仿真实验技术

仿真实验技术（共12篇）

仿真实验技术 篇1

近年来,电子技术发展的特点是电子系统数字化,电子元器件高度集成化,电子系统设计智能化,电子技术普及化。今天,电子技术的内涵正在向全新的概念转变,因此调整与改革电子技术系列课程实验教学内容、方法与手段势在必行。采用先进的电子技术虚拟仿真手段,它不仅可以弥补实验仪器、元器件缺乏带来的不足,而且排除了原材料消耗和仪器损坏等因素,弥补课堂理论教学的不足,熟悉常用电子仪器的测量方法,进一步培养学生的综合分析能力,排除故障能力和开发、创新能力。

一、虚拟仿真电子技术实验的优点

目前在我们的电子技术实验中普遍采用的教学方式传统且陈旧,实验学时有限,基本上是验证课堂理论教学内容,学生获得信息量少,感性知识少,学生的视野不广。同时受到实验条件的限制,学生分析、解决电子技术小型综合系统的能力差,动手操作能力弱,离综合培养目标还有很大距离。在很多学校里,实验箱是现成的,可做的实验也是有限的,学生的动手热情和创新思维受到抑制,很多学生做实验都是敷衍了事。引入了先进的电子设计自动化EDA技术—虚拟“电子工作台”后,学生可借助EDA软件的仿真功能,很方便地解决以前只是凭空想象的一些问题,提高了理论的可信性。学生可以自行设计各种实验电路,甚至小型电子系统,并仿真出结果,如果不符合要求,随即更换元器件,直到满足要求为止。学生可以不受实验仪器和实验条件的制约,不论实验电路多么复杂,都可以仿真和模拟,从而得到预期的实验结果。

二、虚拟仿真电子技术实验存在的问题

采用电子技术实验虚拟化以后,虽然体现出了许多优点,但是也存在着不可忽视的缺点。这些缺点,有的是这种新的教学方式本身所固有的,有的是我们在教学中对于这种新的教学手段缺乏经验所带来的。在教学中我们发现,有的学生用计算机仿真的能力很好,实际的动手能力却很差。仿真的虚拟实验仅是用虚拟的元器件、虚拟的仪器连接成一个“虚拟”电路,它们不是真实的,不是实际的。在真实的、实际的实物中可能会出现某些异常现象和故障,这些现象和故障在虚拟实验中绝对不会出现的,用虚拟的方法也是解释不通的。

三、虚拟仿真电子技术实验的具体实施

从所存在的问题来看,虚拟实验不能替代所有的实际实验,虚拟电子实验和实际实验两者之间应该是相辅相成的关系。

EDA设计技术将增强教师、学生掌握与应用EDA虚拟实验中常用仪器和元器件的实践能力,弥补高校扩大招生后实验室元器件与常用仪器缺乏带来的不足,避免了实验室元器件原材料的消耗与常用仪器缺乏带来的不足,避免了实验室元器件原材料的消耗与常用仪器损坏,帮助教师、学生加深对电子系统概念与原理的理解,弥补课堂理论教学不足,通过电子系统电路仿真,可以熟悉实验室常用元器件的测量方法与常用实验仪器使用方法,进一步培养学生的实验能力、综合分析问题能力、排除故障能力、开发创新能力。

明确教学改革要立足于培养创新人才,基础课要加强基础,拓宽知识,增加实践能力的精神为实验教学改革的指导思想,我们选择了信息领域中适合应用虚拟仪器EDA设计技术的方向,构建了EDA虚拟实验室;建立常用仪器和元器件的虚拟原型,以及系统化的虚拟原型;建立模拟与数字单元电路;构建虚拟元器件和仪器工程数据库;编制网络远程实验软件,以Windows,Work Bench,Matlab,VHDL语言、VB语言作为系统软件的开发平台,利用数据采集卡、PLD/FPGA开发系统和PC机资源作为通用硬件,开发虚拟仪器。

EDA是一个正处于迅猛发展之中的新兴技术领域,相关的软、硬件产品很多,产品升级换代也很快。因此,在选择教学内容时,必须根据我校的实际情况,加以合理取舍,使学生既学得懂又用的上。在进行电子技术实验教学虚拟化时,应不断总结经验,适当调整实验大纲,减少一些不太重要的实验内容,学生在经过必要的动手实物实验的基础上,通过仿真来加深对基础理论的理解,形成预习仿真—实践操作—仿真检查这样一个教学模式,使得虚实相济,让所学的知识更加巩固。

EDA实验可分两个阶段来完成,实验的第一阶段可与“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程同步进行,这样可以巩固课堂学习的效果;第二阶段应进行一些设计,提高学生的创造性能力,而实验报告的形式应改变一下,一般实验报告的顺序是:实验目的→实验原理→实验仪器→实验数据及其分析→实验体会与设想→实验思考及建议。但就E D A实验来说,应改变这一教案,不拘一格,实验报告强调设计的思路和方案、实验数据与分析、改进方法与效果等等。

为此我们认为应“以学生发展为本,以培养学生创新精神、实践能力为主要内容”,在这一基础上来探讨电子技术实验,从形式、内容进行更新,在教学内容上,除保留传统的教学内容外,增加培养学生的设计能力的内容,如设计单级放大器时,提示电路的指标、输出电压峰值是多少、中频段电压放大倍数是多少、频带要求及输入输出阻抗等,类似的题目也应由浅入深,多设计一些选学内容与研究性内容由学生选择。在书写实验报告时,可改变传统实验报告的格式,增添设计过程、性能指标验证、解决方法等内容。使教学变得生动、活泼,并且对不同的学生能自动调整教学方式和进度。

四、结论

开设EDA电子线路实验教学的目标是提高学生电子线路的整体水平与素质,使得学生学习电子技术时,不仅要掌握基本原理和计算公式,而且在掌握基本原理的基础上,着重培养对电路分析、设计和应用开发的能力。通过计算机完成电路的功能设计、性能分析、时序测试以及印制版的自动布线,使学生了解EDA技术进行产品设计的基本过程。与传统的实验相比较,采用计算机虚拟技术进行电子线路的分析和设计,突出了实验教学以学生为中心的开放模式,不仅实验的效率得到提高,而且提高了学生对电路的综合分析能力和创新能力。当然,在EDA的实验教学中,要摆正与课堂教学的关系。既不脱节又要体现本课程的特色,利用本课程机动灵活的特点,将学生引导到当代电子科学技术的前沿。调动实验课指导教师的积极性,将其最新科研成果融入实验教学中,提高教学质量,充分发挥学生的主观能动性。

摘要：阐述了电子技术虚拟实验与实际的实验之间相辅相成的关系以及它存在的必要性。

关键词：电子技术,虚拟化,仿真,实验

仿真实验技术 篇2

陆辉，缪明月

（首都经济贸易大学城市经济与公共管理学院，北京100070）

摘要：人口、产业和财富高度聚集的城市也聚集着越来越频繁的险情和危机，如何搞好危机应急管理已经成为一个不容回避的问题。高校作为培养人才和传播知识的场所，应当着眼应急管理实践性、操作性强等特点，积极研究应急管理实验教学的方法，建设城市应急实验室，把实验室建设成为服务教学科研、政府企业以及普通民众的平台，为更好地解决城市的应急管理问题提供有力支撑。

关键词：高校；应急管理；实验教学；仿真技术

作者简介：陆辉，首都经贸大学城市经济与公共管理学院，工程师，硕士，研究领域为应急管理、教育信息化；缪明月，首都经贸大学城市经济与公共管理学院，交通运输规划与管理工程博士，研究领域为城市管理。

应急管理是公共管理的一个重要的分支领域，主要研究内容涵盖了应急管理所有重要环节，掌握城市应急管理的基本理论、方法、技术，能够快速有效、科学合理地处理各类公共危机事件，是城市管理实践对于公共管理人才的新要求。由于应急管理自身存在实践性、实操性强的特点，涵盖预防与应急准备、监测与预警等环节的城市应急管理实验室成为不可或缺的教学实训平台。近些年来，不少高校、科研机构、企业对应急管理实验教学系统进行了研究，开发了一些教学系统，总的看这些教学系统存在适应突发事件种类有限、仿真效果较差、定量评价和分析基本没有。本文将以应急管理教学仿真系统及首都经济贸易大学城市应急管理实验室为例，探讨解决城市应急管理实验室建设的问题与对策。

一、应急管理仿真教学系统及实验室建设现状

7月28日召开的全国防治非典工作会议指出，要加快建立健全各种突发事件应急机制，大力增强应对风险和突发事件的能力。抗击非典催生了我国现代应急管理，也催生了我国的应急管理教育事业。

到，河南理工大学、防灾科技学院、劳动关系学院、华南农业大学先后开展了应急管理本科教育。近年来，我国应急管理教学培训呈现了如火如荼的局面，一些大学及科研机构纷纷成立了应急管理研究机构。4月23日全国第一个应急管理学院在暨南大学成立，全国综合性大学基本都成立了应急管理研究所、应急管理研究中心或基地等。此外，各级党校、行政学院也都将应急管理作为党政干部培训的主干课程。回顾美国高校应急管理教育发展的历程，也不过20多年时间。1983年，北德克萨斯大学设立了美国第一个应急管理专业，授理学学士学位，到1995年只有4所大学设立相关专业。从1995年开始，应急管理专业在美国大学获得了快速发展，截至，47个州的266所大学开设应急管理、国土安全等相关本科、专科专业或专业证书班，其中，62所大学开始应急管理全硕士授权专业，32所大学开始国土安全硕士授权专业，9所大学开设应急管理博士学位专业，3所大学开设国土安全博士学位专业。美国的联邦紧急事态管理局（FEMA）每年举办一次应急管理高等教育大会，召集全美国高校（现在也有国外高校参加）应急管理相关专业的代表讨论应急管理的热点问题和应急管理高等教育的发展方向，它已经成为美国推动应急管理教育和培训的发动机。国内高校应急管理实验室有两大特点：一是着重防灾和应急技术手段研究，研究过程中主要以航空、遥感等高科技手段为支撑。如：北京师范大学减灾与应急工程重点实验室主要侧重自然致灾因子研究，针对不同致灾因子设置不同配套设备的实验室，分布于全国相关灾害易发地。二是着重应急政策和管理等方面研究。如：中国科学院研究生院工程教育学院应急管理实验室，是在应急管理专业委员会和中国优选法统筹法和经济数学研究会的支持下，开展以应急资源、应急预案为主要内容的研究。

二、首都经济贸易大学应急管理虚拟仿真实验室建设定位

1. 强化首都核心功能与发展城市应急管理的需要。《北京城市总体规划》（2004―2020）中首次提出：北京未来的发展定位是“国家首都、世界城市、文化名城和宜居城市”。世界城市的主要特征表现为国际金融中心、决策控制中心、国际活动聚集地、信息发布中心和高端人才聚集中心五个方面。北京市“十二五”规划明确指出：提高城市抗灾应急能力，要按照“平灾结合、以防为主、快速反应、措施有效”的原则，完善体制机制，建设具有强大危机应对能力的城市。虽然经过SARS事件处置和奥运会承办工作，北京城市应急管理水平得到提升，但就建设世界城市的目标看，城市应急保障能力还有较大差距，尤其是理论和实操能力兼具的应急人才的.缺乏，制约了城市应急管理发展速度。

2.专业学科发展的需要。当前我校公共管理、管理科学与工程等学科发展日益强化各相关学科的相互交叉与融合，集中聚焦在城市运行管理决策平台上，突出城市应急管理研究与应用的重要性。我校城市经济与公共管理学院本科有行政管理、城市管理、公共事业管理和土地资源管理四个专业，研究生培养有公共管理一级学科和区域经济二级学科，我校信息学院有管理科学与工程博士点，安全工程学院有安全工程相关本、硕专业。建设智慧化的城市安全运行管理、突发事件应急预测与评估管理实验系统有助于各个学科融合发展、共同提高，符合我校“十二五”规划发展要求，得到学校各方面的保障与大力支持。

3.应用型创新人才培养模式的需要。随着人才培养目标向复合型、应用型管理人才转变，必然要求教学方式从单纯课堂灌输的传统教学模式，向融入更多操作技能和社会实践的实验教学模式转变。实验教学重视培养动手和实践操作能力，发展实验教学已成为我国教育事业“十二五”规划和我校“十二五”规划确定的发展任务与目标。面向城市的公共管理专业具有实践性、操作性强的特点，必然要求实验室作为教学支撑。城市应急管理实验室将满足行政管理（含电子政务）、城市管理（含区域经济管理）、公共事业管理、土地资源管理诸专业本科学生、MPA、区域经济硕士以及北京市相关干部培训的迫切需要，成为首都各级党政机关及其领导干部进行应急管理模拟演练的实训基地。

4.整合资源构建智慧城市管理教学研究平台的需要。城市经济与公共管理学院拥有城市国际化、城乡一体化、都市圈、城市环境建设、政府监管与公共管理等研究平台，均有明确的和长期的研究方向，在教委的支持下，积累了大量世界主要城市统计数据、京津冀地区大城市统计数据、北京市各年代各专业层次规划图册。另外，已建设的数字城市实验室和其他科研项目还积累了一些设备。但由于数字城市实验室按常规学生上机机房式教室标准配置，难以适应智慧城市发展背景下的城市公共管理人才培养和教学研究新要求，通过建设城市应急管理实验室整合上述数据和设备，建立一个以北京大都市区为模板的城市运行研究平台，可以实现最终建成满足城市管理决策、运行和危机应对三大功能的“智慧城市实验研究中心”的发展目标。

三、应急管理实验教学仿真系统的特色

1.管理方法与地方实际相融合。利用应急仿真教学系统，可以搭建具有三维效果的当地路网图。同时可以输入当地实际的OD数据、流量数据、信号灯配时数据，紧贴城市布局和城市运行实际，具有动态仿真效果。

2.交互体验与动态演示相融合。应急仿真教学系统是构建全部关键环节的实操平台，教师可以通过键盘和鼠标点击操作，制造各类应急事件；仿真后台可以对事件的进展与演变进行实时仿真。学生分组进行操作，各部门负责人有单独操作平台，也有信息传送、汇总、发布平台，教师利用这个平台可以提问，并汇总学生传输的答案。

3.常态管理与应急管理相融合。由于应急仿真教学系统具有强大的仿真功能，且能够进行跟踪记录，记录每一时刻的路网平均车速、主要路口等灯排队长度、道路流量等重要数据，所以应急管理实验中心既能开展应急管理教学，也能对日常管理措施调整、大型活动组织等开展仿真研究和教学工作。

4.学生主导与教师引导相融合。在应急管理教学活动中，学生分组进行操作，各部门负责人单独操作，也有信息传送、汇总、发布平台，整个过程体现学生为主，教师为辅的新型教学理念。主要可以开展的教学项目：一是指导学生搭建路网、构建三维模型和图景，从而加深对现实路网的认识，熟悉应急地理信息，同时学生搭建的路网和三维模型可以储存下来，并入应急仿真教学系统，扩大应急演练教学的地理范围；二是开展应急处置演练培训与教学、科研工作；三是组织开展应急预案设计、评价与优化。

5.虚拟仿真与实景展示相融合。应急仿真教学系统可以与实景沙盘实现互联互通，即通过改变系统中的交通流量、信号配时、LED等数据信息实现对实景沙盘中相关信息的调整与控制。实验中心分为虚拟体验室和实景展示室，分别承担虚拟仿真突发事件处置过程和沙盘演练、实景展示应急管理相关知识。

6.多元主体主观评价与系统定量评价相融合。评价应急管理的优与劣、成与败，需要检测很多指标，其中数据指标通过综合评价系统实时记录从准备阶段到措施实施后阶段虚拟预算、预案实施、临时措施、城市运行变化等信息数据来实现。获得数据包括：路网实时平均车速、道路实时流量、重要路口等灯车辆排队长度、救援车辆运行速度与时间等，其他数据可以定制。

本项目计划通过2～3年的研究和实践，经过总结、再调研与多方论证，计划建成地震危机模拟与感知分析实验教学系统、城市交通应急智慧管理模拟教学系统、城市应急实验室智能管理系统、跨平台协同应急模拟演练教学系统等先进且实用的实验系统，通过这些系统的建设最终搭建满足城市运行、管理、决策和危机应对实验功能的“智慧城市运行与应急管理实验中心”。

参考文献：

[1]郑彦平，贺钧。虚拟现实技术的应用现状及发展[J].信息技术，2005，（12）。

[2]周红军，王选科。虚拟现实系统概述[J].航空计算技术，2005，（01）。

仿真实验技术 篇3

摘 要：虚拟仿真实验教学是采用多媒体、数据库以及网络通讯等多种技术，构建一个逼真可视化的虚拟现实环境开展实验操作，达到真实实验不具备或难以实现的教学效果，在实验项目认知操作预习、实验能力拓展训练、实验操作技能训练培养、药物工业化生产制备的仿真训练等学生创新能力的培养教学过程中发挥重要作用。

关键词： 虚拟仿真； 实验教学

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）10-0086-02

实验教学是理论教学的一种延续，是让学生对课堂上所学知识进行消化和吸收的过程。实验过程是一个学习、培养及探索的过程，通过实验，能有效地训练学生的实验技能，培养学生观察能力、实践能力、创新精神和创新能力[1]。对于药学实验教学中部分不可及或不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目等部分真实实验难以实现的实验操作，虚拟仿真实验教学则能有效利用信息技术模拟真实实验环境实现部分真实实验难以完成的教学功能。

虚拟仿真实验教学是综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术，通过构建一个逼真可视化的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果[2]。虚拟仿真实验教学具有明显优势，并对传统实验教学思想、体系、模式、内容、方法以及手段等都产生了颠覆性影响，学生通过对仿真实验系统的反复多次模拟操作，可以加深对实验原理及操作步骤的理解，还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性的实验，为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供保障。

西南大学药学实验教学中心秉持“实践创新，能力至上”的实验教学理念，在强化真实实验建设的前提下，针对部分高成本和高消耗、实验条件难以实现、所需投入和运行费用巨大等真实实验难以实现的部分实验操作，按照“能力培养，虚实结合、以虚补实、以实为主”的原则，开发构建了药物制备工程虚拟仿真实验模块、药理生理学虚拟仿真实验模块、体内药物分析虚拟仿真实验模块和药物分子虚拟筛选实验模块等共计103个虚拟仿真实验项目。

虚拟仿真实验教学能有效利用信息技术模拟真实实验环境实现部分真实实验难以完成的教学功能，中心将真实实验和虚拟仿真实验建设贯穿于实验教学始终，实现虚实结合，相互补充，以培养学生创新实践能力。

一、实验项目的认知、实验操作的预习

虚拟仿真实验的操作可实现学生对实验项目的认知、实验操作的预习，更好地理解掌握每一个实验项目的目的、实验原理和详细的实验操作步骤，以保证学生在开展真实实验的过程中能更好地注意操作的规范性，实验后可以通过操作虚拟实验项目进行复习巩固，从而强化实验教学效果，为实验能力的培养提供更好的平台。

中心教师采用图、文、声及活动影像4 种功能兼备的实验教学工具自主设计建设的分子生物学虚拟操作实验模块，将复杂抽象的PCR 扩增、克隆、Southern印迹杂交、酶切与连接、转化实验、质粒小量碱法提取实验等实验原理简化为直观可视的动画形式，学生可以按照提示将课堂上不好演示的实验过程模拟出来，使学生得到更多的模拟、重复的操作机会，弥补传统多媒体教学的不足，在教学中显示出极大的优越性，提高学生学习的兴趣，加深对知识的理解。

学生利用实验动物（小鼠或蛙）开展生理学、药理学、毒理学等实验操作，但常常由于实验操作不熟练，导致实验不能顺利完成或达不到预期实验效果，中心建设的药理生理学虚拟仿真实验模块，能让学生通过虚拟实验完成操作实训，提高真实实验效果。

发酵工程实验涉及菌种选育、培养基优化、发酵罐使用及发酵实验等内容，其中发酵过程优化与放大是发酵工程实验的核心内容，发酵工程虚拟仿真实验以聚苹果酸发酵生产工艺为原型，利用动态模型实时模拟真实工艺反应装置现象和过程，通过仿真工艺反应装置进行互动操作，产生和真实工艺处理一致的结果，每个学生通过操作本虚拟仿真模块能够充分理解聚苹果酸生产工艺流程，通过设置不同运行参数，观察工艺反应现象，进行开停车操作及排除各种设备故障或工艺扰动的操作，同时对于操作过程和结果进行客观的考核和评定。

二、实验操作技能的训练及培养

对一些操作难度大、仅凭教师做示范学生不易掌握操作方法的实验，虚拟实验操作具有很好的直观性、反复性训练的作用。如生理学实验中的减压神经放电（神经的分离和分辨是难点）、膈神经放电记录（找出膈神经是难点）、大脑皮层放电记录（其中的开颅手术不易操作和掌握）等实验都是电生理实验中的重点和难点，学生通过中心建立的生理学虚拟实验项目反复操作训练，极大地提高在真实实验中的实验操作能力，既能节约实验动物又能很好地掌握所需的实验操作技能。

大型分析仪器由于设备台套数、运行费用等限制了学生的操作使用，中心购买建设的大型分析仪器虚拟仿真操作软件采用计算机虚拟仿真技术开发的具备机理模型，以真实实验数据库作为支撑，仿真操作过程与真实仪器操作过程极其相似，仿真结果与真实系统结果非常接近，能够满足学生日常操作实训、常规考核以及技能大赛等各种需求，学生通过虚拟仿真操作训练，培养学生对大型分析仪器的结构、原理等有更深入的认知理解，提高操作仪器设备的能力。

三、实验能力的拓展训练

知识更新速度越来越快，学生需要学习掌握的知识与能力也越来越多，但由于受到课程学时的限制，特别是部分真实实验操作需要一定的实验条件，限制了学生的操作学习，虚拟实验项目可以设计涵盖范围非常广的实验内容和实验操作训练[3]。如生理学真实实验不可能开出所有系统、器官的实验内容，以及中心因课程学时的限制，药理学只开设了12个实验，人体解剖生理学只开设了6个实验，中心购买建设的药理生理学虚拟实验项目可弥补这一不足，该项目涵盖了19个虚拟实验项目，药理学涵盖了29个虚拟实验项目，学生可通过操作未开设的虚拟实验项目拓展知识与操作能力，还可通过到中心开放实验室根据虚拟实验项目设计真实实验并操作这些实验，实现真实与虚拟实验的结合，更加全面的、系统的掌握生理学实验和药理学实验技能和基本操作方法。

四、药物工业化生产制备的仿真训练

药物制剂虚拟仿真实验采用计算机虚拟仿真技术，涵盖GMP标准下的药物颗粒制剂生产、片剂生产、胶囊剂生产、水针剂生产以及卫生水系统、空调空压设备等，不仅具有3D形象生动、操作性强、使用便利等特点，而且对许多复杂设备、间歇性生产控制、GMP质量管理等进行了三维立体的场景仿真，具备一定的智能化反应能力。药物制备GMP实训仿真系统可以实现学生在学校就能反复操作训练，全面了解药物制备GMP车间的工艺布局、原料药物及不同制剂药物的生产要求、生产设备组成及洁净度要求等，让学生在进入医药企业开展生产实习前能熟练掌握药物制备GMP认证要求及生产操作训练，保证学生在生产实习时能快速适应、掌握药物制备的能力，更好地培养学生的实践能力。

五、培养学生的创新设计能力

药物开发过程中的药物人工筛选存在前期经费投入大及鉴定周期长等弊端，开设药物筛选学生实验基本上不可能，随着基因组学、蛋白组学、分子生物学和结构生物学的发展，各种疾病的发病机理和分子机制研究越来越透彻，对于疾病中的关键调控因子（如激酶）的研究也越来越透彻，用计算机模拟的方法设计或者筛选出具有潜在结合功能的药物，并辅以实验验证等方法，得到候选药物。中心建设的药物分子虚拟筛选模块转化成供学生操作实训的虚拟仿真平台，实现真实实验难以开展的药物筛选的操作实训，培养学生创新实践能力。

六、实验自测与考核评价

多数虚拟仿真实验模块均有仿真考试模块，学生可以开展虚拟仿真进行自我测试，提交答案后系统对学生作答进行自动评阅、正误判断、给出得分及正确率，教师还可以对系统评阅进行纠误，在说明理由后可以重新给分，系统给出学生的最终成绩，在实验教学中实现技能操作的仿真考核，便于教师直观、省时、高效率的观察到学生的实训效果[4]。

参考文献：

[1]苏旭霞，刘素楠，管立新.开展虚拟仿真实验促进实验教学改革[J].科技广场，2008（3）：252-254.

[2]张敬南，张镠钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013，30（12）：101-104.

[3]门秀丽，赵利军，孔小燕等.虚拟仿真实验系统在病理生理学教学中的应用[J].基础医学教育，2013，15（2）：148-149.

仿真实验技术 篇4

一、仿真实验的内容与设计

测试技术课程涉及的知识面广, 学科跨度大。经过广泛调研, 本仿真实验平台以过程控制系统中的液位、温度、压力与流量四个物理量作为测试与控制的目标, 在结构上则采用模块化设计, 安排在同一个系统中。要求仿真实验不但能对各个模块的物理量进行实时测试与监控, 而且还具有目标值设定、参数调整及曲线绘制等功能。在仿真实验的实现上, 通过建立各模块回路的模型, 利用PLC对控制系统进行软、硬件设计, 并基于In Touch开发仿真软件, 实现实验过程的实时监控。

二、实验模型的建立

根据仿真实验的内容与要求, 这里采用机理法建立整个测试控制系统的模型。如图1所示, 实验系统采用双泵源, 其中一个为液位、压力和流量控制回路提供能源, 另外一个为温度控制回路的提供能源, 且每个泵都有低压短路、失压和过载保护。仿真实验选用的介质为水, 12个电磁阀负责控制液流的通断。在液位、压力、流量回路中安有电动调节阀, 控制系统会根据设定值和传感器的测量值自动调节阀的开度进行实时控制。下面以液位仿真实验为例说明各子系统的模型结构和控制过程。

1. 模型结构。

液位控制子系统模型结构如图2所示。液位控制实验开始前, 先将手动阀调节到一定开度, 液位子系统开始运行时, 电磁阀1-3自动打开, 泵将水从下水槽抽到上水槽中。上水槽安有液位传感器, 电动调节阀根据传感器的反馈, 调节阀的开度, 对上水槽的液位进行控制。

2. 控制方框图。

为了使液位快速稳定在目标值, 控制系统采用PLC通过PID方法来实现。如图3所示, 液位控制子系统是一个闭环系统, 通过PLC的PID模块, 调节阀的开度来控制电动阀的流量, 从而改变液位的高度, 当液位传感器检测到液位实际值, 将其反馈给PLC, 从而达到控制上水槽液位平衡的目的。

同理, 流量、温度和压力子系统也采用相同的原理和方法进行建模与控制。

三、仿真实验的实时监控

为了方便教学, 给学生建立直观、形象的认识, 仿真实验开发了基于In Touch的软件平台。In Touch是Wonderware公司的一种工业自动化组态监控软件, 它能高效、快捷地配置用户的应用程序。

1. In Touch与PLC的通讯。

当上位机与PLC通信时, 需要分别在In Touch、OPCLink、PC access中进行设定。本实验选用西门子公司的S7-200型PLC。首先, 在In Touch中设定访问名S7-200, 并将标记名设定为I/O型。然后启动In Touch自带的IO server--OPCLink工具, 并选择西门子的PC access作为OPC server。在PC access中设定的项目名要与In Touch中的设定一致。设定完成后, 在PC access左边窗口中显示与上位机对应的项目名, 右边窗口建立上位机于下位机对应地址的联系, 如图4所示。这时, In Touch与S7-200完成通讯, 可以对实验进行实时监控。

2. 仿真软件的开发与应用。

图5所示为本仿真实验上位机监控的主界面, 在教学中可以根据需要选择实验内容。画面左侧, 是仿真实验的整体系统结构图, 右侧是四个实验系统的缩略图, 单击其任意一个画面就可进入相应的实验界面。如图6所示, 在液位检测控制界面中, 可以对当前的液位子系统的状态进行监控。图的左侧是实时监控画面, 右上方为参数设定区, 包括液位高度的设定及PID调节器中增益值、采样时间、积分时间与微分时间的设定, 右下方是液位曲线显示区。当设定好相关初值后, 点单击“运行”按钮, 左侧结构图能动态显示液流流动过程, 此时图中的电磁阀由红色变为绿色, 这表示PLC已自动打开相应的电磁阀, 液位曲线则表示液位值随时间变化的值。

在液位监控界面, 点击“历史趋势”按钮, 进入“历史趋势曲线”界面, 可以查看和分析实验曲线的历史过程。在实验操作过程中, 为了接近实际生产系统, 界面右上角设置了报警灯, 对操作过程中泵过载等问题进行报警显示。

《测试技术与信号分析》可视化仿真实验平台是改善该课程教学环境的重要手段。这种动态仿真实验不但可以灵活安排在课堂教学中, 丰富教学内容, 有效改善理论教学和实验教学相脱节的现状, 弥补实验设备和实验教学环节的不足, 而且能将枯燥、抽象的知识点变得生动、形象, 有效激发学生的学习兴趣, 提高教学和学习效率, 取得较好的教学效果。

参考文献

[1]杨三青, 王仁明, 曾庆山.过程控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2008.

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[4]王力涵.过程控制系统仿真平台的设计:[学位论文].青岛:山东科技大学, 2009.

[5]黄忠霖编译.自动控制原理的MATLAB实现[M].北京:国防工业出版社, 2007.

[6]尹一鸣.基于LabVIEW和PLC的过程控制系统的设计.仪表技术与传感器[J], 2010 (3) :39-41.

[7]方赟, 虎恩典, 李帅, 李晓婷.西门子PLC与组态王在葡萄酒发酵过程控制系统中的应用.制造业自动化[J], 2011 (3) :39-43.

大物仿真实验实验报告 篇5

1９05 年，年仅２6 岁得爱因斯坦提出光量子假说,发表了在物理学发展史上具有里程碑意义得光电效应理论，１0 年后被具有非凡才能得物理学家密里根用光辉得实验证实了。两位物理大师之间微妙得默契配合推动了物理学得发展，她们都因光电效应等方面得杰出贡献分别于 19２1 年与１92３年获得诺贝尔物理学奖.光电效应实验及其光量子理论得解释在量子理论得确立与发展上,在揭示光得波粒二象性等方面都具有划时代得深远意义。利用光电效应制成得光电器件在科学技术中得到广泛得应用，并且至今还在不断开辟新得应用领域，具有广阔得应用前景。

二、实验目得 （1）了解光电效应基本规律，加深对光量子论得认识与理解；(2）了解光电管得结构与性能，并测定其基本特性曲线;(3）验证爱因斯坦光电效应方程,并测量普朗克常量.三、实验原理

当光照在物体上时,光得能量仅部分地以热得形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子得能量,使电子逸出物体表面,这种现象称为光电效应，逸出得电子称为光电子.在光电效应中,光显示出它得粒子性质,所以这种现象对认识光得本性,具有极其重要得意义.光电效应实验原理如图 1 所示。其中 S 为真空光电管,Ｋ为阴极，A 为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极就是断路,所以检流计Ｇ中无电流流过,当用一波长比较短得单色光照射到阴极 K 上时,形成光电流，光电流随加速电位差 U变化得伏安特性曲线如图 2 所示.1、光电流与入射光强度得关系 光电流随加速电位差 U 得增加而增加,加速电位差增加到一定量值后,光电流达到饱与值，饱与电流与光强成正比，而与入射光得频率无关。当变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差存在，当电位差达到这个值时,光电流为零。

2、光电子得初动能与入射光频率之间得关系 光电子从阴极逸出时,具有初动能.在减速电压下,光电子在逆着电场力方向由 K 极向 A 极运动.当 时,光电子不再能达到 A 极，光电流为零.所以电子得初动能等于它克服电场力所作得功。即

（1）

根据爱因斯坦关于光得本性得假设,光就是一粒一粒运动着得粒子流,这些光粒子称为光子。每一光子得能量为,其中为普朗克常量,为光波得频率。所以不同频率得光波对应光子得能量不同。光电子吸收了光子得能量之后,一部分消耗于克服电子得逸出功 A,另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知

（２)式（2）称为爱因斯坦光电效应方程.由此可见，光电子得初动能与入射光频率成线性关系,而与入射光得强度无关.３、光电效应有光电阈存在 实验指出,当光得频率时,不论用多强得光照射到物质都不会产生光电效应,根据式(2),，称为红限。

爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量得一种方法：由式（1）

与(2)可得：

。当用不同频率（）得单色光分别做光源时，就有

任意联立其中两个方程就可得到

由此若测定了两个不同频率得单色光所对应得遏止电位差即可算出普朗克常量,也可由直线得斜率求出 h。

因此，用光电效应方法测量普朗克常量得关键在于获得单色光、测得光电管得伏安特性曲线与确定遏止电位差值。

实验中，单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。水银灯就是一种气体放电光源，点燃稳定后,在可见光区域内有几条波长相差较远得强谱线，如表 1 所示。单色仪得鼓轮读数与出射光得波长存在一一对应关系,由单色仪得定标曲线,即可查出出射单色光得波长(有关单色仪得结构与使用方法请参阅有关说明书),也可用水银灯（或白炽灯)与滤光片联合作用产生单色光.为了获得准确得遏止电位差值，本实验用得光电管应该具备下列条件：

（1）对所有可见光谱都比较灵敏；

（2）阳极包围阴极,这样当阳极为负电位时,大部分光电子仍能射到阳极;

(3)阳极没有光电效应,不会产生反向电流；

（4）暗电流很小。

但就是实际使用得真空型光电管并不完全满足以上条件。由于存在阳极光电效应所引起得反向电流与暗电流（即无光照射时得电流），所以测得得电流值,实际上包括上述两种电流与由阴极光电效应所产生得正向电流三个部分,所以伏安曲线并不与 U 轴相切。由于暗电流就是由阴极得热电子发射及光电管管壳漏电等原因产生，与阴极正向光电流相比，其值很小，且基本上随电位差Ｕ呈线性变化，因此可忽略其对遏止电位差得影响。阳极反向光电流虽然在实验中较显著，但它服从一定规律.据此，确定遏止电位差值，可采用以下两种方法：

(１)交点法：

光电管阳极用逸出功较大得材料制作,制作过程中尽量防止阴极材料蒸发,实验前对光电管阳极通电，减少其上溅射得阴极材料,实验中避免入射光直接照射到阳极上，这样可使它得反向电流大大减少,其伏安特性曲线与图２十分接近,因此曲线与 U 轴交点得电位差近似等于遏止电位差,此即交点法。

(2)拐点法:

光电管阳极反向光电流虽然较大,但在结构设计上，若就是反向光电流能较快地饱与,则伏安特性曲线在反向电流进入饱与段后有着明显得拐点，如图 3 所示，此拐点得电位差即为遏止电位差。

四、实验仪器及使用方法 1、实验仪器 光电管，光源(汞灯），滤波片组(5７7、0ｎm,546、１nm，４3５、8nm,404、7nｍ，３65nm 滤波片)，５0％、25%、１0％得滤光片，直流电源、检流计（或微电流计)、直流电压计等。

２、仪器得使用方法 (1)光源（汞灯)：

双击实验桌上光源小图标弹出光源得调节窗体，单击调节窗体得光源开关可以关闭或打开光源.光电管：

双击实验桌上光电管得小图标，弹出光电管得调节窗体；再单击调节窗体中得光电管会弹出调节光电管得方向键。←键：光电管水平向左移动,→键,光电管水平向右移动，↑键:光电管垂直方向增加高度，↓键:光电管垂直方向减小高度.双击调节窗体中光电管得背面(侧面中得背面）,即可弹出显示光电管背面信息得窗体，以便完成实验中得线路连接。

(3)滤波片组盒子：

双击实验桌上得滤波片组盒子,弹出滤波片组盒子得调节窗体.盒子中存放有（５77、0nm，5４6、1nm，435、8nm，４０4、7ｎm,365nm 滤波片以及 50％，２５%,１0％得滤光片)。

(4)电源及测试系统：

双击实验桌上得电源及测试系统,弹出电源及测试系统得调节窗体.单击电源开关可以打开或关闭电源；左击电流档，电流调小,右击电流档，电流调大;左击电压档，电压调小,右击电压档，电压调大;单击电源极性按钮可以改变电源输出极性.五、实验内容 1、接线电路图如图 4 所示。

在 577、０nm、５４6、１nｍ、43５、8ｎm、４04、7nｍ四种单色光下分别测出光电管得伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量。

实验中光电流比较微弱,其值与光电管类型,单色光强弱等因素有关,因此应根据实际情况选用合适得测量仪器。例如,选用 GD-4、GD-５、或 1977 型光电管，选用得检流计得分度值应在 A/分度左右。如果要测量更微弱得电流可用微电流计,可测量 A 得电流。

由于光电管得内阻很高，光电流如此之微弱,因此测量中要注意抗外界电磁干扰。并避免光直接照射阳极与防止杂散光干扰。

作得关系曲线，用一元线性回归法计算光电管阴极材料得红限频率、逸出功及值，并与公认值比较.2、测定光电管得光电特性曲线，即饱与光电流与照射光强度得关系，实验室提供有透光率５0%，25％ ,1０%得滤光片,请用 5７7、0nm 波长为光源，在光电管、光源位置固定时,测光电管得正向伏安特性曲线，验证饱与电流与光强关系。

六、实验数据记录 1、２、

七、实验数据处理 １、在四种单色光下光电管得伏安特性曲线如图

得到普朗克常量为.得关系曲线如图

得到光电管阴极材料得红限频率； 逸出功;； 公认值，故相对误差为。

2、

光电管得光电特性曲线如图

仿真实验技术 篇6

摘要：单片机课程是一门实践性强的课程，实验教学对学生掌握单片机系统开发与应用至关重要。为解决目前实验教学过程中存在的实验内容单一、验证性实验为主、实验课时及硬件条件有限等问题，本文将Proteus和Keil相结合的虚拟仿真技术应用到单片机实验教学中，给出了两者联合仿真的方法与步骤，通过具体实例验证了应用虚拟仿真技术的可行性，表明了虚拟仿真技术在单片机实验教学中具有应用前景。

关键词：实验教学;单片机课程;虚拟仿真;Proteus软件

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0121-02

单片微型计算机简称单片机，是将一个计算机系统集成在一个芯片上，它具有体积小、耗能低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于智能仪器仪表、工业控制、汽车电子、医疗电子、家用电器等领域。鉴于单片机优点及其广阔的应用前景，单片机课程已成为很多高校电子信息类专业本科生必修课程之一。作为一门实践性很强的课程，传统的单片机课程教学多以MCS-51单片机及其汇编语言开发作为主要授课内容，汇编指令可以帮助学生直接了解和掌握系统硬件及编程，但由于单片机汇编指令较多，在学习过程中若不反复使用这些指令来开发一些实际系统，学生是很难记住，更谈不上熟练掌握这些指令，从而限制学生深层次地理解单片机内部结构以及接口设计的内涵。尽管目前单片机课程教学中都设有实验环节，但毕竟实验课时有限，而且多数实验以验证性为主，学生很难在短时间的验证性实验教学中对单片机系统一探究竟。由于硬件条件与实验条件的限制，不可能每个学生都有机会在课余时间进行单片机系统的开发训练。虽然单片机开发系统有限，但计算机已很普及，拥有计算机的学生很多，为此本文拟采用Proteus和Keil软件相结合的虚拟仿真技术[1]，模拟单片机开发系统及编程，进行单片机课程实验教学的改革与实践，通过仿真环境增强学生的感性认识，激发学生的学习兴趣和主观能动性，从而来提高教学质量。

一、单片机课程实验教学现状及存在的问题

目前，很多高校的单片机课程以MCS-51内核的单片机作为授课内容，着重介绍此类单片机的汇编语言编程与开发。而单片机实验教学主要围绕课堂教学展开，实验课时非常有限，开设的实验项目主要用于验证书本上的内容。总的来说，目前单片机实验教学存在一些问题[2-4]，主要表现在以下几个方面：

（1）实验内容单调，多以验证性实验为主。由于实验课时的限制，为了尽可能多地涉及到课本上的一些主要内容，在实验课时安排上只能以验证性实验为主，实验教学时会具体给出实验目的、实验要求和实验步骤，甚至连实验程序一并给出。在这样的实验教学中，学生处于被动地位，其独立思考问题能力、解决问题能力和创新能力得不到有效的锻炼。

（2）实验过程中学生的硬件设计能力得不到锻炼。由于实验教学中所采用的实验设备大多为高度集成的实验箱或实验台，实验过程中学生不需要自行搭建硬件电路，而只需进行简单的连线即可满足实验的硬件设计要求。因此，学生无法实践单片机硬件电路的设计，更谈不上自行设计电路并通过实验来验证正确与否了。

（3）实验硬件缺失，难以开展综合性实验。单片机学习不仅是编程序，验证一下指令系统那么简单。在掌握单片机内部结构和软件编程的基础上，将单片机最小系统与外部硬件结合起来，能够将单片机真正应用到实践中，这样才能让学生建立起单片机系统的概念，让他们真正体会到单片机的应用价值，激发学生学习和实践的兴趣。然而，由于实验硬件条件有限，能够增强学生建立单片机系统概念的综合性实验很难开展起来。实际上，也只有一小部分学生能通过学科竞赛而不是实验教学来真正掌握单片机系统的开发。

二、虚拟仿真技术的应用

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。Proteus软件是一款电路分析仿真软件，非常适用于开发单片机系统的虚拟仿真。Keil软件是一款单片机系统开发软件，支持汇编、C语言及混合编程。通过Proteus软件建立虚拟的单片机系统，再利用Keil软件对单片机程序进行调试，程序的运行结果能够在Proteus环境中得以反映，这两者的有机结合完全可以模拟出“单片机系统+仿真器+开发软件”这种实际系统的运行效果。

1.Proteus与Keil软件简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。从原理图绘制、PCB设计、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB設计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机以及Cortex和DSP系列处理器。支持汇编语言的编辑、编译、源码级仿真，内带汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试，配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

Keil软件是一款兼容51系列单片机的开发工具，它提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。支持汇编、C语言及混合编程，可以在无硬件情况下进行纯程序调试的模拟仿真，也可以通过单片机仿真器、JTAG等程序调试接口对实际系统进行程序调试。

2.Proteus与Keil软件的联合仿真步骤

在进行联合仿真之前，需要将Proteus软件和Keil软件联系起来，联合仿真的具体操作步骤如下：

第一步：安装Keil环境下的Proteus VSM仿真器的驱动程序（vdmagdi.exe）;

第二步：在Proteus开发环境中建立项目文件，根据具体仿真内容，绘制单片机系统电路图，包括添加信号源、显示工具等;

第三步：在Proteus开发环境中，Debug菜单项选择“Use Remote Debug Monitor”;

第四步：在Keil开发环境中建立项目文件，根据具体仿真内容编写单片机程序代码;

第五步：设置Keil开发环境下的项目文件的“Target”选项，选择“Debug”方式为“Proteus VSM Simulator”。

第六步：在Keil开发环境下编译项目文件，运行单片机程序。然后在Proteus环境中观测运行结果，若结果有误可返回Keil环境中修改单片机程序，直至运行结果正确为止。

在软件调试过程中，也可以在Keil环境中设置断点、程序运行到指定程序段等方式来查看系统部分运行结果或中间结果，如单片机内部寄存器、内存单元等其中的内容。

3.应用实例

下面以单片机AT89C51控制4位7段数码管的动态扫描显示为例，介绍Proteus与Keil在单片机实验教学中的应用。

（1）Proteus环境下的硬件电路设计。应用实例硬件电路在Proteus软件环境下进行设计，根据数码管动态扫描显示的原理与要求，4位7段数码管（共阳极）的段选信号由单片机的P3控制，位选信号由单片机的P1.4～P1.7来控制，位选信号控制PNP型三极管的导通与截止，从而提供或停止提供灌电流，即选择数据码是否点亮。应用实例的具体硬件电路如图1所示。

（2）Keil环境下的软件编程与调试。软件编程实现4位数码管的动态扫描显示功能，在Keil项目文件中可新建ASM文件或C文件，在文件中编写相应语言的程序代码。图2给出该实例的程序流程，显示内容为“25.78”。

软件编写完成后，按照之前的步骤，就可以进行整个系统的软硬件仿真，仿真运行结果见图1中的数码管显示。在程序调试的过程中，逐步增加延时程序的延时时间，可以了解到数码动态扫描显示的全过程。随着延时时间的增加，数码管从闪烁显示到按位轮流显示，这样可以帮助学生感性地来认识动態扫描显示的原理与过程，从而使学生牢牢地掌握这一知识点。

三、结束语

Proteus和Keil软件相结合的虚拟仿真技术既节省了实验教学硬件成本，又缩短了学生学习和开发单片机系统的周期，仿真平台的直观运行效果可以使学生更好地理解和掌握单片机课程内容及相关理论知识，该技术在单片机课程实验教学中的应用有利于培养学生的实践动手能力、创新能力和综合运用知识的能力，有助于电子信息类专业人才的培养。

参考文献：

[1]魏力.PROTEUS仿真技术应用浅析[J].天津职业院校联合学报，2013，（8）：94-96.

[2]孟建，刘瑞祥，刘永启.“单片机原理及应用”课程改革实践和探索[J].中国电力教育，2013，（35）：74-76.

[3]金红，蒋存波.单片机课程教学的探索与实践[J].电气电子教学学报，2013，（2）：44-46.

[4]丁保华，张有忠，陈军，等.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2010，（1）：117-119.

仿真实验技术 篇7

电子技术是一门实践性很强的专业技术基础课,该课程是使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能,为以后深入学习打好基础。长期以来,课堂与实验的教学效果并不理想,存在的问题主要有:理论抽象,学生觉得枯燥无味并难以理解;电路复杂,课堂上画图、讲解、分析花费时间多,效率低;电路工作原理的分析抽象,学生理解和接受困难。实验过程中不可避免的会遇到元件的虚焊与假焊、仪器缺乏、性能不稳等问题。随着计算机技术的发展和对各种电子元件数学模型的研究,引入EWB仿真技术来辅助教学,能够激发学生学习兴趣,取得较好的教学效果。

2 EWB仿真技术的特点与功能

EWB(Electronics Workbench)是加拿大InteractiveImage Technologies公司推出的一个专门用于电子电路设计与仿真的软件,它提供了丰富的电子元件(几千种)与虚拟设备(示波器、万用表、函数发生器、频谱分析仪、逻辑分析仪等),在集成的开发环境中可以方便的进行电路设计、分析与仿真。EWB是一种全新的虚拟实验环境,在这种环境下学生可以进行无障碍性实验,不必担心安全问题,也排除了元器件的损耗和仪器的损坏,非常适合电子类课程的教学与实验。

3 电路设计

“电子技术”课程中电路图多而复杂,如高低频放大电路、功率放大电路、振荡电路、运算放大器电路等。这些电路实验中需要花费大量的时间用于元件的安装与焊接。EWB提供了丰富的元件库,从分立元件到集成电路,从无源器件到有源器件,模拟器件到数字器件,应有尽有,且模型的精度非常高,这点有别于通用的电路图软件如Protel、OrCad。图1为单管放大电路,图2为RC正弦波振荡器电路。

4 电路分析与仿真

电子电路的电路分析理论性强,结论抽象,学生不易接受。EWB提供了强大的电路分析功能,可以进行如静态工作点分析、放大器瞬态分析、功率放大器特性分析、频谱分析、逻辑分析、滤波器零极点分析等。通过对电路进行各种功能分析,有利于学生加深对电路基本理论的理解

4.1 静态工作点分析

图1所示单管放大电路的静态工作点为:

EWB直流工作点分析结果如图3所示,理论与仿真分析结果基本一致。

4.2 波形分析

滤波器是电子技术课程中的重要内容,但是通过实验验证却很困难,因为很难产生一个含有符合要求的噪声信号让滤波器去处理,在实验课中一般采用测量滤波器带宽的方法来验证,学生观测起来很不直观。EWB则可以方便的实现,如图4、图5所示,图4为50Hz带阻滤波器,图5为其波形,其中上部波形为含有噪声50Hz噪声的正弦波信号,下部为滤除50Hz噪声后的正弦波信号,这样学生看起来非常直观,也利于建立滤波器的概念。

利用EWB的波特图分析功能还可以得到图4所示带阻滤波器的波特图,如图6所示。利用EWB进行这两类实验,可以使学生轻松地完成实验内容且有充足的时间分析实验结果,总结实验规律,极大的提高了学生的学习兴趣。

传统的信号发生电路实验中,很难观察到其起振过程,而在EWB虚拟实验中却很容易实现。图7所示波形为RC正弦波振荡电路(图2)的输出波形,图中的起振过程也是非常明显的。

4.3 带宽分析

带宽是放大电路的重要指标。在进行电路分析时要进行低频等效电路分析、高频等效电路分析、频率参数计算等内容,电路复杂,内容抽象,学生不易接受。实际实验中,测量单管放大电路的带宽是非常困难的,因为一般三极管的高频可以达到数GHz,而一般示波器也就是几百MHz,所以测高频特性时比较困难。EWB提供了强大的频谱及带宽分析工具,可以轻松实现带宽测量,图8所示电路为单管放大电路(图1)的带宽分析结果。

4.4 频谱分析

频谱分析是教学中的一个难点,由于缺乏价格昂贵的频谱分析仪,多年来一直没有开设这方面的实验。利用EWB可以进行频谱分析等仿真分析,图9所示为方波的频谱分析结果。

4.5 噪声分析

噪声分析是教学中的另一个难点。放大电路的噪声是电路中各元器件内部载流子运动的不规则所造成的。教材中所阐述的减小噪声的措施内容抽象,学生理解起来很难。启用EWB的噪声功率分析功能,可以得到图10所示的分析结果(对放大电路而言),图中两个曲线分别输入和输出的噪声功率谱。图中可以看出低频时的噪声比较大。通过对不同电路的噪声分析,学生可以在实验中理解课本所学的噪声分析理论,加深对减噪措施的认识。

5 结束语

随着科学技术的发展,以电路设计自动化为核心的现代电路(上波形为50Hz噪声信号,下波形为滤波后的波形)仿真实验将会打破传统的电路教学模式,“以仿代实”、“以软代硬”不仅节约了时间也提高了实验的效率,使教学实验由单纯的验证型向启发型、设计型转化增加了实验教学的灵活性,同时也丰富了课堂教学的多样性。

参考文献

[1]康华光.电了技术基础[M].北京:高等教学出版社,2001.

[2]周常森.电子电路的计算机仿真技术[M].山东科技出版社,2001.

仿真实验技术 篇8

1 对传统实验教学模式的反思

模拟电子技术实验课程是一门实践性很强的技术基础课程, 教学的主要内容是测量仪器的使用、电路的分析以及相应参数的测量, 在传统的实验教学工作中, 实验总是被安排为理论教学的辅助性环节, 例行的实验程序是学生根据教师已编好的实验指导书, 在事先准备好的定型的实验装置上, 按已拟订好的实验步骤, 机械地测试一些数据来验证所讲理论的正确性。在实验过程中, 有的学生亲自动手进行了一些简单的操作, 而有的学生只负责记录实验数据, 连简单的操作也没有动手做, 实验做完了也是知其然而不知其所以然。在编写实验报告书时也是按照实验指导书上所写的实验目的、实验材料、实验步骤、实验数据、实验结果分析等固定步骤完成实验报告, 千篇一律, 缺乏个性和独创性, 甚至有的学生把别人的实验报告抄一遍交给教师了事。虽然传统实验教学在培养学生正确使用仪器仪表, 正确测取分析实验数据方面起着重要作用, 但在发挥学生的主动性, 培养学生独立思考、独立工作的能力和提高学生应用理论解决实际问题的能力和动手制作能力等方面存在着明显的不足。

2 构建新的实验教学模式的指导思想

为了改变传统实验教学模式所造成的被动局面, 提高实验教学的质量, 必须建立新的实验教学模式, 对实验教学内容和方法进行改革。我们的指导思想是:实验教学应充分调动学生的积极性, 充分发挥学生的主观能动性, 以培养学生的能力为中心, 构建新的四层次实验教学模式。围绕培养学生能力这一中心, 我们把实验划分为四个层次。第一层次, 实验基本技能训练。第二层次, 验证性实验。第三层次, 综合设计性仿真实验。

3 实验教学的要求

这门课要求学生能够熟练使用示波器, 函数信号发生器, 毫伏表, 模拟电路实验箱, 并能在实验箱上熟练进行模拟电路实验, 通过实验掌握模拟电路的基本原理, 通过实验掌握模拟电路实验的基本方法, 会熟练测量模拟电路的有关参数。

应用Multisim2001软件, 对模拟电子技术实验进行仿真实验, 使学生学会在虚拟环境中进行模电实验和电路设计, 通过虚实模电实验使学生更好地掌握实验的基本方法和基本思路。

4 实验教学改革措施实验教学模式改革

改传统的分散教学模式为实际电路与仿真实验结合的方式, 充分发挥学生的主观能动性。围绕培养学生能力这一中心, 把实验划分为三个层次。第一层次, 实验基本技能训练。第二层次, 验证性实验。第三层次, 综合设计性仿真实验。

实验基本技能训练

在基本技能训练实验中, 主要是培养学生掌握模拟电子基本测量技能和基本测试方法以及使学生养成严谨的作风和安全用电的习惯。在模拟电子实验中, 学生要经常使用万用表、直流稳压电源、信号发生器、示波器等模拟电子测量仪器仪表, 熟悉这些仪器仪表的结构和工作原理, 熟练掌握正确使用和操作这些仪器仪表的方法, 是学生必须掌握的基本实验技能, 这对防止因操作失误而损坏仪器仪表, 提高实验效率起着关键作用。为此我们在模拟电子技术实验中安排了常用仪器仪表的使用实验。要求学生熟练掌握测量电压、电流等参数的方法, 而且要求学生了解误差理论, 会对实验误差进行正确分析。遵守实验操作规程, 注意安全用电也是学生必备的实验基本素养, 对学生养成良好的习惯和严谨的作风起着很大的作用, 应引起重视, 并贯彻于每个实验中。在这方面主要是训练学生在实验中要将仪器设备、实验装置合理布置、摆放整齐, 使之便于接线、操作和读数;线路应接得正确、牢固、整齐;每次合闸前必须告知全组同学, 如须改接线路必须切断电源;实验结束后, 应先断开电源再接线, 并把所用仪器、仪表和导线摆放整齐, 如有损坏要及时报告老师进行处理。

验证性实验

验证性实验是属于入门性质的实验, 是学生进行综合设计性实验的基础, 是不可缺少的。但由于受实验学时所限, 应精选实验内容, 实验的数量不宜多。通过验证性实验, 进一步使学生掌握常用模拟电子仪器的使用方法、模拟电子基本测量技能和模拟电子基本测量方法, 并且验证和巩固所学理论。

综合设计性仿真实验

综合设计性实验是发挥学生的主动性, 培养学生专业技能, 提高学生应用理论分析和解决实际问题能力的关键阶段。在模拟电子技术实验中, 还有一个重要的环节是应用当今世界上最为流行的E-DA设计仿真技术, EWB“虚拟电子工作台”, Multisim2001, 介绍了这些软件环境的使用方法和设计范例。把先进的设计软件及时引入教学中, Multisim2001这种EDA设计仿真软件不但功能强, 而且可以与许多其他的公司的EDA设计软件联合使用, 把这种软件引入到实验中, 实践证明效果更好。实施先仿真后实验的实践方式, 收到了事半功倍的效果。

实验教学手段改革

制作并应用多媒体实验电子课件。我们编制了二套与实验教材配套的多媒体电子课件“模拟电子技术与仿真实验”, 利用该课件, 不但可以直接开实验课, 而且学生还可以自行复习。

编写并应用高质量的实验实践教材。为了配合实验教学改革, 也是课程教学的需要, 把以上实验教学内容体系的改革成果编写了两本教材, 《模拟电子技术与与仿真实验》、《EDA设计与仿真》, 这两本书自2004年编印以来, 经过修改, 主要用于电子相关专业的学生使用, 效果良好。

实验教学方式的改革。根据实验课程特点, 在教学上采用“精讲多练, 重在实践”的方式。所谓“精讲”主要是讲清课程的要点和基础知识, 教会学生学习的方法。所谓“多练”即让学生学生学生多动手, 多动脑, 提高学生操作的熟练性和准确性。此种教学方式, “精讲”是前提, “多练”是关键, “实践指导”是重要环节。采取“精讲多练”的教学方式主要是压缩讲课学时, 把节省的课堂教学时间用于实践能力的培养。实施有利于学生学习, 以学生为主体、以老师为主导的开放式教学模式;加强师生互动, 采取教师指导学生自主获取知识, 引导学生进行实践动手的教学模式;实现以教师授课和学生自学并重的教学方式, 确立教学并重的教学结构。

考核方法的改革。我们把成绩划分为两部分:平时成绩、综合性应用能力考核。根据难易程度, 各折合成一定比例, 计入总评成绩, 使得总评成绩能够更客观、全面的反映学生在学习过程中所体现出来的成效。

第一部分:增加平时成绩的比重.根据学生平时实验情况及表现.综合的评定分数.以对学生起到一定的约束和监督作用。

第二部分:综合性应用能力考核。学生完成本课程的学习任务后, 独立设计、制作一个电路, 根据电路质量、以及回答问题、检修故障三个方面的情况综合评价, 给出分值, 考试等级为百分制。

5 实验教学改革的效果

有许多学生通过上述实验教学模式训练, 最后在创新设计环节中, 成功地设计出频率计、声控录音辅助电路、数字钟、可调稳压电源等电子小制作和小产品20余种, 这些小制作或小产品, 有的用于生产实践, 有的参加了学校的创新设计比赛。许多制作电子产品的同学, 获设计大赛奖的同学, 受到了用人单位的欢迎。这些成绩都与实验教学改革分不开的。许多教师依靠实验室的有利条件开展的科学研究也获得了较为显著的成果。通过近2年的实验实践证明, 模拟电子电子课程实验教学改革, 提高的是教学质量, 受益的是广大学生, 随着科学技术的发展, 新的实验内容、实验方法和实验手段会层出不穷, 教学改革将会不断完善和改进只有这样才能不断发展、不断提高教学质量, 培养出适合新形式要求的高素质人才。

参考文献

[1]陈鲁勇.提高实验教学质量的实践与探索讨[J].实验室研究与探索, 2001, 20 (6) :33-36.

[2]刘志军.电子线路实验教学的优化和改革[J].实验室研究与探索, 1998 (1) :3-4

[3]王祥.计算机设计与仿真辅助教学环境[J].实验室科学, 1998, (1) :44-45.

仿真实验技术 篇9

通过对高职院校学生的学生的调查发现, 高职院校学生具有形象思维强、逻辑思维差的特点, 这也决定了学生的学习兴趣取向, 绝大多数学生喜好实验实训、喜欢动手操作而不喜欢枯燥的理论学习。因此, 传统的全真实验已不能适应高职院校学生的特点了, 本文以笔者所在学院的《高频电子技术》实验为依托, 简单分析高频各个实验的特点以及介绍我院采用的实验模式。

1《高频电子技术》实验作用

《高频电子技术》实验既是验证理论正确性的手段之一, 更是展现学生动手能力和吸引学生学习兴趣的有效途径之一。因此《高频电子技术》实验在职业院校起到了不可替代的作用。

2《高频电子技术》实验现状

《高频电子技术》是我院通信技术、应用电子技术等专业必修课, 故该课程开设班级较多, 实验室负荷大, 伴随出现了仪器仪表灵敏度降低、仪器损坏、测试数据不能验证理论正确性等一系列问题。仪器的损坏不仅不能验证理论正确性, 而且打击了学生学习的积极性, 这与开设实验目的相悖。

3《高频电子技术》实验分析

为了解决以上问题, 我院采用了“全真+仿真”的实验模式, 下面对我院采用的“全真+仿真”的实验模式做个简单的分析。

3.1《高频电子技术》实验不宜全部采用全真实验

我院若全部利用高频设备全真实验, 存在如下弊端:随着设备的使用时间增加, 设备老化日益严重、旋钮调节不灵敏、维护投入大、无法保证能验证每个实验的准确性、各组实验测量数据相差大、学生学习积极性降低。

3.2《高频电子技术》实验不宜全部采用仿真实验

高频仿真实验可以利用EWB和Multisim两种软件相结合的方式完成, 不仅可以验证理论的正确性, 还可以教授学生使用软件的目的。但是如果全部采用仿真实验也有很多弊端, 如:不能锻炼学生动手能力, 缺乏对仪器仪表的操作, 导致学生毕业后很难满足企业用人要求。

由以上分析可知, 《高频电子技术》实验采用全真与仿真相结合模式, 可以优势互补。要使本实验更好地为《高频电子技术》课程服务, 我们需要分析本课程每个实验的特点, 然后根据实际情况确定用仿真实验或者全真实验完成。

(1) “小信号谐振放大器”, 由于全真实验调谐比较困难, 调谐不准确, 且高频小信号容易受到元器件分布参数的影响, 会导致误差增大, 每组测试数据差别很大, 实验效果达不到预期要求, 无法验证理论的正确性, 因此本实验建议仿真实现。

(2) “高频功率放大器”, 全真实验电路模块共三级, 前两级由小信号谐振放大器构成, 同样面临调谐问题, 故建议本实验也用仿真。

(3) “LC正弦波振荡器”全真实验时只要振荡部分连接电容的导线足够短, 整个实验效果还是相当好, 故本实验无须仿真, 建议用全真实验完成。

(4) “石英晶体振荡器”振荡频率由石英晶体固有频率决定, 受其他参数影响小, 故该实验在全真实验条件下效果较好, 无须仿真, 建议用全真实验完成。

(5) “振幅调制器”全真实验时考虑到需要先产生两个信号 (低频调制信号和高频载波信号) , 然后还需调节调制输入端和载波输入端的平衡, 整个过程耗时较多, 经过多个学期的总结分析, 本实验在两课时内不能完成, 很多数据测试不完, 从而无法验证实验的正确性, 故本实验建议仿真。

(6) “调制信号的解调”实验可以由两种方法实现, 分别是:“二极管包络检波器”和“同步检波器”。第一种方法采用“同步检波器”实现, 本方法需要由标准信号发生器产生载波信号、低频信号发生器产生低频调制信号, 再由“振幅调制器”产生普通调幅信号, 并需要输入与载波同频同相的信号才能实现检波。此种方法检波耗时较多, 测试内容在两课时内不能完成, 故实际实验时这种方法只是让学有余力的同学完成, 对其他同学并不做要求;第二种方法采用“二极管包络检波器”实现, 本方法只需要利用标准信号发生器产生普通调幅信号, 输入到输入端, 利用二极管的单向导电性和电容的充放电功能实现检波, 在全真实验条件下能很好实现检波。并且可以通过调制参数很好地观察二极管包络检波器所特有的两种失真 (惰性失真和负峰切割失真) 。综上所述, 本实验无须仿真, 建议用全真实验完成。

(7) “变容二极管调频”实验在全真实验条件下虽然可以实现调频, 但是以现有的实验器材条件观察不到波形, 无法让学生直观了解调频, 不能验证理论的正确性, 故本实验建议仿真。

(8) “斜率鉴频器”实验在全真实验条件下原理复杂, 信号在鉴频过程中不能直观观察, 实验理论性较强, 不能吸引学生学习兴趣, 故本实验建议仿真。

4 结语

我院通过两年的“全真+仿真”的实验模式改革实践, 证明了采用这种实验模式的优越性。

(1) 降低了全真实验室和仿真实验室的实验负荷, 给全真实验室和仿真实验室的维护维修留了充足的时间, 保证了每个实验都能顺利、准确完成。

(2) 带动了学生学习积极性, 既让学生增强了实际动手能力, 也让学生学习了现代科学技术的结晶——仿真软件的使用, 让学生在日益激烈的竞争中占有更多的优势。

(3) 通过对实验现象和实验数据的分析, 充分证明了每个知识点的准确性, 让理论知识更加严谨。

摘要：本文针对本校《高频电子技术》实验教学中存在的若干问题, 从教学内容和教学方法等方面进行了仔细分析研究。对《高频电子技术》实验教学的现状, 提出了高频实验教学应采用的方法及手段, 从而提高教学质量, 使学生在日益激烈的竞争中占有更多的优势。

关键词：高频电子技术,全真,仿真

参考文献

[1]程远东.高频电子线路[M].北京:北京出版社, 2008, 12.

[2]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工程大学出版社, 2001.

仿真技术在实验教学中的运用 篇10

笔者在电工与电子技术课程的电子技术内容部分实验教学中引入Multisim仿真软件, 取得了较理想的教学效果, 现将开展仿真实验教学的一些具体做法和体会报告如下。

1 实验教学中引入仿真技术的意义

1.1 有利于弥补实验仪器的不足

计算机仿真软件提供了强大的虚拟仪器库和充足的虚拟元器件资源。如Multisim软件中有万用表、示波器、扫频仪、函数信号发生器、数字信号发生器、逻辑分析仪和数字逻辑转换器等仪器, 并且所有仪器均可多台同时调用;同时有丰富的元器件资源, 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、数字门电路芯片、DAC、ADC及其他各种部件, 且用户可通过元件编辑器自行创建和修改所需元件模型。在进行仿真实验时, 学生使用鼠标就可以调用虚拟元器件并联接成具有实物功能的电路, 再联接上虚拟电源及从仪器库中调出虚拟仪器, 接通虚拟开关就可以进行与实物实验一样的测试分析。因此, 仿真技术的引入, 可以节省购置元器件和仪器设备的大量经费, 弥补了实验仪器的不足。

1.2 有利于缩短实验时间

传统实验往往需要很多仪器设备, 实验接线多, 调试不方便, 读数误差大, 实验时间长。仿真技术的引入, 学生不会因接线出错造成短路事故, 不会因操作失误造成人员或仪器设备损伤, 不会发生实验室常见故障。如示波器一个通道正常, 另一个通道不正常;信号发生器产生的波形失真;万用表电池不足;测电阻读数不准确等。学生可以利用仿真软件自带的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、零极点分析和参数扫描分析等分析工具, 及时处理数据, 观察和分析实验结果, 大大缩短了实验时间。

1.3 有利于学生创新能力培养

综合性实验和设计性实验的开设, 可以巩固学生所学的基本理论和专业知识, 培养学生综合应用、独立分析和解决实际问题能力及创新意识、创新能力。在传统设计性实验中, 学生常常受到元器件的限制和固定实验设备的束缚而改变实验设计思路, 不可避免地存在许多错误和不足, 致使电路调试费时费力, 甚至引起元器件和仪器设备损坏等问题, 导致设计性实验达不到预期效果。引入仿真技术后, 学生不仅可以充分利用仿真软件采集、储存、分析、处理、传输、控制数据, 论证设计方案, 而且可以随时改变电阻阻值、电容容量、晶体管及集成电路型号参数等进行电路调整, 使之更好地符合设计要求, 得出较为理想的设计电路。学生还可将要求输出电路的测试参量或波形作为真实电路调试的依据或参考。

2 仿真技术在实验教学中的运用

笔者在我校2005级高影3班医学影像电子学实验教学中引入仿真软件Multisim 8.0, 综合模拟电子技术和数字电子技术实验内容, 扩充了实验项目, 教学内容及实验学时分配见表1。

其中6学时的仿真软件Multisim的教学和练习, 重点讲述应用Multisim开展电子电路仿真及分析的方法, 包括元器件的选取、电路的构建、虚拟仪器的使用、分析方法和步骤等内容。教学中注意体现“四结合”, 即多媒体课件和仿真软件相结合, 虚拟仪器使用方法和实际电子仪器操作方法演示相结合, 实验电路理论分析结果与仿真波形、结果相结合, 教师讲述和学生操作相结合。由于示波器是电子技术实验中最常用的测量仪器, 也是初学者使用的一个难点。因此, 虚拟仪器使用中重点介绍示波器, 并注重阐述虚拟示波器和真实示波器使用上的异同。通过以上教学环节, 使学生掌握了应用Multisim进行电子电路分析的基本方法, 为开展仿真实验打下了良好基础。

3 效果分析及努力方向

3.1 问卷调查

为了更全面地了解仿真技术在实验教学中的效果, 笔者于学期末对2005级高影3班29名学生进行了相关教学效果的问卷调查和评估, 从回收的29份有效问卷中获得了一些很有意义的统计结果 (见表2) 。

3.2 学生考核成绩 (见表3)

3.3 效果分析

(1) 学生对在实验教学中运用仿真技术这种教学形式欢迎度高。 (2) 在实验教学中开展仿真实验, 对实物实验过程具有较强的指导作用。 (3) 通过仿真实验, 对理论课学习帮助较大, 反映为高分学生比例较高。

3.4 努力方向

问卷调查反映出, 仿真实验这种教学方式在教材建设、教学组织、教学指导等方面存在不足, 制约了教学效果。 (1) 认为需要加强仿真实验教材建设的比例高达36.5%, 尤其是要加强实例分析过程内容。 (2) 近一半的学生认为仿真实验和实物实验的衔接有待提高。仿真实验和实物实验结果存在差异, 学生开展实物实验前, 教师应对二者间存在的关键问题作必要说明, 以免学生过分依赖仿真实验结果, 造成实物实验偏差。 (3) 尽管安排了6学时专门讲解Multisim的基本使用方法并让学生练习基本操作, 但受认知水平限制, 学生在短期内自如运用其进行仿真实验还有一定难度, 可以考虑安排课外答疑时间来解决这一问题。

仿真实验技术 篇11

【摘要】现代化汽车生产企业产品更新速度快，要求缩短设计研发周期，仿真技术已经普遍应用到制造行业。本文依托载运工具运用工程仿真实验室软硬件设备，开发“汽车综合仿真实验项目”，并对每个子项目的要求、能力培养等情况进行阐述。

【关键词】载运工具运用工程 研究生仿真训练 汽车综合仿真

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0161-01

随着计算机技术和专业仿真技术的发展，要求汽车生产企业在设计研发阶段要加快进度。在这样新的形势下，对高校机械相关专业研究生培养提出了更高的要求：不仅要求研究生掌握数学、力学、机械、电子电工等传统基础课程知识，同时还要掌握现代设计方法，会运用成熟的专业仿真计算软件进行建模与优化设计。一个只懂得用传统机械设计方法进行设计计算、并根据计算结果作机械零部件图的学生，已经远远不能满足现代企业的需求。

我校载运工具运用工程学科，在充分利用中央地方共建资金和交通运输部建设资金基础上，建立了独立的载运工具运用工程仿真实验室。目前该仿真实验室有服务器一台、工作电脑20台。购买了Hyper-mesh、AVL-FIRE、GT-suite等专业仿真软件。本综合仿真实验项目通过利用这些专业仿真软件，分步骤、分阶段进行模拟仿真训练，在研究生开题之前，将课题研究中所用专业软件和基本技能训练一遍。下面以“汽车综合仿真实验项目”为例，将综合仿真实验项目分解为三个子训练项目，说明整个训练项目的流程。

一、发动机燃烧室三维设计仿真训练项目

本训练项目利用Hyper-mesh软件建立发动机整机三维模型，主要是包括燃烧室和进气道部分。然后将发动机燃烧室及进排气道模型分离出来。对燃烧室模型进行网格划分，进行缸内三维仿真计算，可以得到燃烧放热规律及缸压曲线。在进行改进设计过程中，可以对气道、活塞、凸轮轴（配气相位）等零部件进行优化设计。利用缸内三维仿真模型还可以进行气道流动仿真计算。特别针对带有进排气气道的燃烧室模型，可以对凸轮轴进行优化设计，开展进气流量、发动机回火等问题的研究。

本项目要求学生能够熟练掌握三维模型分离技术、掌握网格划分技术、初步掌握三维仿真的理论基础和三维仿真分析能力。

二、发动机整机性能仿真训练项目

在本训练项目中，首先获取发动机整机性能仿真所需要的基本几何参数数据，利用GT-POWER软件建立发动机整机仿真计算模型。在模型中，输入发动机管路及缸内几何尺寸、发动机点火顺序、气门升程曲线、摩擦功曲线、过量空气系数及边界等条件，将训练1中所得到的发动机燃烧放热规律带入到整机模型中，进行整机性能仿真计算。根据不同转速和不同负荷条件设置一系列计算工况，计算发动机在不同工况条件下的动力性、经济性，可以得到发动机的外特性曲线和万有特性图。

本训练项目要求学生掌握发动机整机仿真模型的建模方法，理解模型中参数的物理意义，掌握vibe等燃烧模型的设置方法。能够根据发动机不同工况对燃烧放热规律进行合理调节，得到精确合理的计算结果。

三、整车性能仿真训练项目

根据某整车的基本结构，简化物理模型，从GT-DRIVE的模板中选用复合模块、控制模块、连接模块、传感器及执行器模块等，搭建仿真模型，建立汽车系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成整车建模。然后进行仿真计算得到各个挡位下的加速度、最大爬坡度、最高车速、最大功率等整车动力性指标和百公里油耗等经济性指标。可以进一步加深学生对动力传动一体化研究的认识。

本项目要求学生在掌握汽车基本结构和电控基本知识的基础上，掌握整车仿真建模方法、能够根据不同的设计目标进行仿真计算，并能够对计算结果进行分析。

四、小结

汽车综合仿真实验项目包含了发动机零部件优化设计、发动机缸内三维仿真于燃烧排放特性分析、发动机整机性能仿真分析、整车动力传动性能仿真等一系列优化设计与仿真的子训练项目。即使不能让每个学生全都做一遍，但通过团队合作，将与本学科领域相关的学生分组，可以分解完成每个子项目。既可以让学生充分认识仿真技术在汽车现代化设计中的作用，又锻炼了学生开展实际项目的科研能力和团队合作能力。

参考文献：

[1] 高琪瑞，李东海.能源动力仿真实验教学系统设计与应用[J].，实验技术与管理，2006.05.

[2] 杨秉耀，刘丽葵.加强研究生实验技能培训的研究[J].实验室研究与探索，2009.6.

[3] 马玉真，宋方臻.用于研究生教学的机械类课程仿真实验教学系统的开发[J].教育教学论坛，2012.9.

仿真实验技术 篇12

电工电子实验是高职电子电工专业教学体系的重要组成部分, 也是高职院校必修的一门课程, 它对于提高学生的实践能力, 拓展学生的思维, 发挥学生的思索意识极为重要, 但是高职阶段的学生由于对电子电工知识的理解还不深刻, 他们在实验过程中经常会因为操作失误而发生实验事故的发生, 学生的这些操作失误对实验设备的影响是巨大的, 轻则导致实验设备的元件烧损, 重则导致整个实验设备的损坏, 影响学生的人身安全。而通过模拟仿真技术可以改变实验操作失误多、实验过程危险以及资源浪费的现象。

1 模拟仿真技术的概述

1.1 模拟仿真技术的概念

模拟仿真技术在高职院校实验教学中的到了广泛的应用, 模拟仿真技术的概念就是将客观不存在的或者存在的事物, 通过计算机技术, 形成一个虚拟的环境, 让用户感受它的存在。

1.2 模拟仿真技术的特点

模拟仿真技术是借助计算机实现实验因素的电子系统化, 因此它具有以下特点:学生通过在计算机中进行电路实验设计, 通过模拟仿真技术可以检验与分析实验的结果, 以此分析学生的实验设计是否科学;学生在进行创新性实验方案设计前可以通过模拟仿真技术对设计的方案进行检验与分析, 以此确定学生设计方案的可行性, 这样就会减少实验仪器的损坏和元件的消耗, 进而节省了资源;高职院校的实验室本身就存在资源紧张的问题, 而模拟仿真技术可以缓解此问题, 学生在实验前通过模拟仿真技术可以提前预演实验步骤, 进而知道了在实际过程中应该注意的问题, 这样就会降低了操作失误而引起的实验事故发生。

2 模拟仿真技术在电子电工实验中的作用

模拟仿真技术的应用对于高职实验来说具有积极的作用, 一是有助于降低实验费用、提高实验的效率, 二是有效保障了学生的人身安全、激发激发的创造力等。

2.1 有利于维护设备和保障学生人身安全

高职电子电工专业的实验需要常常用到电流电压, 而电流电压的应用对于实验者人身安全会造成一定的威胁, 比如学生在连接电流的时候, 出现连接部位不正确的话, 就有可能导致线路出现短路, 进而引发火灾等, 给学生的人身安全造成威胁, 同时学生的不规范实验操作, 就会影响实验设备的功效, 比如在进行逻辑电路实验的时候, 如果芯片的安装不正确的话, 就会导致芯片烧损, 轻则影响电路实验结果数据的丢失, 重则影响实验设备的正常使用, 甚至会威胁到人身安全。而实施模拟仿真技术后, 通过计算机EW B软件对电子电工实验进行仿真, 学生的实验是在计算机虚拟的软件中进行操作, 这样就避免了因为操作失误而引起的设备损坏、学生人身安全受到威胁的现象发生。

2.2 有利于降低教学费用支出, 提高教学效率

传统的电子电工实验需要高职院校购买大量的实验设备和器材, 并且要构建相应的实验室, 而所有的这一切都需要高职院校投入大量的资金, 而且实验设备的日常维修也需要高职院校提供一定的维修费用, 学生在进行实验前需要准备相应的实验器材, 在实验中需要随时观察学生的实验步骤, 尽可能地避免学生出现操作失误, 而学生完成实验后, 也需要教师对各种设备进行清点, 这些工作有需要高职院校投入一定的人力资源, 但是高职电子电工实验在应用了模拟仿真技术后只需要安装EW B软件就可以解决上述的所有问题, 因为EW B软件不仅能够提供实验的环境氛围, 还能够提供广泛的实验元件, 学生可以通过EW B软件平台从事各种电子电工实验, 而且此种软件系统还具有分析功能, 可以根据学生的仿真实验对学生的实验操作方案进行分析预评价, 这样就会缩短了学生获取正确实验的时间, 为高职院校节省了大量的实验设备支出费用, 提高了学生的学习效率。

2.3 通过模拟仿真技术可以实现实际不能完成的实验

电子电工实验的目的就是要通过实验分析电子电工技术在不同的电路中或者电路发生故障所出现的状况表现, 因此要想分析电路故障现象, 就必须要具备相应的电路设施, 这些实验在理论上具有可实现性, 但是需要分析这些故障, 找准这些故障, 并且要提供相应的元件, 可以说在实际的实验中是不现实的, 但是模拟仿真技术则可以实现, 首先将这些实验数据按照EW B软件系统要求进行设置, 其次改变EW B软件的元器件的数据参数就可以进行相应的实验了。

2.4 克服电子电工实验器件不足的缺陷

电子电工技术的发展速度非常的快, 电子电工元器件的数量、型号也非常的多, 不同的型号、参数元器件具有不同的适用范围, 高职院校受到资金、制度等各方面的限制, 高职院校的电子电工实验室不可能也没有条件购买各种不同型号、参数的元器件, 而是简单的购买了一些常用的元器件, 这样就会导致一些电子电工实验因为缺乏相应的元器件而导致试验不能进行。而EW B软件就能够解决这一问题, EW B软件系统中具有上千种元器件模型, 而且这些模型包括的种类非常多, 而且通过EW B软件系统还很好查找出不同的元器件, 而且EW B软件软件中所具有的仪器功能与现实的仪器功能更加全面系统, 这样一些在现实中没有的仪器可以通过模拟仿真技术实现, 进而弥补了高职院校实验器材短期的问题。

2.5 有助于提高学生的创造能力

传统的电子电工实验由于实验室制度的约束、实验器材的短缺以及实验安全保护措施的不到位, 使得学生在实验室进行电子电工实验时, 他们不能全身心的投入到实验中去, 而是要留一部分精力关注一些其它的事情, 这对于学生的实验激情培养, 激发他们的创造能力非常的不利, 而模拟仿真技术则可以避免学生过分担心与试验无关的因素, 学生可以在EW B软件系统中随意的进行各种电子电工实验, 而且实验因为元器件的短缺而影响实验的开展, 这样学生就可以将全面的心思放在实验中, 学生就有足够的时间思考与实验相关的问题, 这样就会激发他们的创造激情, 有利于学生的动手能力的提高。

3 模拟仿真技术在电子电工实验中应用

3.1 具体案例

比赛中经常使用的抢答器, 就是根据模拟仿真技术而制作的, 它的工作原理就是当一个人抢下开关后, 相应的灯就会亮。而当这个灯后, 第一个抢答的并不需要一直摁着灯, 其余的人也可以抢, 但是并不影响第一轮抢答的结果。因此抢答器就是利用EW B软件的查找窗口, 查找需要的电路设计元件, 在查找了相应的电器元件后就需要进行电路连接图、电路连接图对于模拟仿真技术来说具有重要的作用, 因此要对于不正确的电路连接进行及时的修正, 然后就要利用模拟仿真分析抢答器的设计是否合理。

3.2 结论

通过模拟仿真技术在寄存器中的应用, 我们可以清楚的知道模拟仿真技术在电子电工实验中应用的重要性, 也认识到了模拟仿真技术在高职实验中的应用范围之广泛。

4 结束语

高职电子电工专业使用模拟仿真技术进行实验可以改变传统实验中的许多弊端与问题, 比如避免了元器件的损坏、实验设备参数修改不便的局限等, 而且模拟仿真技术进行的电子电工实验所取得的效果与实际实验效果不相上下, 因此在高职院校开展模拟仿真技术实验对于发展高职电子电工专业的实验、提高本专业学生的实践技能等都有着积极的促进作用。

摘要：实验是高职教学体系的重要组成部分, 实验在电子电工教学中占有重要的比例, 它是锻炼学生实践能力的重要手段与途径, 但是由于人工操作电子电工实验设备很容易引起设备的损坏, 而且对于学生的人身安全也会构成一定的威胁, 而通过模拟仿真技术可以营造一种虚拟的实验环境, 使得电子电工实验更加生动、形象。

关键词：虚拟仿真技术,实验,作用

参考文献

[1]温雯, 高歌.高职院校实践教学中EDA仿真技术的应用[J].北京电力高等专科学校学报, 2010 (19) .

[2]杨胜群.VERICUT数控加工仿真技术[M].清华大学出版社, 2013 (7) .