒng)一,并為學(xué)生提供一個設(shè)計、原型、科學(xué)、的應(yīng)用平臺,這樣不會丟失原有的實驗信息,還會完成從原型設(shè)計到系統(tǒng)部署之前所有工作,從而將虛擬教學(xué)內(nèi)容與實際教學(xué)實驗的理論、知識更好的結(jié)合起來。
(四)教學(xué)內(nèi)容的靈活性與創(chuàng)新性
虛擬仿真技術(shù)不同于其他試驗箱數(shù)量固定的實驗內(nèi)容,在使用其技術(shù)時還會根據(jù)不同的需求搭建出一個不同的實驗電路,讓學(xué)生更直觀的了解教學(xué)內(nèi)容,同時還有利于教師開展一些綜合性與設(shè)計性的教學(xué)實驗,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
二、虛擬仿真技術(shù)在電子類實驗教學(xué)中的應(yīng)用
隨著電子技術(shù)快速發(fā)展以及教學(xué)內(nèi)容不斷的更新,傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已經(jīng)跟不上社會的發(fā)展,其中還存在著一些不足,虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)將實驗教學(xué)進行全新的完善,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。電子電路課程是電子類專業(yè)必修課程,其中包括了:電路分析、模擬器電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)。在這三門課程中虛擬電子技術(shù)被學(xué)生們認(rèn)為是一個難度最大,理論性較強的的一門課程。一般來講,虛擬電子技術(shù)是與教學(xué)理念同步,有時也會落后于教學(xué)課堂。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中,學(xué)生對實驗的電路理論不夠了解,對實驗中可能出現(xiàn)的問題還沒有特別清楚,因此,對于多數(shù)學(xué)生來說,在實驗過程中一旦出現(xiàn)問題找不到任何的突破點,從而降低學(xué)習(xí)興趣。在虛擬仿真技術(shù)中以二階段有源低通濾波器為主的教學(xué)實驗可以幫助學(xué)生加深對知識的了解,鍛煉學(xué)生的動手動腦能力。
(一)二階有源濾波器的仿真實驗
在虛擬仿真技術(shù)中,常用的仿真軟件有:Multisim、Pspice、Proteus等。在此,本文對Multisim在虛擬仿真技術(shù)中的使用以二階有源濾波器電路進行了仿真。該技術(shù)操作簡單容易上手,它在使用過程中具有非常多的元器件、虛擬儀器,它的功能強大,在使用過程中還為學(xué)生提供專用的萬能表、示波器等常用儀表設(shè)備,而且還為學(xué)生提供了虛擬仿真技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀等儀器設(shè)備。二階有源濾波器在教學(xué)過程中具有仿真的電路圖,只需要在使用時輸入信號頻率和幅度,就可以通過濾波器的示波器進行觀察,并讓學(xué)生做出總結(jié)。同時,在使用時還可以利用波特圖測試儀,設(shè)定使用頻率的反問,保證學(xué)生可以更加直觀的觀看到二階有源低通濾波器的頻率響應(yīng)線,學(xué)生在上課過程中就可以通過幅頻特性曲線找到濾波器的頻率。這樣,學(xué)生就可以搭建出一個更為實際的電路,進行實驗,從而總結(jié)出自己所得結(jié)果,并于教師交流。
(二)二階有源濾波器的實際電路測試