模拟仿真软件（通用12篇）
模拟仿真软件 篇1
“过去仿真需要有实际的硬件 (例如芯片或板卡) , 现在可以全部通过电脑模拟, 而且硬件上的调试等命令都可以在电脑上实现。”风河公司调试工具及生命周期解决方案副总裁Michel Genard告诉我们。
为何需要模拟仿真?因为硬件实际情况是比较复杂的, 软件模拟可解决复杂性问题;另外还可加速上市时间, 在硬件没有正式上市或拿到手之前, 就可以编写软件;再有, 通过软件模拟硬件, 不会受到硬件的数量 (例如只有一两个) 的限制, 如果开发团队有多人, 而参考板只有一两块, 开发进程也不会受影响;最后, 航天军工等不太能在地面上完成系统的模拟和执行的地方。
因此, 长期以来, 用模拟工具是很多行业使用过的, 例如工业、电力、军工、网络通信、数学、物理等的模型计算, 即越复杂的系统, 越适合用软件模拟的方法来把复杂的问题解决。
风河公司的Simics可以模拟很多硬件, 从芯片的功能块、整个芯片, 到板卡、多板卡的机架, 直至最复杂的是全系统。这是因为Simics有三部分构成:脚本库、调试工具、模拟引擎。原则上模拟脚本写出来了, 放在库中, 什么都可模拟。
Michel说风河的客户反映, Simics最多节省60%的时间, 可以节省35%调试时间, 资本运营上的支出可节省一半。
Simics有三个特点:
*精确度高, 开发者不用担心与实际有落差。
*Checkpoint功能, 可以随时检查程序的过程, 即对程序过程拍照。这样可以把当时的状态和同事沟通。例如, 实际程序模拟时要运行10亿次, 物理时钟要3天, 软件模拟也许1小时就可完成。在这种情况下, 如果发现某个地方可能出错, 可以模拟出具体时间。因为程序出错不一定是运行的前几次, 而是多次以后。“出错稍纵即逝, 我们可以定格在某个1秒钟, 像照x光片。”Michel说。
*故障注入功能是Michel最喜欢的。即强行设置一些故障, 看软件模拟时, 出现了哪些问题, 或者备份方案是否工作。例如某个CPU不工作, 系统执行会有什么情况, 计算出错时遇到什么情况。例如断电时, 某个线路故障失灵时, 可以全部通过软件模拟, 在电脑上看到结果。如果没有软件模拟, 而是硬件模拟, 需要人为破坏CPU、剪断线缆。
模拟仿真软件 篇2
学生员工角色递进，塑造学习过程真度。我们和山西省第二建筑工程公司签订协议书共同开展学生的综合实训，企业专业人士参与评价，企业技术人员的介入，使综合实训按照企业经营模式计算造价，图7王清娥等专家评价教学 图8教师指导学生综合实训
产教融合的实训模式，塑造学习过程真度，实施过程评价和结果评价结合，建立评价主体多元评价模式。
五、“工学交替”工作场所的变换，快速提高“双师”技术应用能力，参与企业科研项目成效显著
提高了团队“双师”素质。“工学交替”教学节奏，要求教师
密切跟随学生学习场所的变化，教师和学生一同参与企业实践，教师角色在师傅和教师之间转化，使得教师团队贴近行业企业、贴近生产实际、贴近真实工作，全方位得到锻炼，3年来，培养了1名省级职业教育名师、2名专业带头人、5名国家级注册造价师，10名骨干教师。
校企合作开发校本教材。2014年共有12名专业教师和王清娥、杨纯钢等10名专家携手开发了适合工学交替模式的《建筑施工图识读》等8本特色教材，编写了16门课程标准、教学设计和学生工作页，为教学模式的落地提供了教材资源和学习资料，2014年《建筑工程计量与计价》教材以真实案例为特色被山西省建设教育协会评为年度教学成果“一等奖”。
模拟仿真软件 篇3
关键词： 模拟电路； 计算机辅助教学； Multisim仿真软件； 实验操作
中图分类号：TN709 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）12-95-02
Abstract： Analog circuit is a basic course of electronics，with the characteristics of complex theory， abstract concept and difficult operation in experiment， therefore， there is great difficulty in teaching. Simulations can play a very good role in support of the theory teaching； this paper discusses the application of Multisim circuit simulation software in the teaching of analog circuit， and taking the amplifier circuit of stable operating point as an example， introduces the advantages of Multisim and the problems to be discussed.
Key words： analog circuit； computer aided instruction； Multisim simulation software； operation in experiment
0 引言
在过去的二十年中，计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）得到了长足的发展，并在很多教学实践，尤其是工科专业的教学中取得了成功的应用[1]。工科专业的课程教学中概念和方法通常都比较抽象复杂，并且往往需要实验的配合。然而，实验本身也有困难，而且某些实验还存在一定的危险，因此，工科专业的教学一直比较困难。连接理论教学和实验的桥梁是仿真，其优点是不需要实际的物理对象，而用计算机模拟，具有直观，操作方便和无危险等，比如Matlab和Labview等软件都取得很好的应用[2-3]。
作为电子类基础课程之一，模拟电路由于其涉及的理论基础难度大，逻辑性强，实验操作不易等问题，长期成为教学的难点[5]，尤其是在没有很好的电路基础和物理基础的情况下，学模电是难上加难。无论是二极管和三极管的特性，基本放大电路，还是集成电路，其理论都非常不直观，需要从很多角度去看才能更好地理解。模拟电路实验有助于对理论的理解，然而，模拟电路的实验设计和实现非常耗费时间，而且要求熟练使用示波器、万用表等工具，这对低年级的本科生而言有很大的难度。电路仿真软件Multisim的出现，为理论和实验之间由架了一座桥，在模拟电路的教学中起到了非常好的促进作用[4]。尤其是简单的工作界面，可以随意调整元件的参数，丰富的虚拟测量仪器库，使得该软件在越来越多的电路课堂教学中被使用。
本文首先对Multisim进行基本介绍，然后通过稳定工作点放大电路应用，说明如何通过仿真和理论结合，以加深学生的理解。
1 Multisim的介绍及其在模拟电路中的应用举例
1.1 Multisim的基本介绍
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，目前使用比较广泛的是Multisim10。其特点包括：界面友好，元器件和测量仪器丰富，以及分析工具强大等。
Multisim的工作界面非常简单实用，它还具有丰富的电子元器件库，且以实际元器件的名称命名，因此，使用Multisim中的芯片前必须要去了解这方面的资料，这对IT工作者是一个非常好的习惯。为了方便用户使用，元器件的参数还可以进行修改。另外，Multisim还具有强大的分析功能，包括：直流工作点分析，交流分析，瞬态分析，傅里叶分析等[4]。
1.2 稳定工作点放大电路的应用举例
以模拟电路的非常典型的稳定工作点放大电路为例，其电路如图1所示，这里虽然电路并不复杂，但如果想让学生在实验课中用分立元件搭出该电路，并且能顺利通过调试，需要很多时间，并且老师可能要逐个帮助调试，显然效率很低。
而通过Multisim，只需从元器件库中调出所需要的器件，输入相应的特性大小值，并通过导线连接，然后，加入信号源和示波器，就组成了仿真电路，如图2所示。运行后通过示波器就可以看到仿真结果，如图3所示。
所加的信号源为幅值是10mv，频率为100hz的正弦信号，由图3可以输入和输出信号的相位差并非理论上所说的180度，原因在于所加的电容的容抗大小不能忽略，因此产生了一定的相位差。可见仿真从很多方面可以加深对信号和电路的理解。
由图1和图2可以看出，电路图和仿真电路图基本类似，所以基本不太会出错，而在电路板上搭线，出错的概率将会大大增加。当需要调节电阻大小和电容大小时，可以非常方便地做到，从而可以观察失真，更好地理解静态工作点高低与失真的关系，输入信号幅度与失真的关系等等。
3 总结与展望
本文对Multisim软件进行了简单的介绍，并将其应用在模拟电路教学中。通过稳定点工作放大电路的理论讲述和实验的比较，说明Multisim在模拟电路教学中的各种优点。
Multisim的使用，需要对相应的电子元器件有一定的了解，这是一个相对困难的问题，需要学生主动去查找资料。仿真对理论教学可以起到非常好的促进作用。通过了解基本的理论知识再去做仿真，做完仿真发现问题后，又回头去研究理论知识，此过程可以大大地提高教学效果。
参考文献（References）：
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师范大学出版社，1998.
[2] 易灵芝，王根平，李卫平，彭寒梅.MATLAB在电工学CAI中的
应用[J].计量与测试技术，2008.35（5）：3-5
[3] 陈春朝，李春洋，李玖栋，刘明飞.labview软件在教学中的应用[J].
计算机与现代化，2010.3：89-92
[4] 达正花.Multisim软件在中职模拟电路教学中的研究和应用[D].
西北师范大学硕士论文，2005.
[5] 袁胜，夏志敏.Multisim仿真软件在模拟电子技术课程教学中的
模拟仿真软件 篇4
关键词：仿真模拟软件,文科,实验教学
长期以来,强调理论教学与课本知识的掌握是高校文科教育的习惯性思维和基本教学模式[1]。然而随着知识经济时代对创新性人才需求的不断增长,以教师为主体的灌输式教学模式已经不能完全适应现代人才的培养需要。实验教学是人文社会学科培养创新型人才的重要实践教学环节,仿真模拟软件作为一种新型的实验教学模式,已成为文科实践教学改革的必然趋势。
一、仿真模拟软件实验教学的内涵
教育部《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中明确提出:“要大力加强实验等实践教学环节,推进实验内容和实验模式改革和创新,培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力。”近年来,各高校在充分肯定文科实验教学的重要性的基础之上,将文科实验教学纳入人才培养的重要环节。文科实验教学伴随着新理论、新方法在教育领域中的应用逐步成长起来,不仅填补了文科教学手段的空白,而且扩大了文科的研究范围,更使文科的教学手法和研究手法大为改观[2]。
尽管实践教学基地、大学生科研训练等都是大学实践教学的途径,但是这些教学环节都在不同程度上存在 “教育面不宽”(如科研训练难以普及到每个人)和“深入度不够”(如类似参观、听讲座的实践环节难以真正接触实际中的问题情境)等问题,因此,仿真式模拟构造“情境认知教学环境”成为必要[3]。现代学习理论认为,求知始于发问或质疑。模拟教学通过让学生持续面对各种典型的情境,培养他们在“例外环境”下的质疑思维以及分析问题与解决问题的能力,使枯燥的学习变得有趣[4]。
仿真模拟软件实验教学是指利用计算机的硬件和软件来模拟真实的实验环境及实验过程,让学生通过在计算机上独立完成实验,达到在有限教学时间内让每个学生独立完成实验的目的[5]。在国际上,最著名的仿真模拟是国际企业管理挑战赛(即GMC),是以一个综合性的计算机模型模拟真实的企业经营环境和公司管理,涉及营销、财务、生产、人才资源、研究与开发等方方面面[6]。 在国内,最先由部分高校从国外引进了一些仿真模拟软件开展文科实验教学,取得了一定的效果。如何有效利用软件,使之真正成为教师开展实验教学的助手,使学生能够在实验教学中发挥主观能动性,将仿真模拟实验教学效果最大化成为当前一个重要问题。
二、研究框架及设计
(一)理论基础
情境认知理论(Situated Cognition)是20世纪80年代后西方学习理论领域研究的热点,该理论从对学习理论的自身研究反思出发,既满足了学校实践的需求,又顺应了学习理论的发展与丰富。1989年约翰·西利·布朗、阿伦·柯林斯与保尔·杜吉德联合发表了论文《情境认知与学习文化》,这篇论文系统、完整地论述了情境认知与学习理论[7]。情境认知理论认为:学习的设计要以学习者为主体,内容与活动的安排要与人类社会的具体实践相联通,通过类似人类真实实践的方式来组织教学。 该理论强调情境具有线索指引的功能,学习发生在真实的情境或事件中;学习者从事的是与专业学习领域相关的实践;提高学习者的兴趣度、责任感和意义感有利于引发其主动学习的动机[8,9]。
情境认知理论的研究观点为信息技术与课程整合、 计算机支持协作学习和虚拟学习共同体的建设等教育技术的新领域提供了理论依据。近些年来的相关研究主要有,赵经成(2003)认为运用现代技术开展仿真模拟实验教学能够有效延伸实验的空间和时间,变被动学习为主动学习,调动了学习者的主动性[10]。邢振江、徐文涛 [(2010)从提高学生综合素质、降低教学成本、促进就业和师生互动四个方面分析了情境教学的效果[11]。张军征、樊文芳(2012)的研究表明模拟软件能够在创设自主探究学习环境和有效引导探究活动两个方面促进探究性学习[12]。本文根据情境认知理论和相关研究成果,从学习者个体特征、情境模拟的真实性、实践场和调动学习者主动性等方面研究仿真模拟软件在文科实验教学的应用。
(二)研究设计
本研究采用调查问卷的形式,样本取自Y大学人文学院公共管理、社会学和法学三个专业的二年级、三年级、四年级学生(一年级没有开设相关课程),随机发放问卷260份,取得有效问卷229份。
Y大学人文学院是一个农业院校的纯文科专业学院,其中公共管理专业开设了两门使用仿真模拟软件的实验课程,而法学和社会学两个专业只开设电子政务一门带有实验的课程。因此本次调查选取的样本中公共管理专业的学生比例较高,占到60%。该学院三个专业都是面向文科招生,因此调查中女学生占到近六成,这与该学院男女生比例大致相符。
三、仿真模拟软件应用效果的影响因素分析
(一)模型
二分类logistic回归模型可以描述当各自变量变化时,因变量的发生概率会怎样变化。因变量Y是一个二值变量,取值为Y=1(事件发生)Y=0(事件未发生);自变量X1,X2,…,Xm;P表示在m个自变量作用下事件发生的概率。建立包含m个自变量的logistic回归模型如下[13]:
(二)变量选取
本文以与传统文科教学方式相比,仿真模拟软件是否取得了更好的教学效果为被解释变量(Y)。依据研究目的最终确定了学生个体特征、情境模拟教学环境的真实性、学习者的主动性和实践场4类13个解释变量 (X1,X2,…,X13),见表2。
(三)模型估计结果及分析
本文运用SPSS18.0统计软件对样本数据进行二分类logistic回归分析,并在回归分析前将待分析的数据逐一组织成SPSS变量的形式。解释变量的筛选策略为 “Enter”,表示解释变量全部进入方程,结果见表3。通过模型的回归结果,本文分析如下。
1.学生个体特征对实验教学效果的影响。第一,学生的年级与仿真模拟软件实验教学效果在统计水平上呈显著性负相关。说明低年级学生比高年级学生使用仿真模拟软件的实验教学效果更好。由于该学院所有课程使用的仿真模拟软件均出自同一个开发商,相同的操作平台使学生逐渐产生了厌倦感。第二,学生的计算机操作技能与效果呈负相关,且显著性水平较强。说明能够熟练操作计算机的学生参与实验教学的效果也较好。原因是仿真模拟软件教学是在利用计算机的实验环境中进行的,学生操作计算机的技能影响其使用仿真模拟软件的效果。一些学生不能很好地通过仿真模拟软件来开展实验,并不一定是因为专业知识或是软件的问题,而是不具备相应的计算机操作技能。
2.情境模拟教学环境的真实性对实验教学效果的影响。第一,软件的仿真度与实验教学效果在统计水平上呈显著性正相关。软件能够全面模拟出现实情境,就会使学习者获得置身于真实困境中的权利和行使在真实困境中寻找解决方法的权利。学习者会感到对解决方法负有责任,而不只是从教师那里得到知识。第二,软件与课堂教学匹配程度与实验教学效果呈显著性正相关。 情境认知理论指出为学习者提供的实践情境应当是与其学习领域相关。因此仿真模拟实验教学的设计要与课堂教学相匹配并能体现出教学重点方能发挥出实验教学的效果。第三,软件的实时更新功能和实验教学效果呈显著性正相关。不断变化的社会环境和知识更新,要求软件能够保持顺畅的升级渠道,及时更新才能保障其真实性。
3.学生的主动性对实验教学效果的影响。第一,学生对使用仿真模拟软件的兴趣度与实验教学效果在统计水平上呈显著性正相关。“兴趣是最好的老师”。学生对仿真模拟软件的兴趣越强烈,能够使用软件进行主动的探究性学习,越有利于发挥实验教学理论联系实际的作用。第二,学生对使用仿真模拟软件对找工作的影响与实验教学效果呈显著性正相关。认为仿真模拟软件的学习对找工作有帮助的学生,具有在该情境下学习的主动性,能够取得更好的实验教学效果。实际上,仿真模拟实验教学通过模拟现实工作情境增进了学生对实际工作的了解,对学生就业有很大帮助。因此,让学生认识到仿真模拟教学对增加实践技能和促进就业的意义,将有利于引发学生的主动性。
4.实践场地对实验教学效果的影响。实践场的概念是由教育心理学派学者提出,萨莎·A·巴拉布和托马斯·M·达菲将基于校园环境而创设的实践场理解为“为了达到一种学习目标而设置、创设的功能性学习场所与空间”[14]。调查数据的回归分析结果显示,实验室的环境对实验教学效果的影响不显著。而实验设备与仿真模拟软件的文科实验教学应用效果在统计上呈现正相关,并且显著性水平较强。在仿真模拟实验教学过程中,对实验室计算机的硬件、软件和局域网等均有具体要求。若实验设备不符合要求,将会影响到仿真模拟软件的使用效果。
四、结论与建议
本文利用Y大学的样本数据分析了仿真模拟软件在文科实验教学的应用效果。结果表明,仿真模拟软件在文科实验课的使用效果受到学生计算机操作技能、软件的仿真度、实验教学与理论教学是否能相互配合、学生的学习兴趣以及实验室的设备情况等多种因素的影响。为了更好地发挥仿真模拟软件在文科实验教学的效果,针对调查中的问题提出如下建议。
第一,科学合理地安排文科实验教学课程,将实验课和理论课同等重视。相较理工类课程,文科实验课课时较少。Y大学文科课程实验教学的课时仅为16学时, 并且仿真模拟软件的使用多是设置在课程的实验部分, 而未单独设课。这说明传统观念对文科课程操作性实验缺乏重视。扩充文科实验课的学时或单独设置实验课程,会更有利于培养学生独立思考、自由发挥、自主学习的能力。从而激发学生的学习兴趣,充分调动学生学习的主动性和积极性。
第二,为提高情境的仿真度,可以尝试校企联合开发仿真模拟软件。学校与软件公司携手开发实验教学仿真模拟软件的好处是,学校和任课教师能够更准确地表述软件需要具有哪些功能与课程及实验教学相匹配,从而保证了文科实验教学的需求;开发商具有软件设计和程序编写的专业技能,从而保证了仿真模拟软件的专业性。
第三,任课教师应让学生认识到通过仿真模拟实验教学的训练能够有效地提升动手能力和创新能力并对今后实际工作有所裨益。
第四,加强文科实验室的规划和建设。受传统“重理轻文”办学思路和模式的影响,一般学校对文科实验室的重视程度和建设经费远不如对理工科。
模拟仿真软件 篇5
会计仿真模拟实验教学存在问题及改革
摘要：从提高会计实验室设备利用率和软件应用效果角度出发，结合黑龙江八一农垦大学会计学仿真实验室运用和实验教学中的经验和教训，分析了目前高校会计学仿真实验教学中普遍存在的问题，提出了有针对性的相应改革方案。
关键词：会计；计算机模拟操作；仿真模拟教学
高校财经类专业对会计理论知识和应用原理的课堂教学，始终是大学生获取相关会计专业知识的最重要渠道。但如何培养实践型大学生，确保其毕业后能够快速融入会计实践操作，是高校会计学专业教学改革的重点。各类专业会计核算范围广，涉及票证种类多，方法复杂，课堂消化难度大，对实验室仿真模拟操作要求程度高。为此，黑龙江八一农垦大学经管学院于1995年建立了会计模拟实验室，并先后购入安装了垦财、用友、金蝶和中油会计等教学软件。经过15年教学和实验室管理探索，软件应用效果比较明显，仿真模拟实验教学成效显著，但同时也暴露出许多问题，亟须深化会计仿真实验教学改革。
1会计专业仿真模拟实验教学存在的问题 1.1会计专业仿真模拟教学的意义
科技进步对会计教育提出的要求越来越高，强化会计人才实践能力培养成为时代发展的必然要求。会计仿真实验教学是在建立会计模拟实验室的基础上，利用某一虚拟型的会计实验教学软件，将手工模
拟操作与计算机模拟操作相结合，利用实验室计算机设备展示会计结
算系统、票据功能和业务处理流程及方法，让学生直观地接触会计实践操作的教学过程和手段。加强会计仿真实验教学，能够为大学生直接接触实践操作提供优越平台，切实增强大学生的职业意识，并且简化了会计教育过程，大大提升学生的学习兴趣和积极性。1.2会计仿真模拟实验教学存在的问题 1.2.1仿真实验教材与教学体系配套性不强
首先，仿真实验教材内容涉及面较窄。现有的仿真实验教材涉及的内容往往只是纯粹的会计知识，与其紧密相关的金融企业会计、企业财务管理知识欠缺。例如，会计实验教材中只阐述企业办理支票申请业务时银行收取的手续费应作为“手续费及佣金收入”直接计入当期损益，而对申请支票的企业应如何进行会计处理却只字不提，使学生只知其一不知其二，不能实现各专业知识、各课程知识的相互渗透。其次，仿真实验项目缺乏综合性和设计性。很多会计仿真实验项目都是独立的单项实验，且相互间关联性不大。例如，学生进行活期储蓄存款业务实验项目的操作时，按实验资料要求须将储户的活期储蓄存款账户办理注销，导致在进行另一实验项目如为该储户办理定期储蓄存款开户业务时，只可以进行临柜交易，而不可以办理活期转存，这就减少了学生对相关会计理论知识的验证机会；最后，课程内的仿真实验项目单一。例如，学生模拟办理定期储蓄存款业务时，只可进行整存整取和零存整取操作，存本取息、整存零取和定活两便等储蓄种
类的实验项目还是空白。由于受限于会计的教学计划，作为验证性的
实验项目也未能全部开出，且已开出的独立实验项目局限于会计核算，对体现会计的预测、分析等职能的实验内容尚有待开发。1.2.2实验教学的硬件和软件环境较差
很多高校会计课程实验都停留在手工记账程序上，教学方法和手段比较落后，仅仅停留在基础的验证性实验和较简单的综合性、设计性实验阶段。近年来，许多高校建设了会计仿真实验室，但是实验室硬件投入不足，情景设置不能到位。由于对会计仿真实验教学重视程度和经费等原因，许多高校的会计仿真实验在场地、环境布置等方面与企业财务部门真情实景有很大距离，以至仿真实验必须分组操作，每组使用一套会计实验用品和相应数量的电子设备，因为实验用品不足和电子设备陈旧落后，使实验不能正常进行或实验环节中断，既浪费了时间，又影响了实验效果，出现交易结果串户迫使学生只能重新登陆后重复操作的现象屡见不鲜。同时，指导教师缺乏权威性，处理结果不尽真实。角色扮演法中的情景分析、角色分派、仿真表演和经验分享等均需要在实验指导教师的引导和提示下进行，但高校会计仿真实验的指导教师大多数是由会计专业教师或者实验员担任，而这些指导教师对于具体的商业银行工作环境和经济业务环境都很陌生。于是只能凭个人理解和猜想指导，使实验教学效果大打折扣。1.2.3仿真实验教学资源整体优化不足
综观高校会计仿真实验课程教学，普遍存在资源浪费问题，而这
一问题的根源多是由于仿真实验教学资源缺乏有效整合，没有在会计
实验室建设的整体优化上下工夫。首先，会计仿真实验教学未能突破拼盘式课程结构。会计学只是工商管理学科的一个分支，在实践教学中很难完全独立于其他管理环节单独进行，否则实践教学效果必然难以达到。目前，高校会计专业开设的实验大都是单一的专业会计仿真实验，各门课程的实验都是彼此独立的，导致以会计模拟实验室为基础所开出的各实验课程之间缺乏应有的沟通和交流，彼此专业衔接和内容的交互协调性很差，仿真实验教学资源利用上各自为政。由此，导致会计类课程实验教学内容出现重复或遗漏，很难形成符合学生学习规律和仿真实验教学自身规律的循序渐进、不断深化的课程体系。其次，会计模拟实验室建设的规模和效益提升缓慢。以实验课程为单位进行会计模拟实验室建设很难克服本位主义，谁都想将自己的蛋糕做大，跳不出本实验课程的圈子，不能从学生整体培养的角度，全面地去考虑实验课程的总体需要。即使增加实验经费，也难以保证经费能够合理使用，从而导致实验室难以形成规模，实验设备更新速度慢、实验经费隐性流失等管理盲点。而部分二级学院领导不了解会计实验室管理功能，过分追求实验室设备应用节约控制，单纯强调设备资产维护，不注重软件升级换代和培养教师的实验专业指导能力。2会计仿真模拟实验教学的改革策略
2.1强化会计仿真模拟实验教材与教学体系的配套改革
随着经济的不断发展，企业日益呈现多元化特点。但在仿真实验
教学中，内容单一的会计仿真实验教材已经难以满足社会对复合性应
用型会计专业人才的需求。会计仿真教学与其他学科领域的交叉融合，将促使会计仿真实验教学从单一的课程实验走向多功能实验。在新的仿真实验教学体系中，以纯粹的会计知识为基础而建立体系的情况将越来越少，取而代之的是各学科领域知识的交叉融合，企业仿真实验内容将纳入整个社会经济环境之中[1]。如将财务会计与成本会计、企业管理、国家税收等方面的知识融合起来，形成综合性、设计性实验项目。在确定实验项目类型方面要注重全面、系统，其类型应该包括验证性、综合性、设计性实验，并重点强化综合性、设计性实验项目；在实验课程开发与建设方面，要朝着高定位、高层次的会计实验教学体系建设发展方向，加强自主型、边缘型和特色型实验项目的建设。新的会计仿真实验教学体系应以验证性实验为基础，注重训练学生的专业基本技能，以综合性、设计性实验为重心，使学生在实验过程中能灵活运用所学的金融、会计、财务管理、企业管理、国家税收、纳税筹划、税务检查等专业知识，提高学生综合分析问题和解决问题的能力。
2.2努力改善会计实验室的硬件和软件环境
各高校充分利用现有资源，加大会计实验室设备更新和高端、先进软件的投资力度，建立新的仿真实验教学平台。比如在进行会计仿真实验的初期之前，对会计模拟实验室的电子设备进行调试，对实验用品进行清查，并对计算机网络进行统一规划设计，选择合理的硬件
配置，优化会计模拟实验室网络服务器资源，加强网络的安全性。同
时，在仿真实验教学过程中，也可将录制的实际商业银行等会计工作情况的音像资料形象生动地展现出来，包括业务处理所使用的各种原始凭证、业务操作工具、业务处理过程、业务处理环境等。通过这样的情景教学，生动形象，可以大大增加学生的认知效果。为此，要求高校要积极争取预算支持，并努力向社会寻求帮助，多方筹措资金，保证会计实验室建设和设备更新、软件升级换代的需要。2.3推进会计仿真模拟实验教师资源整体优化
会计实验室建设的整体优化，是以会计模拟实验室为依托对所开设的各会计类实验课程的整体优化，要全面考虑学生在各会计类课程的学习过程，制定出整体培养实践能力的一体化教学计划，形成环环紧扣的实验课程结构[2]。例如财务会计应同成本会计、国家税收在同一学期开设，货币银行学、国家税收应安排在同一个学期开设。这样，通过一套实验流程解决，既能增强交叉学科内容在实验环节的关联认知，又可以节约实验用品和教师资源，提高设备利用率；同时，会计是一门操作性很强的学科，而其实验内容和流程的专业特殊性客观要求指导教师既要有深厚的会计理论知识和丰富的企业工作经验，还要熟悉相邻专业会计和国家税收、纳税检查、审计等相关专业知识并具有高度敬业精神的会计人员，担任会计仿真实验的指导教师。学校应通过派出进修学习、到企业挂职锻炼、实习实践或者聘请企业会计主管或银行、保险公司等的总会计师进校指导等措施，着力培养一
批熟悉会计专业并懂得会计实践业务操作流程的实验指导教师。对于
校企合作办学的高校，可以聘请商业银行等金融企业中有经验的高级会计人员作为实验指导教师，配合专业教师和实验室指导教师进行实验教学，增加学生仿真实验的现场真实感，确保会计仿真模拟实验教学的质量。
2.4努力改进会计实验教学方法和手段
高校会计专业应实行开放式教学，积极探索创新型的教学方法。开放式教学要求在教学单位加大实验室维护和管理力度的前提下，努力将实验内容、实验时间、实验方法、组织方式等，全力向学生开放，使学生真正成为学习的主体，激励学生学习的积极性，使学生拥有独立思考、自由发挥、自主学习的时间和空间，去考虑一些带创造性思维的知识，鼓励学生利用业余时间设计新实验。同时，采用角色扮演法进行会计仿真教学过程中，应坚持以教师为主导，以学生为主体，让学生在仿真实验中唱主角，充分发挥他们的主观能动作用，要让他们有更多的思考和动手的机会，改变那种扶着走的老套实验模式。此外，要避免教师将应在教室讲授的课堂内容搬到实验室教学，并采用激励措施引导实验课教师经常进行会计实验教学方法和手段创新，增加专业教师的实践教学魅力，提高学生实验学习的积极性[1]。2.5提高会计实验的工作技术要求
目前，社会迫切需要的是一些能为企业设计会计制度，进行财务分析、预测与决策、精通税务处理的会计人才，需要的是即精通会计
业务又懂微机操作同时还具备审计素质的多功能、复合型人才，对只
会算账、记账和报账的单一型会计人员的需求早已成为历史[1]。为此，改革会计仿真实验应大力提高仿真实验的教学技术要求，设计的资料应该全面来源于企业实际，设计的实验操作流程必须同企业实际操作完全吻合，这样的会计实验培养出的大学生才能与企业的用人标准一致。此外，应革新会计实验室仿真模拟教学指导步骤，在进行会计仿真实验的初期，可要求学生按照最新的企业会计准则，结合某一会计类企业实际，设计一套该企业内部的会计制度。由指导教师对其中有代表性的会计制度设计作出评价，并要求学生在后续的仿真实验过程中努力执行这些会计制度。只有这样，才能取得提高实验标准和学生业务操作能力的双重效果。
各类高校及相关二级学院（系）应该高度重视实验室管理，建立健全会计实验室主任和工作人员的岗位职责制度以及安全维护制度，确保实验人员和指导教师的身心健康；同时，应明确专业教师和实验指导教师的权责，完善实验室设备、物品等的使用记录和实验课记录，搞好实验室的通风、防火、防雷电设施建设，加强学生的实验纪律控制，确保会计实验室能够安全和长效运营。参考文献：
[1]王树锋，刘野.高校专业教师的人格魅力与课堂管理[J].高教论坛，2005，（8）：154-156.[2]许汉友，汪先娣.高校会计案例教学中的困惑与校正[J].财会通
模拟仿真软件 篇6
【摘要】本文首先介绍了Multisim软件仿真内核的仿真模式及仿真过程的基本组成，进而，把数值分析的方法，与具体仿真实例相结合，详细地探讨了仿真内核中模拟仿真器的三个重要的仿真过程：节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分。在此基础上，深入地研究了模拟仿真器三种基本分析仿真模式：直流分析、瞬态分析和交流分析。本文在理解仿真思路、解决仿真中出现的问题、深入研究仿真方法以及灵活应用仿真器等方面，有着重要的指导意义。
【关键词】仿真器 ； 仿真模式 ； 仿真过程 ； 仿真分析
【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）2-0002-03
仿真是评估电路特性的一种数学方法。通过仿真，在构建具体的电路结构或使用实际的测量仪器之前，就能够确定电路的大部分性能。MULTISIM软件通过仿真内核中仿真器的仿真过程，实现仿真目标[1]。
MULTISIM有几个部分是紧密地和仿真器的仿真过程联系在一起的，如：构建用于仿真的电路原理图、设置仿真参数、执行仿真过程、分析仿真结果。MULTISIM整个仿真过程可用图1描述：
1.MULTISIM仿真过程的概述
1.1 仿真模式
MULTISIM仿真过程通常是运行在下面两种模式之一：交互仿真模式和分析仿真模式[2]。因此，首先确定哪一种仿真模式是很重要的问题。
·交互仿真模式——在MULTISIM的工作空间中，无论什么时候按下Run Simulation按钮，MULTISIM仿真过程就运行交互仿真模式。
·分析仿真模式——无论什么时候，在任何一种分析对话框中按下Simulate按钮，或者在XSPICE Command Line对话框中，运行XSPICE分析指令，MULTISIM仿真过程就运行分析仿真模式。
1.2 仿真过程的基本组成及概述
1.2.1 电路原理图
从仿真的角度考虑，电路原理图是一种用户用于图示地构建网络表的电路结构图，网络表则是文本地描述电路原理图中元器件和仪器的互连的一种文本表。
1.2.2 分析对话框
分析对话框用于设置分析仿真模式的仿真条件，根据所设定的条件自动地产生分析仿真模式所需要的各种仿真指令。
1.2.3 仪器仪表
MULTISIM中的仪器有产生信号、数据分析以及数据显示等多种用途。
1.2.4 指令行界面
XSPICE指令行对话框被使用于替代构建电路原理图和分析对话框，使用它，能够装载一个外部预先确定的，代表某个电路原理图的网络表，和一套仿真指令进入到仿真内核中，从而实现对某个电路的仿真分析。
1.2.5 交互式事件
当仿真进行中时，通过调节某些交互式的元件和仪器，直接送交互式事件进入仿真内核，就能夠改变电路的仿真状态。
1.2.6 图形记录仪
图形记录仪是被使用于分析仿真输出的数据。
1.2.7 指示器件
在交互仿真模式中，指示器件显示电路的输出值或改变器件本身的外观。
1.2.8 仿真内核
MULTISIM仿真内核实现指定的仿真分析。
1.2.9 仿真内核的子系统
MULTISIM仿真内核由以下子系统组成：网络表剖析器，指令解释器，交互事件管理器，模拟电路仿真器和数字电路仿真器，以及模拟器件库和数字器件库。
2.模拟电路仿真器的仿真过程
MULTISIM的仿真内核中，包含一个模拟电路仿真器和一个紧密耦合的数字电路仿真器。本文仅探讨模拟电路仿真器的仿真过程。
本节把数值分析的方法，与具体的仿真实例相结合，深入探讨MULTISIM仿真中，模拟电路仿真器的三个重要的仿真过程。
2.1 模拟电路仿真的目标
模拟仿真的目标是根据基尔霍夫电流定律（KCL）、基尔霍夫电压定律（KVL）、以及器件的伏安特性关系，来求解电路中的节点电压和支路电流。
2.2 仿真过程
模拟电路仿真器使用图2.1所示的三个仿真过程，来进行模拟电路的数值计算，分别为：节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分。节点分析与矩阵求解是线性化和数值积分过程的基础。
2.3节点分析与矩阵求解
在模拟电路仿真器中，节点分析与矩阵求解[3]是最基本的过程。使用它来求解线性、非微积分元件所组成的电路，如图2.2所示。
这个过程之所以称为基本的，是因为电路中更复杂的电路元件通常需要精确地转化成线性的、非微积分形式的元件，以便能够使用这一过程求解电路。
首先，节点分析过程根据基尔霍夫电流定律（KCL），使用一种叫做改进节点分析（MNA）的技术，列出一组线性方程组。然后，矩阵求解过程使用矩阵求解的技术求解上述线性方程组。矩阵求解技术则是首先进行矩阵的LU分解，也就是把矩阵A分解成两个三角矩阵（下三角矩阵L和一个上三角矩阵U）；然后，使用正向迭代和后向迭代的方法分别求解两个三角矩阵。
为了避免数值困难、提高数值计算的精度和最大化求解方程组的效率，使用了下列几个技术措施：
·局部枢轴算法，降低LU分解方法所产生的截断误差。
·预定算法，改善矩阵的条件数。
·重新排序算法，最大限度地减少方程组求解的非零项。
MULTISIM允许用户通过仿真选项直接访问枢轴算法的一些参数。
一般情况下，节点分析和矩阵求解过程是稳定的，并且具有确定解，求解的成功率仅仅受限于浮点值计算的有限精度所导致的数值的复杂化程度。endprint
2.4 线性化
因为无法直接求解代表电路原理图中非线性元件的非线性方程和其他线性方程一起所构成系统方程组，因此，非线性元件成了仿真器求解的问题。为了解决这个问题，仿真器使用一种称为牛顿 - 拉夫森的迭代非线性分析技术[4]。为了说明如何使用这种技术，可以考虑图2.3所示的二极管电阻电路。
这个电路的精确解析解被确定在线性部分的曲线和二极管的伏安特性曲线的交点上，如图2.4所示。
为了找到这个交点，仿真器首先设定一个关于二极管电压的“猜测”值。然后在这个猜测值上，求出二极管伏安特性曲线的斜率值以及切线方程，这个切线方程就是二极管在猜测值上的近似线性模型，可以用一个电阻与电流源并联构建其等效电路模型（见图2.5）。这使得仿真器可以使用节点分析和矩阵求解的过程，来求解上述近似模型的线性解。
第一个解成为牛顿 - 拉夫森算法下一次迭代的“猜测”值，如此继续下去，如图2.4所示，第二次迭代，第三次迭代，……，直到连续迭代求解值之间的差值变得可以接受的小时，这种迭代循环被认为完成了，电路的解被称为收敛[5]。
上述例子是一个非常基本的非线性电路，电路中只有一个非线性元件，并且，元件的伏安特性曲线及其导数都是连续的。在实践运用中，仿真器要处理许多非线性元件且元件的伏安特性曲线及其导数有可能是不连续的。由于非线性元件数量的增加，尤其是一些元件具有连续性差的特性，不收敛的机会就会增加。
收敛是仿真非线性电路的主要障碍之一。
2.5 数值积分
数值积分过程被使用在电路的时域仿真中（即瞬态分析），用于处理具有微积分性质的元件。也就是说，元件的输入/输出关系的表达式为y=f（），例如电容、电感等元件。这些元件被称为电抗元件。
类似非线性元件，因为不能直接求解由代表电抗元件的微分方程和系统中其他线性方程所构成的系统方程组，电抗元件也成了仿真求解的一个问题。为了求解具有电抗元件的电路，仿真器使用数值积分方法，具体的做法是，依据一些数值分析的公式，把积分或微分离散成近似的离散表达式。
例如，假设知道t时刻电容的电压，想找到时间t+△t时的电压，可以使用后向Euler公式离散积分表达式为代数表达式，如下式所示：
根据以上的公式，在时间t+1时，图2.6电路中的电容器被离散，等效为图2.7电路中所示的电压源与电阻的戴维南串联模型（电容模型的戴维南形式只用于演示的目的，在数值积分中，仿真器实际使用的是一个电流源与电阻并联的诺顿形式）。
类似二极管，电容也被等效为一个线性的，非微积分的元件，因此可以使用節点分析和矩阵求解过程进行线性方程组的求解。后向Euler数值积分方法仅使用于演示的目的。MULTISIM仿真器实际使用是梯形或锯齿形积分方法[6]，两者都具有很优良准确性。
需要注意的是离散电容模型对时间步长很敏感，在这种近似的积分中，模型的精度通常是和时间步长的大小成反比关系。
3.基本的分析模式
MULTISIM中所有分析都是基于三个基本分析：直流分析、瞬态分析和交流分析。例如，直流扫描分析只不过是一连串的直流分析，其中，相邻两个直流分析只是改变电路中的某一个直流电源的电压，使其成阶梯状地增加。同样，交流扫描分析也是一连串交流分析，其中，相邻两个交流分析只是改变电路中的工作频率，使其成阶梯状地增加。
本文只研究模拟电路中的上述三种基本分析，并把它们与前面讨论的模拟仿真器的三个仿真过程联系起来。
3.1 直流分析
在直流分析模式中，仿真器求解电路的静态工作点 - 直流稳态解。因此，所有具有随时间变化特性的器件，例如电容，电感，和独立的信号源都将被忽略，也就是电容器开路、电感器短路、电压信号源短路、电流信号源开路。
仿真器使用节点分析和矩阵求解的线性过程，执行此直流分析，如果不能使用这种简单的尝试，求解系统方程组，仿真器调用使用了附加技术的直流收敛程序，求解直流工作点。因为瞬态分析和交流分析都需要调用直流分析，因此，直流分析被认为是最根本的基本分析模式。
3.2 瞬态分析
在这种分析模式中，仿真器需要求解电路在每一个确定的离散时间点上的方程组，瞬态分析过程和直流分析具有下面两个不同的方面：
·电路的每一个离散时间点都执行了线性化过程。
·电抗元件不再被忽略，需要使用数值积分技术离散线性化这种元件。
因此，瞬态分析需要使用线性化和数值积分离散过程。本文使用图3.1所示的流程图，能很好地描述瞬态分析算法的一个简化流程。图中△t为模拟仿真器的时间步长。
初始状态值（时间t=0的状态）要么是使用直流分析计算所得的直流工作点值，或者是用户定义的值，可通过？UL？？S？？的设置进行选择。因为在瞬态分析中，仿真器在每一个离散时间点都要执行非线性分析，因此，在一个迭代周期内，比直流分析存在着更大不收敛的概率。无论如何，对于每一个时间点，线性化是从前一个时间点的值开始，如果电路的变化不是很快，那么前一个时间点的解答应该非常接近新的时间点的解答，从而很容易找到电路的新解。
如果电路是一个快速变化的动态电路，要么由于采取了比较大的时间步，或者因为信号源变化得很迅速，新时间点的电路解可能远离前一个时间点的电路解，此时非线性迭代周期的初始值有可能远离正确的电路解，这样就有可能求解不收敛。在这个非收敛状态时，为了使电路的解更加靠近前一个时间点的值，仿真器减小时间步长并尝试一个新的迭代周期。如果仿真器不断收敛失败，时间步长被压缩到低于设定的最低门槛值，那么，仿真器中止瞬态分析模式，并报告时间步长太小的错误。
3.3 交流分析
在交流分析模式中，仿真器计算电路的正弦、小信号、电路稳定状态的解。这是一个线性的分析，需要对所有元件进行线性化。因此，仿真器首先执行一个直流分析以求出直流工作点，基于这个工作点的值，提取电路的小信号线性模型。endprint
然后，仿真器尝试在相量域求解电路方程。因此，在一个特定的感兴趣的正弦频率上，所有的电抗元件都被转化为复阻抗。所有独立的直流电压/电流源，包括那些线性模型中的一部分，都将被忽略——电压源短路，电流源开路。
值得注意的是，即使电路方程解中包含了复数的实值和虚值，由于电路是线性的，因而不会出现不收敛的问题。使用了一个复数的节点方程和复矩阵求解[7]过程。收敛问题仅仅发生在直流分析阶段。
4.总结
本文介绍了Multisim仿真器仿真过程的基本组成、二种仿真模式；从数值分析的角度，深入探讨了模拟电路仿真器的三种基本仿真过程，即；节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分；重点研究了分析仿真模式下，三种基本分析（直流分析、瞬态分析和交流分析）以及它们所调用的仿真过程。为深入研究仿真方法，掌握好Multisim仿真的应用，奠定坚实的理论基础。
参考文献
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作者简介：谭勋琼（1967.4-），男，湖南邵阳人，博士，副教授，目前主要研究方向：电子信息系统，工程控制技术等。
模拟仿真软件 篇7
随着信息技术的发展, 雷达面临的电磁环境日趋复杂, 错综复杂的电磁环境对雷达装备的作战性能和生存能力都提出了严重挑战。而目前的训练手段和方式, 受到自然环境、装备状况、战术使用和技术水平等多方面的限制, 特别是受到复杂电磁环境构建的限制, 不能满足复杂背景环境下雷达训练的实战要求。基于半实物仿真的雷达训练模拟器不仅可以构建复杂的战场背景环境, 还能模拟逼真的雷达操控界面和响应, 具有仿真逼真度高、训练效益高等优点。对于这类复杂系统的仿真, 系统软件的设计起着至关重要的作用。本文针对舰载雷达, 采用层次和模块化思想对基于半实物仿真的舰载雷达训练模拟器软件进行设计实现。
1 模拟器功能及组成
1.1 模拟器原理及组成
舰载雷达训练模拟器基于半实物仿真技术, 利用采集的实装雷达中频数字信号对雷达的目标、杂波和干扰效应进行中频模拟, 以注入的方式与实装信号处理机进行对接, 并与实装雷达后端构成闭环回路, 既实现与实装一致的操控和显控仿真模拟, 也实现了雷达复杂电磁环境效应和操作响应的模拟。系统主要由态势设置与管理模块、信号生成模块、雷达信号处理与显控模块和考核评估模块等4部分组成。其结构如图1所示。
1.2 模拟器功能
舰载雷达仿真训练模拟器主要用于雷达职手进行复杂电磁环境下装备操作技能和战术模拟训练。其功能主要如下:①具有态势设计、训练过程实时控制与导调功能;②具有在雷达训练台上模拟生成目标和复杂电磁环境信号的功能, 包括目标、海杂波、地物杂波、各种干扰和噪声信号的模拟与显示;③具有雷达的信号处理、数据处理、视频处理和变频等操作响应模拟功能;④具有训练量化考核评估功能。
2 模拟器软件设计
2.1 模拟器软件特点
舰载雷达仿真训练模拟器集多种学科知识为一体, 涉及到的仿真模型和软件非常多, 软件结构也比较复杂。因此, 该模拟器软件在设计时采用了软件工程设计思想进行管理和协调, 大大缩短了开发时间, 提高了开发效率。其主要特点如下:
层次化:该软件设计时按照功能需求进行层次划分, 软件结构层次清晰, 易于理解, 便于分工协作;
模块化:对分层后的软件按照功能需求划分为不同的模块, 对每个模块进行独立的设计、开发、修改、测试, 易于全系统开发管理和测试;
专业性:以各学科专业知识进行模块划分, 易于集中人才进行建模和软件开发;
可移植性:将与硬件直接联系的软件划为一类, 其它软件在涉及到硬件设备时可以采用虚拟外设的技术, 使仿真软件具有通用性, 易于移植;
易调试性:协议接口统一规范, 易于整体调试。
2.2 模拟器软件组成
舰载雷达训练模拟器不仅要具有较强的训练功能, 还要为受训人员进行各种训练提供逼真的训练环境, 模拟器软件围绕该中心目的进行软件开发。根据层次化和模块化设计思想, 本文将模拟器软件按其功能实现划分为3级结构:总系统级、分系统级、功能模块级。其中, 总系统级即舰载雷达训练模拟器软件总体;分系统级是对总系统级功能实现进行模块分解形成, 主要包括态势设置与管理模块、态势解算模块、信号仿真模块、考核评估模块等软件包;功能模块级是对每个软件包功能实现进行模块分解形成, 每个软件包由许多功能模块组成, 这些模块是模拟器软件开发的基本功能单元。其结构组成如图2所示。
2.3 模拟器软件模块设计实现
2.3.1 态势设置与管理模块
态势设置与管理模块是教练员训练组织管理和模拟器系统控制模块, 其功能主要有两方面:一是根据作战计划进行训练态势编辑、设置与显示, 主要包括训练海区、目标、复杂电磁环境等编辑与设置;二是根据训练情况进行训练进程导调控制和态势文件存储、回放等系统运行控制功能。
该模块仿真主要通过地物环境设置、气象环境设置、训练平台设置、多目标设置、干扰设置、态势显示模块、训练态势管理、训练进程控制等功能模块进行实现。
2.3.2 态势解算模块
态势解算模块是态势设置信息和雷达动态探测威力计算模块, 主要功能是对训练平台运动轨迹、训练海区、海洋和气象环境、目标和干扰环境等信息进行解算, 产生与时间一一对应的训练平台运动点迹、地杂波、海杂波、云雨杂波、多目标点迹和干扰控制等数据, 并根据解算的动态数据和雷达性能, 计算动态的雷达探测威力和进入雷达探测威力的目标、地物和云雨等信号, 进而控制信号产生模块产生一帧帧的杂波、目标和干扰等信号。
该模块功能主要通过训练平台点迹计算、地物环境解算、气象环境解算、目标环境解算、干扰参数解算、雷达探测威力计算等功能模块实现。其实现流程如图4所示。
首先把设置的运动平台运动轨迹根据速度进行离散计算, 形成运动时间与运动平台位置一一对应的数据信息;然后根据每一时刻运动平台的位置依次把地物、海浪、云雨、干扰设置参数解算成与运动时间一一对应的数据帧;最后根据每一时刻运动平台的位置和环境要素, 计算进入雷达探测范围的地物、云雨、目标和干扰信号。
2.3.3 信号仿真模块
信号仿真模块主要是根据态势解算的每一时刻的运动平台数据、地物杂波数据、海杂波数据、云雨杂波数据、目标数据、干扰数据, 控制产生与设置方位、距离和类型等一致的各类信号, 对其进行信号强度和起伏等目标特性调制, 形成包含强度、起伏特征的雷达中频数字信号。
该模块功能主要由目标回波模拟模块、杂波信号模拟模块、干扰信号模拟模块和目标特性仿真模块等功能模块实现。
2.3.4 考核评估模块
考核评估模块主要功能是对仿真训练考核数据进行实时采集, 并根据评分准则对训练效果进行量化打分, 客观评估参训人员的训练效果。
该模块功能主要由数据采集模块和成绩自动生成模块等功能模块实现。数据自动采集模块是通过建立数据库, 实时接收并存储雷达半实物训练台的目标、杂波、干扰数据和雷达操作响应后的数据进行实现;成绩自动生成模块是基于层次分析法建立考核评估体系, 并结合考核标准进行模块设计实现, 实现后的模块读取数据库中存储的采集数据进行成绩量化生成。
3 信号仿真中主要数学模型
3.1 目标回波仿真
为了更加逼真地模拟雷达目标回波强度和起伏特征, 目标回波模拟首先是把采集的真实雷达目标回波数据根据态势设置的要素进行强度调制, 然后在输出目标回波时, 根据目标的RCS值, 按照天线扫描周期, 进行强度的随机起伏调制。其中, 强度计算模型如式 (1) 。
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式中:Pr为雷达接收到的目标回波功率;Pt为雷达发射脉冲功率;G为雷达天线增益;λ为工作波长; σ为目标的雷达截面;R为目标至雷达的斜距;Gp为信号经过前端的各级功率放大增益;Ls为中频拄入点之前的损耗;F为天线方向图传播因子;La为双程大气传播损耗。
目标起伏调制模型如式 (2) 。
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其中, σ为目标的雷达截面;undefined为目标的平均RCS大小。对于面向雷达飞行的小喷气飞机, 取k=1, 此时为SWⅠ分布。对于直升机等飞机, 取k=2, 此时为SWⅢ分布;对于喷气飞机和大型民航飞机, 取k=脉冲积累数, 此时为SWⅡ分布;对于舰船、侧视导弹, 取2倍脉冲积累数, 此时为SWⅥ分布。
3.2 杂波回波仿真
杂波回波模拟是按雷达分辨单元把雷达视距范围内的地/海面网格化, 分成一个个的杂波单元, 然后根据每个杂波单元的雷达截面积和目标幅度起伏特性对采集的杂波单元数据进行调制实现。每个雷达分辨单元的杂波回波信号计算模型如式 (3) 所示。
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式中:Pr为雷达接收到的杂波回波功率;Pt为雷达发射脉冲功率;τ为雷达发射脉冲宽度;G为雷达天线增益;λ为工作波长; σ0为目标的雷达截面;R为目标至雷达的斜距;Gp为信号经过前端的各级功率放大增益;Ls为中频拄入点之前的损耗;F为天线方向图传播因子;La为双程大气传播损耗;θB为天线波束宽度;φ为雷达波束的俯角。
3.3 干扰信号仿真
干扰信号仿真是按距离单元在全量程、全方位产生的噪声数据 (功率带宽积为固定值, 带外噪声数据强度减半) , 噪声的强度根据噪声源功率、与雷达的距离、干扰方程来确定。噪声数据输出显示时, 用天线方向图调制该噪声输出显示。干扰计算模型如式 (4) 。
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式中, Pj为雷达接收到的干扰信号功率;Ps为干扰发射功率;Gj为干扰机天线的增益;G (θ) 为雷达天线在干扰方向的增益, 根据雷达的天线波瓣图求得;γj为干扰信号与雷达信号的极化失配损失系数;Rj为干扰机距离雷达的距离;Gp为信号经过前端的各级功率放大增益;λ为工作波长;Ls为中频拄入点之前的损耗;F为天线方向图传播因子;La为双程大气传播损耗。
仿真实现后的雷达回波信号在模拟器P上显示效果如图4所示。
4 模拟器软件工作流程
模拟器软件分别采用VC++6.0编程软件和SQLServer 2005 数据库软件作为开发工具进行软件和数据库开发。软件工作流程如图5所示。
系统运行开始后, 首先根据训练想定编辑或调用训练态势, 并解算态势信息, 形成与训练时间一一对应的目标、地物杂波、云雨杂波、干扰等数据帧, 每一帧数据控制信号产生模块产生相应的目标、杂波、干扰信号, 然后信号仿真模块对这些信号进行相对应的强度和起伏调制, 最后将信号与显示模块进行处理显示。一帧结束后依次开始下一帧数据下发、处理与显示, 同时显控处理模块产生相应的信号处理和变频响应。如无下一帧数据, 则系统运行结束。
5 结语
本文按照层次化、模块化设计思想, 从舰载雷达仿真训练模拟器功能需求出发, 对模拟器软件进行分层、分模块设计实现, 并建立了模拟器软件的体系结构。在这种设计模式下开发的模拟器软件, 不但软件框架结构清晰, 易于理解, 而且软件易于维护、修改、扩展和模块移植。该软件已成功应用于某型舰载雷达仿真训练模拟器, 模拟器系统运行稳定、功能完善、仿真逼真度高, 具有较好的训练效果。
参考文献
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模拟仿真软件 篇8
关键词：锅炉,PLC,连锁保护
0 引言
可编程控制器,简称PLC,是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它具有可靠性高、功能强、使用简单、体积小、重量轻、功耗低等特点[1]。
所利用的仿真软件是TRi LOGI3.5(Eductional)软件。此编程软件具有程序编写简单方便、模拟仿真运行直观等优点。图1是启动窗口,图2是编辑模式窗口[2]。
本文简单介绍了PLC及其仿真软件,主要分析了利用PLC仿真软件来模拟锅炉辅机连锁保护系统,模拟了以双风机、回转空气预热器、贮仓式双套制粉系统、排粉机送粉的锅炉连锁保护为例的600MW机组主要连锁保护系统。
1 锅炉辅机连锁保护
锅炉辅机连锁主要指燃烧及制粉系统各辅机之间的连锁。锅炉运行时,各辅机之间的关系十分密切。如果某一设备或环节发生故障,不但会影响有关设备或环节的正常运行,还会导致锅炉燃烧工况失常,甚至扩大事故,损坏设备或危及人身安全。因此,锅炉辅机连锁保护十分重要,若采用PLC仿真软件进行仿真,则可以方便设计人员进行逻辑连锁保护设计。
以采用回转式空气预热器和钢球磨煤机构成的系统为例,其连锁框图如图3(双风机、回转空气预热器、贮仓式双套制粉系统、排粉机送粉的锅炉连锁框图)所示。其连锁条件如下:
实现连锁的基本方法是:将甲设备的油开关(或启动器)的辅助常闭触点经连锁开关接到乙设备的油开关(或启动器)的掉闸回路中去,当甲设备事故掉闸而停止运行后,其油开关(或启动器)的常闭触点闭合,使乙设备油开关的掉闸回路自动接通电源,从而实现乙设备自动掉闸停止运行[3]。
2 程序设计及系统仿真
2.1 I/O表的建立
(1)输入
(2)输出
2.2 程序编写
根据I/O表及运行的框图,可编写程序如图4所示。
3 仿真运行
假设2台运行中的空气预热器中的甲台停止运行,即相应触点X0接通,则应自动关闭其相应的烟气入口挡板,关闭空预器一次风出口挡板和二次风出口挡板。其相应的引风机、送风机和一次风机应自动停止运行。即相应的Y0、Y1、Y2、Y4、Y5、Y6、Y7接通,相应的LED灯显示为红色,如图5所示:
4 结束语
本文利用PLC仿真软件来模拟锅炉辅机连锁保护系统,其基本思想是将现场设备模型化,以直观的形式模拟电厂生产现场辅机的保护连锁实际情况,并通过仿真结果检验系统的可靠性。此方法简单易行,有利于辅机逻辑保护系统设计时使用。
参考文献
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模拟仿真软件 篇9
1 引入仿真软件的必要性
1.1 目前模拟电子实验教学存在的问题
传统的实验模式由于受学校投入经费少、仪器设备老化、实验课时少及实验内容偏多等因素的制约, 不仅无法保证学生在正常的时间内正确、及时地完成烦琐的电路连接、调试及参数测量, 更无法达到培养学生实践能力和创新能力的目的, 其主要表现为以下几个方面:
(1) 实验内容偏多, 实验课拖堂现象比较普遍。这种现象不仅给学生带来了心理压力, 也给任课教师带来困扰。 (2) 实验设备不断老化, 故障率不断增加, 影响了实验进度, 使学生产生畏难情绪。 (3) 现有的仪器设备扩展功能不强、实验室开放条件有限, 难以开展研究性和设计性实验教学, 不能适应实验教学改革的需要。 (4) 实验教学方法单一, 现代教育技术的运用缺乏, 教学效果有待提高。 (5) 学生学习的主动性不强, 学习热情不高, 应试心态严重, 严重影响了学生的实际动手能力和创新能力的提高。
1.2 引入仿真软件的必要性
随着计算机技术的发展和教学改革的深入, 各高校近几年不断引入仿真教学, Multisim是一个完整的电路设计和仿真工具软件, 具有丰富的元件库、强大的仿真分析方法和虚拟仪器仪表等功能, 它可以对模拟、数字、模拟/数字混合电路进行仿真。Multisim仿真软件具有操作界面简单、灵活、成本低、效率高等特点。学生可以在课余时间, 利用一台电脑, 随时随地通过电路仿真及仿真分析, 完成虚拟实验功能, 或检验电路设计方案的正确性和可行性, 以达到熟悉电路、掌握工作原理、培养学生的实践和创新能力的目的。
2 如何利用仿真软件提高实践教学效果
2.1 利用仿真软件强化学生实验预习效果
模拟电子技术课程是一门理论和实践性都很强的课程, 影响电路的因素比较多学生接触时普遍感觉理论比较抽象, 每次实验课时间紧张, 忙于连接和调试电路, 没有时间分析一些实验现象, 实验效果不理想。虽然教师要求学生课前要加强实验理论预习, 但真正实施起来难以检查落实, 预习效果难以把握。引入Multisim仿真软件后, 我们制作了完善的实验课预习课件, 对实验内容进行设计, 提出实验过程中的一些现象和问题, 让学生带着问题利用Multisim进行虚拟实验, 完成预习报告, 教师在课堂前进行检查和提问。一段时间实施下来发现课堂实验效果有了明显改善, 由于课前充分的预习后, 学生对实验现象有了直观的印象, 学生课堂实验时间不再那么手忙脚乱, 拖堂现象也有明显改善。
2.2 利用仿真软件提高设计性实验教学效果
在模电实验中, 为了提高学生分析问题和解决问题的能力, 增加了许多综合性和设计性的实验内容。传统的电路设计实验过程一般为:方案选择、电路原理设计、实验、修改、定型, 在此过程中, 实验和修改的过程通常需要进行很多次反复, 并且会使用大量的元器件, 最后才能得到正确的结果。由于受实验箱条件的限制, 加上实验课时和场地紧张, 导致设计性实验往往流于形式, 起不到真正的培养学生创新能力的要求。引入Multisim仿真软件后, 学生可以利用课余时间完成从电路的设计、到电路仿真、到电路系统分析以及指标测试等完善的功能, 大大提高设计性实验的效率。
如在单级低频放大器的设计与调试实验中, 利用Multisim软件建立电路后, 利用Multisim提供的多种分析方法, 可以利用虚拟万用表测量电路的静态工作点的电压和电流, 方便的进行静态工作点分析;通过仿真软件可以对电路进行瞬态分析、交流分析, 通过虚拟仪器可以直观的观察电路的输入输出波形, 分析放大器的频率响应曲线等。通过与理论设计计算值进行比较, 利用Multisim仿真软件与实物实验相结合的方式, 改变了以往设计性实验难以实施和常常拖堂的现象, 大大提高了设计性实验的教学效果。
2.3 利用仿真软件探索分层次教学模式
分层次教学的思想, 源于孔子提出的“因材施教”。在当前的大学本科教育中, 要切实落实素质教育方针, 就必须承认学生个体间的差异, 体现因材施教的原则。通过几年的教学实践改革, 我们针对学生特点对实验内容进行分层次设计, 对学生的实践动手能力提出分层次要求, 每个实验内容都制定了基本要求和学习提高两个部分, 对基础相对差的学生要求能完成实验的基本要求, 对学有余力的学生提出更高的要求。对于完成不同实验内容的学生给予不同的课堂成绩。
2.4 利用仿真软件探索研究性实验教学
传统的实验以验证性实验为主, 实验内容陈旧, 教学模式和教学方法单一。验证性实验教学方式在一定程度上限制了学生学习的主动性和积极性, 难以激发学生思考的兴趣和激情, 不利于学生突破传统思维定势, 促进创新性思维的发展。
研究性实验是一种介于基本教学实验和实际科学实验之间的一种较高层次的实验训练, 它要求学生用所学的理论知识, 根据给定的实验题目自行查阅资料, 设计方案, 组装实验设备, 拟定实验步骤, 观察和记录实验现象和数据, 并对实验现象进行分析, 最后以小论文的形式写出完整的实验报告。开展研究性实验教学模式能够充分发挥学生学习的自主性和创造性, 是高校现代实验教学的需要。
为了提高学生创新能力的培养, 我们对模电实验教学内容和教学模式进行了改革, 增加了研究性实验教学内容。进行研究性实验需要丰富的实验设备和元器件的支持, 考虑到学校的实验室条件不能很好地满足广大学生进行研究性实验的需要, 我们利用Multisim强大的仿真功能弥补基于实物仪器的研究性实验的种种不足, 把仿真实验和实物实验相结合, 要求学生组成几个小组利用课余时间完成给定选题的设计, 利用实验室开放时间完成方案调试和定型, 最后教师在课堂上进行验收和答辩, 并把这作为模电实验课考核的一项重要内容, 通过这项措施, 激发了学生的学习和研究的热情, 取得良好的教学效果。
3 结语
利用Multisim仿真实验与传统实物实验相结合, 不但能够弥补传统实验教学中存在的实验设备老化、实验场地紧张、实验元器件不足等问题, 也改变了传统实验教学模式单一、学生学习积极性不高、实验课拖堂等现象, 更利于教师探索分层次教学和研究性实验教学模式, 培养学生学习的自主性, 激发学生的创新能力, 提高实践教学效果, 为后续相关课程的学习打好基础。
摘要：传统的实验模式由于受学校投入经费少、仪器设备老化、实验课时少、实验内容多等因素的制约, 实验教学效果不理想, 本文结合模拟电子技术实验教学存在的问题, 探索采用Multisim仿真软件与传统实验教学相结合的教学模式来提高实验教学效果。
模拟仿真软件 篇10
1 Proteus软件介绍
Proteus是英国Labcenter electronics公司开发的多功能EDA软件,主要包括强大的ISIS原理图布图工具、PROSPICE混合模型SPICE仿真、ARES PCB设计三个功能模块。可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协调仿真和PCB设计等功能[2]。
Proteus软件具有数千种数字和模拟器件模型,而且还提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电压表、电流表、虚拟终端等调试与测量工具。Proteus软件环境就如同一个实验仪器与元器件完备的综合性电子技术实验室[3]。在此虚拟实验平台下便可实现无任何目标原形下的系统调试、测试与验证。
2 教学应用实例
Proteus软件提了供丰富的元器件模型和虚拟测试仪器,可已实现对各种模拟电路的仿真测试。除了常规的电压、电流测量以及波形显示等调试测量方法外,软件还提供了各种基于图表的电路分析方法,如模拟图表电路分析、频率图表电路分析、转移特性分析、直流扫描分析、交流扫描分析等。这些方法使得对电路的某些复杂特性的测试变得更加简单便利。
下面以RC正弦振荡电路为例说明Proteus软件在“模电”课程教学中的具体应用。
RC振荡电路是正弦波振荡电路的典型电路,用于产生一定频率和幅度的正弦信号,它实际上是一个带有选频网络的正反馈放大电路。其中RC串并联网络构成选频网络,集成运放同相比例运算电路构成放大电路[4]。电路必须满足振荡条件才能产生稳定的正弦波信号。
式中φa、为放大电路的相移和电压放大倍数;φf、为反馈网络的相移和反馈系数。利用Proteus仿真软件可以对电路振荡条件和振荡过程进行直观验证与分析。
2.1 相位条件仿真验证
无论是平衡条件还是起振条件都要求。RC串并选频网络,在ω0=1/RC时,相移φf=0;放大电路为同相比例运算电路,所以其相移φa=0;满足相位条件。
利用Proteus原理图环境中绘制RC振荡电路如图1所示。根据图中参数计算电路振荡频率为;电阻RF、R1与集成运放构成同相比例放大电路,电压放大倍数。
软件提供双通道虚拟示波器可以对相位条件进行验证。将虚拟示波器A(CH1)和B(CH2)引脚分别与电路图中U0和U+端相连,以观测输出电压U0和集成运放同相输入端电压U+的波形。仿真运行后的示波器输出结果如图2所示。波形显示区域中上方正弦波为U0波形,下方正弦波为U+波形,二者频率和相位都一致。对于RC选频网络而言,U0为输入信号,U+为输出信号二者无相差,即φf=0;对于同相
比例运算电路网络而言,U+为输入信号,U0为输出信号,二者也无相差,即φa=0,所以整体电路满足相位条件:。。
2.2 振荡过程仿真分析
振荡电路除了满足相位要求外还必须满足特定的振幅要求。为了实现顺利起振,电路必须满足。由于振荡频率f0处,RC选频电路的传输系数为最大,则要求同相比例运算电压放大倍数Au>3,使振荡幅度不断增大,直到当运算放大器进入到非线性工作区时才逐渐下降。之后要求放大电路的增益Au能自动随输出电压的增大(或减小)而下降(或增大),实现自动稳幅。
振荡电路中由1.5kΩ负温度系数热敏电阻RF,与470Ω电阻R1构成负反馈,如图1所示。振荡过程中热敏电阻的阻值会随流经其电流的大小变化而不断变化,从而调节电路增益Au=1+RF/R1的大小,实现自动起振与稳幅。
然而实际电路实验中示波器往往只能观察到振荡稳定后的稳态输出波形,正如2中的波形,并不能将热敏电阻在过程中的调节过程显示出来,失去了起振、稳幅等重要细节信息。Proteus软件中提供的模拟图标的电路分析法,可以绘制电路中一条或多条电压或电流等参数随时间变化的曲线。利用这一分析方法可以完整、直观的描绘整个振荡过程。
在电路输出端处添加电压探针UO(如图1),并将其设置为模拟图表的左端纵轴变量,以通过图表仿真功能观测输出随时间的变化。
热敏电阻RF的阻值直接影响电压增益Au的大小,对电路而实现起振和稳幅,为观测振荡中热敏电阻阻值的变化情况,在集成运放反相输入端添加电压探针U-,RF电阻支路上设置电流探针Irf(如图1)。则电阻RF的阻值可用表达式表示。在仿真模型中添加热敏电阻阻值为新变量Rrf,并在“Add Transient Trace”对话框中对其属性进行设置,并将其设置为模拟图表中右端纵轴变量,设置方法如图3所示。
运行图表仿真功能,显示电路振荡过程的仿真结果如图4所示。图中显示了电路0~8秒内的振荡波形,横轴为时间轴坐标轴,单位为秒(s);左纵坐标轴为输出电压(UO)轴,单位为伏(V);右纵轴为热敏电阻阻值(Rrf)变量轴,单位为欧姆(Ω)。图中a曲线即为输出电压波形,b曲线为热敏电阻阻值变化曲线。
从图4直观显示了振荡电路从起振到稳幅,再到稳定平衡过程的电压输出波形和热敏电阻变化波形。初期0~0.4秒内为快速起振阶段,期间由于输出电压为零,流过RF的电流为零,热敏电阻RF处于冷态,阻值比较大,放大器的负反馈较弱,电压放大倍数|Au|很高,从而使电路振幅快速增加,振荡快速建立。0.4~5秒内为稳幅阶段。其中0.4~0.8秒内集成运放进入到非线性工作区。在0.8-1.4秒时间段内,随着振荡幅度的增加,流过RF的电流增加,使得热敏电阻温度升高,阻值下降,负反馈加深,使|Au|自动下降,当|Au|下降到一定程度时输出电压振幅开始减小,集成运放逐渐进入线性工作区。整个稳幅过程中热敏电阻的阻值随输出电压减小(或增大)而增大(或减小),自动调整放大电路增益,使输出电压幅度逐渐稳定,直至5秒以后电路进入平衡阶段,输出稳定的正弦波形。
3 结论
通过上述教学案例可以看到,采用仿真实验辅助教学的方法,使复杂的电路分析过程变得直观易懂,加深了学生对电路原理的理解、深刻体会到电路参数对电路性能的影响。仿真实验不受实验环境与器材的影响,可以大大丰富了实验项目,激发了学生对的实践操作的兴趣。仿真实验的搭建过程可以帮助学生掌握实验设计过程和熟悉实验测试方法。这种结合仿真结果分析电路的教学方法也可有助于培养学生分析问题,解决问题的能力。
摘要：以RC正弦振荡电路为例,介绍了Proteus软件在模拟电子技术教学中的应用。运用Proteus仿真软件辅助教学,将抽象理论形象化、具体化,使理论教学与实践教学相结合,仿真实验与真实实验相互补。达到有效激发学生学习兴趣、改善课程教学效果。
关键词：Proteus,模拟电路,仿真,正弦振荡电路
参考文献
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[2]周润景.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[3]蔺玉珂.Proteus软件在电子设计中的应用研究[J].数字技术与应用,2010(1).
数控教学中使用仿真软件的利弊 篇11
关键词:数控技术 仿真 实习教学
社会对数控技术的大量需求推动了广大职业学校对数控应用技术的高度关注,在职业学校的数控教学当中,软件仿真作为一种既能满足学生的感观要求,又能解决数控设备昂贵与校方资金短缺的普遍性矛盾,因而得到了广泛的应用和相当的关注,但是也给数控教学和对学生的实训带来了一些较为严重的负面影响。下面,我结合自己的教学实践谈几点如何在数控教学当中充分利用好仿真软件。
一、把软件仿真应用到数控理论教学当中
理论是深入学习数控的基础,数控作为一项技术很强的学科,要使学生扎实学习数控的基本理论和正确认识数控设备,软件仿真模拟作为一种图文并茂的教学手段是一种不可缺少的教学资源,在教学中起到了激发学生学习兴趣,提高教学效果的作用。初学数控的学生认为数控设备非常神秘,既有探索的欲望又觉得无从下手,尤其是在讲述数控技术的发展和数控设备的基本结构时,更是让许多学生不知所云,这种状态如果在短期内得不到改善,学生的兴趣和积极性就会随之减退,从而影响学生的学习和教学效果。
二、把软件仿真应用到数控实习教学当中
在数控实习教学中适当应用软件仿真,会对整个训练过程起到积极的作用,也能解决数控设备太少,学生太多的矛盾,因而在我国广大职业院校中得到了最广泛的应用。首先,可以利用软件仿真来训练学生的编程能力,尤其是拓宽对数控指令应用的知识面是一种行之有效的方法,软件仿真与实际操作相结合,可以通过实践给学生纠正在编程中出现的而软件仿真又没有反映出来的问题。其次,实习教学也离不开软件仿真,由于数控机床价格贵数量有限,不可能为每名学生提供一台机床,又鉴于中高职院校学生不太成熟,有不教不学的共性,因此在上机床操作之余又能在软件上仿真不失为一种既能使其有所提高又能培养学生自觉、自律的习惯的好方法。再次是利用软件训练学生是一种合算而又有效的办法,既能形象加工又能节约实习经费,有的技能是需要多次重复训练才能掌握的,如果是在机床上实际加工来掌握这种能力,除了机床的折旧与磨损之外还有较高的刀具与材料消耗;在软件上我们可以重复加工,反复训练而没有上述消耗,后期只需要进行一两次实际操作就能达到事半功倍的效果。
三、数控教学不能完全依赖软件仿真
中高职院校对学生的培养目标重在实用,在培养过程中我们应该从严、从难、从实战出发,在保证学生具备相应的基本理论之后应使学生掌握过硬的操作技能;尤其是数控专业,作为一些学校的品牌专业必须把努力提高学生的实际操作能力作为最重要、最基本的目标,要实现这个目标,在教学过程中必须合理利用软件仿真,绝不能完全依靠软件来搞实习训练。
软件仿真教学很容易滋生学生的自满情绪,夜郎自大,以仿真论数控,通过几道程序的编写而沾沾自喜,从而放松学习、涣散训练,最终只能落得一知半解的结果,严重影响了教学质量和浪费了教学资源。这种现象的根源在哪里?关键在老师没讲明白软件仿真与实际加工的区别、差距和管理问题;关键在学生已明是非却不愿学习钻研。要讲明白软件仿真与实际加工的区别与差距,就要求教师具备把教学与生产结合起来的能力,只有具备了这种能力才能把软件仿真教学与实际加工有机地结合起来,取长补短,博采众长,有效地提高教学效率。教学过程当中还必须给学生讲明白两者所存在的差距和容易出现的问题,必须对学生严加管理,使其对软件仿真有正确的认识,对实际操作加工有足够的重视,必须保证软件仿真教学得到充分的运用,同时又要保证实际操作的地位得到权威性的提高,才能有效地组织数控教学,使我们的数控教学既科学又客观、既高效又实用。
模拟仿真软件 篇12
2011年中央一号文件明确提出要加大水体污染控制投入,着力实行最严格的水资源管理制度,并将其作为推进经济结构调整和发展方式转变的一个重要抓手,水资源管理也将纳入各级政府评估考核体系[2]。而作为水资源管理中最重要的手段和方法,流域水环境监测预警技术在其中起着至关重要的作用。
流域水环境评估、监测及预警技术是水资源保护、监督管理最重要的基础工作,同时也为水污染治理与应对突发性水污染事故提供有效的技术手段与技术支撑[2]。掌握并采用适合有效的水环境评估、监测预警技术可及时掌握流域水环境的变化状况,有效监管重点污染源、排放源的排放情况。
常见的水环境监测分析方法主要有分光光度法、电位法、原子吸收法、原子荧光光谱法、气相色谱法、液相色谱法等,随着水环境监测技术的飞速发展,仪器分析、计算机控制等现代化手段在水环境监测中也得到了广泛应用,手动和半自动实验方法及仪器也正逐步被由计算机控制的自动监测、移动监测及遥感遥测装置等所替代[3]。近年来,随着科学技术的不断进步,ArcGIS(地理信息系统)、DHI-MIKE及Petri网等模拟仿真软件及技术在流域水环境监控与管理过程中的应用得到了愈来愈广泛的重视,arc-gis与DHI-MIKE在模拟区域水文特征,对区域进行整体水环境管理、分析和计算,分析、计算和模拟河流水质问题等方面均有广泛应用;而Petri网技术在模拟、分析、评价水环境影响方面也有了应用先例[4]。
本文通过ArcGIS与DHI-MIKE技术的联用,模拟分析了污染物在水体中的迁移转化及消减过程,得到了某段河流水文水质指标随时间变化的一维和二维动态效果图;利用Petri网技术对流域附近某一畜禽养殖企业工艺流程及末端污染物排放进行了统计模拟,为流域水环境监控管理打下坚实基础。
1 ArcGIS、DHI-MIKE及Petri网简介
1.1 ArcGIS简介
GIS(Geographic Information System)全称地理信息系统,是在计算机软硬件支持下,对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[5]。ArcGIS产品则为用户提供了可伸缩的、全面的GIS平台,无论在桌面,在服务器,在野外还是通过Web,为个人用户也为群体用户提供GIS的功能,ArcGIS是一个建设完整GIS的软件集合,它包含了一系列部署GIS的框架,如ArcGIS Desktop、ArcGIS Engine、服务端GIS及移动GIS等[6]。
近年来ArcGIS在突发事故应急及大型活动中的应用较为广泛。2010年青藏铁路首次采用了基于ArcGIS构建的实时监控系统,对运营进行保障;2008年的四川大地震救援、奥运会安保都活跃着ArcGIS的身影;2009年国庆60周年阅兵的气象保障服务中ArcGIS也起到重要作用;2010年玉树地震救灾中,ArcGIS为快速响应提供了技术保障;2010上海世博会的信息化保障中,Arc GIS也活跃在各个角落[6]。本文利用GIS输入辽河流域的地理信息,包括地理坐标,定性属性,定量属性,空间位置,拓扑关系等,提供了流域地理坐标、各工业企业位置和河道的地理数据,接着在MIKE中导入GIS图。
1.2 DHI-MIKE简介
DHI-MIKE水环境软件是丹麦水利研究(Danish Hydraulic Institute,DHI)最新推出的水环境模拟综合软件产品,能为河流水动力及环境模拟提供强大的功能支持。该软件是一套综合的水资源管理模拟软件,以原MIKE系列软件模块为基础,从降雨径流洪水分析预测,扩展到涉及水环境的各个方面,以河流为起点,模拟区域水文特征,对区域进行整体水环境管理、分析和计算,也用于分析、计算和模拟河流水质问题,可以实现河网、水库、地下水、城市水等的联合调度与优化,实现河道泥沙,污染物传输,生态环境模拟等应用,开发了符合当地实际的水资源环境风险事件管理系统,帮助决策者实现对水环境的监控管理并制定最优化的水资源调度方案[7]。
MIKE作为一套成熟的水资源综合管理系统软件,适合解决辽河流域水资源开发利用、保护等管理和规划中的相关数值模拟问题,在流域水资源管理、防汛抗旱等工作中具有广阔的应用前景[5]。
本文利用DHI-MIKE软件中用来描述化学、生物、生态过程和状态变量之间的相互作用及组分物理沉降过程的ECO Lab模块模拟污染物在流域中迁移扩散过程,其方法流程如图1所示。
ECO Lab中的状态变量可以随着基于水动力的对流扩散过程或者更为固定的状态(如有根植物或蚌类)传输。通过对流域污染物迁移扩散过程的模拟为后续污染物消减及对流域水环境影响情况的模拟仿真打下基础。
1.3 Petri网简介
Petri网(PetriNet)是用于描述分布式系统的一种模型。它既可以描述系统的结构,同时又可以模拟系统的运行。我们将描述系统结构的部分称之为网,也就是Net。从形式上讲,一个网就是一个没有孤立结点的有向二分图[8]。经典的Petri网是由库所、变迁、有向弧、令牌等组成,在很多仿真建模中都有较为广泛的应用[9]。对于在环境领域的仿真,几乎是空白的,而引用Petri网作为项目的仿真软件,是根据其可编程性、可视性、流程性的特点决定的。
本文针对辽河流域重点污染企业污染源(流域内某一大型畜禽养殖企业)的仿真,采用基于Petri网理论的运行软件———CPN TOOLS,将针对不同种类的污染源进行具体的仿真计算,从而总结出适合各个行业的一套仿真计算方法。通过CPN TOOLS仿真,可以有效得出污染源排污水平的置信区间,其模拟仿真流程如图2所示。
CPN TOOLS软件兼具图示和计算功能,并可以就多次的计算仿真结果进行分析,以仿真结果作为样本,对总体在满足正态分布时的均值进行区间估计,从而得出总体均值的置信区间[10]。相比较手工计算而言,CPN TOOLS仿真计算具有准确性、多样性、可视性、可操作性等优势,克服了手工计算只能进行较为简单的单一数值运算的缺陷,将数值仿真计算提升到数值区间计算的高度,并且易于修改和统一管理,其生成的文件可以统一用电子档案贮存,有利于有关部门管理[8]。
2 ArcGIS、DHI-MIKE与Petri网在流域水环境评估及监控预警中的应用
2.1 流域水环境水质水文指标的评估与监控预警
针对辽河流域的电子地图、污染现状及排污特征,采用Arc GIS与DHI-MIKE技术联用,模拟污染物在流域中的迁移扩散过程,通过GIS提供辽河流域的地理坐标、各工业企业位置和河道的地理数据,再在MIKE里导入GIS图,输入各项参数,并对参数进行率定,建立水动力模型,计算出点源排放污染物后对河流中各项指标浓度的影响,基于DHI-MIKE的图像功能,使得河流各个位置污染物浓度一目了然。
利用流域地形图和风向玫瑰图决定水流速度,模拟河流动力,建立河流水动力学模型,结合实测的水文时间序列图,得到河流流量的一维动态模拟结果,如图3所示。
结合GIS图,采用DHI-MIKE软件中的ECO Lab模块模型,将前期的企业排污浓度导入模型,模拟污染物(以BOD指标为例)在河流中的迁移扩散,得到了河流BOD水质指标的二维动态模拟结果,如图4所示。同时分析了污染物对河流水质以及生态环境的影响,为后期流域水环境的监控预警及综合管理打下基础。
2.2 基于Petri网的企业排污情况模拟仿真
以辽河流域内一家大型的畜禽养殖企业为例,利用Petri网对其所排污染物进行系统仿真计算,针对Petri网自动统计和计算的仿真功能,结合养殖厂的具体情况,通过其实地调研数据和分析,做出一套针对该企业的典型Petri网仿真计算系统,模拟了企业的工艺流程(如图5所示),并计算污染物的产量以及浓度。
采用CPN TOOLS进行了仿真计算,在仿真软件中设定了多个参数或者参数的范围,软件将自动根据设定好的数值进行多次仿真,并且由于仿真计算的步骤并不是每一步都是定值而导致每一次仿真具有不同的结果。模拟仿真结果如图6所示。
根据仿真结果,计算机进行多次运算并统计结果,给出了统计数据的均值以及不同置信水平的置信区间,同时还给出了标准差、最大值、最小值。
根据该养殖企业排放的污染物的量,结合该厂区用水量的仿真结果,得到了该企业排放污染物浓度均值的范围,如表1所示。
从表1的对比中可以发现,仿真结果落在了统计数值的范围之内,具有更精确的区间范围,提高了对污染源排污量、排污浓度计算的准确性,并将其提升到一个利于控制和管理的层面上。
3 结语
随着全球水资源危机愈发严重,流域水环境治理亟待改善、水环境污染防治及监控预警亟需加强,文章提出了一种新型的流域水环境评估及监控预警技术。
本文创新性地利用GIS地图、DHI-MIKE软件中的ECO Lab模块,构建了水动力模型,简单模拟了某段河流流量及BOD浓度水文水质指标随时间变化的一维和二维动态效果图。最后采用Petri网技术对流域附近某一畜禽养殖企业工艺流程及末端污染物排放进行了统计模拟,实时监测工业点源向流域水环境的排污情况,为流域水环境的改善及综合管理提供了技术支撑与决策依据。
参考文献
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[5]赵恩钰.基于MIKE的辽河流域水质模型建立及污染物排放限值制定研究.沈阳:东北大学,2012
[6] ArcGIS.http://baike.baidu.com/view/480371.htm,2012-12-23
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[9] Uzam M.The use of the Petri net reduction approach for an optimaldeadlock prevention policy for flexible manufacturing systems.The In-ternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2004;23(3):204—219