计算机仿真技术及应用范文

导语：如何才能写好一篇计算机仿真技术及应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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[关键词]计算机仿真 计算机模拟 虚拟

中图分类号：U73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0235-01

随着计算机技术和网络技术的飞速发展， 计算机仿真技术和虚拟现实仿真在各行各业得到了广泛应用， 使用计算机进行仿真的研究和应用也是如火如荼。计算机仿真 （Computer Simulation）又称计算机模拟 （Computer Analogy）， 它是分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法， 是系统仿真的一个重要分支。系统仿真就是建立系统的模型，并在模型上进行实验的过程。系统仿真技术实质上就是建立仿真模型并进行仿真实验的技术。因此， 通俗的说， 计算机仿真就是指在实体尚不存在、或者不易在实体上进行实验的情况下， 对考察对象进行建模， 然后通过计算机编程考察对象在系统参数以及内外环境条件改变的情况， 达到全面了解和掌握考察对象特性的目的。本文主要在介绍计算机仿真技术的基础上， 谈谈计算机仿真技术的应用。

1、计算机仿真技术的综合概述

1.1 计算机仿真技术的定义

计算机仿真系统是建立在现实理论和相关技术的基础之上的，其中包括信息处理技术、计算机技术以及控制理论、仿真理论等。它是以计算机为载体，以其他物理设备为主要工具，通过建立仿真模型对现实系统进行动态试验，并结合相关学科知识和信息资料对动态试验的结果进行分析和研究，以此对抽象问题做出决策。计算机仿真技术已经成为一门新的学科，是利用计算机技术和仿真理论来研究问题对象的重要技术手段和方法。

1.2 计算机仿真技术的发展

自从计算机仿真技术诞生以来，就受到世界各国的广泛关注和高度重视。它是以计算机为基础，根据问题对象的实际要求，建立真实的数学模型，并将其转换成仿真模型。在不同的决策问题下，利用计算机系统来演示运行状态，从而将抽象问题真实地展现在计算机系统显示器上，它涉及计算理论、控制理论以及各种实际系统的专业理论知识，并且综合多学科领域的一项综合性技术。当前，计算机仿真技术在国防、能源、交通、航空航天等军事领域和其它领域得到广泛的应用。计算机仿真技术起源于美国，后来被多个国家引进和推广，并且将该项技术列为国防军事重点发展的关键技术，由此可见，计算机仿真技术在现代科学技术领域中的地位和作用。

2、计算机仿真的步骤及关键技术

计算机仿真的步骤一般为：（1）建立数学模型。应考虑观测数据的表达和专家的经验，利用各种手段对计算机进行分析，建立一个特有的数学模型。（2）数据模型的程序化。利用先进的自动编程软件，进行交互操作，完成数据模型的程序化。（3）仿真实验。在仿真实验之前，应提前设置一套详细的实验方案，根据具体的要求进行仿真模型的运行，以达到实验的效果。

目前，计算机仿真计算的关键技术主要包括：（1）智能仿真。通过先进的科学技术，把人类的思维行为植入整个仿真过程中，以知识为核心进行不断的研究、开发，使人工智能和仿真技术有机的结合起来，仿造出与现实相近的景物和物体，以满足现代人们生活的需求。（2）面向对象的仿真。由人们的主观意识，通过功能设计研究开发，整合为图片、动画，以实现对象能够清楚的获取信息，引起系统的活动。（3）人机和谐仿真。从可视化仿真、虚拟仿真和多媒体仿真多个角度反应出计算机仿真的实际作用。（4）分布交互仿真。利用现代计算机网络技术可实现多方面仿真设备的互连，使时间与空间相互的配合，以达到一种虚拟的仿真环境。

3、计算机仿真技术应用

计算机仿真技术首先在军事领域得到应用的，目前，它在军事和民用领域得到了广泛的应用，以下我们主要讨论其应用的几个主要方面：

3.1军事领域。主要运用在虚拟战场、战场的战术使用训练、战场评估、武器对抗效能评估等。目前这方面的仿真软件有国内神州普惠的 DWK。

3.2航空航天领域。主要仿真对火箭发射、卫星释放、太空行走、嫦娥登月等计算机仿真试验。

3.3教学领域。如通过计算机网络试验仿真和教学试验仿真可以让学生通过观看网络运作动画、分析网络性能结果和设计简单网络实体，更容易、深入地理解网络协议和算法的复杂行为，收到更好的教学效果。

3.4工业制造行业的仿真。如机械加工过程，是机械行业进行生产的基础。利用计算机仿真，有助于发现其机理，为提高机械加工性能提供理论支持。主要包括：汽车制造是机械行业、齿轮设计方面、磨削方面、故障诊断、在疲劳寿命判断、于刀具设计、微钻头设计、渗碳层浓度分布、含间隙机构、空调制冷系统的研制和包装机械的开发等。

3.5气象预测领域。这是一个典型的无法进行物理模型试验的领域，计算机仿真技术成为气候变化、气候预测的唯一手段。

3.6社会系统仿真。利用仿真技术可有效的分析我国人口的浮动对社会造成的影响。

3.7医学领域的仿真。计算机仿真技术以应用与医学领域，通过具体的模型，进行模拟操作，可实现手术科学化、精确化，服务于民。

3.8经济管理领域。通过搜集各地方财政收支、股市等运行情况，进行系统化分析，通过计算机仿真技术，可实现国家经济的宏观管理。

3.9城市建设领域。利用计算机仿真技术可实现城市建设领域的仿真，使人们更好的了解当地交通运行情况，进而实施有效的规划。

4、结语

随着计算机技术的不断发展，计算机仿真技术在未来的发展道路上将进一步完善和提高，这是计算机仿真技术发展的必然趋势。因为，仿真技术是以计算机为基础，加上计算机技术和通信技术的相互融合，进一步促进了社会现代化、信息化发展，在此基础上，计算机仿真技术必将得到飞速发展。由此可见，计算机仿真技术的应用领域不断扩大，而且应用效果越来越好，必将成为当今计算机领域发展的新面孔。

参考文献

[1] 张芹. 计算机仿真技术在教学中的应用探讨[J]. 科协论坛（下半月）. 2008（03）

[2] 龚小刚. 计算机仿真技术及其应用[J]. 硅谷. 2008（16）

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关键词：云；仿真；教学

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

1 引言（Introduction）

基于云技术的高校计算机仿真教学模式是一种新型教学模式，能够将理论与实践有效结合，是未来教学形式向智能化方向发展的基础。以强大的云技术为依托平台借助于计算机多媒体技术的仿真教学方式，教师在教学过程中使用新型的教学思想进行教学设计，用虚拟的仿真教学情景给学生建立一个开放式的学习环境，能充分调动学生的感官、思维等全方位的因素参与到其中，培养学生的全局思维能力和解决问题的能力，能极大提高学习效率[1]。基于云技术的高校计算机仿真教学模式实现了理论―实践―理论的同步仿真，实现了理论实践的结合，提高学生的动手实践能力和理论应用于实践解决实际问题的能力，促进学习与就业的有机结合。

2 计算机仿真教学现状（Present situation of

computer simulation teaching）

根据多年的高校教学实践研究表明，教学中把就业岗位对学生知识结构的要求作为依据，重视培养学生的动手能力，以知识本位向能力本位的转变为目标，进行教学内容和方法的整合，对于增强学生的学习兴趣、提高学生的实践技能、增强职业竞争能力、提高教学质量有重要意义。计算机仿真教学模式能够真正激发学生的创新思维，帮助学生构建更灵活、更深层次的知识结构体系。有试验结果表明：仿真教学与传统教学进行比较，多数学生在仿真教学环境中学习可以记忆整个课程多于2/3的内容，而在传统教学模式下只能记忆不到1/3的内容。凭借云技术的强大存储功能等，使用计算机仿真模式进行教学，教师引导，学生身临其境，调动学生的积极性，学生自学并反复试验，提高学习能动性，增强创新意识。基于云技术的计算机仿真教学将理论与实践真正相结合，将为高校教学发展带来新的方向。

现代计算机技术的普及带动了仿真技术的发展。仿真技术已经能够使用科学方法建构复杂的物理模型提示真实世界的变化规律，在许多领域进行应用。仿真技术已在世界范围内许多知名高校的研究等领域中应用；计算机仿真教学在国内外的许多课程中进行过使用；在我国高校中，应用基于云技术的计算机仿真教学是一种新的教育理念，各高校正在进行积极的探索。2014年4月22日在北京召开了首届京城高校虚拟仿真实践教学研讨会，提出成立首都高校虚拟仿真联盟，建立推进虚拟仿真实践教学和首都高校间资源和经验分享的平台[3]。在我省高校中，计算机仿真教学还处于比较落后的起步阶段，这种新型的教学模式为学生及专业教师提供了教学和研究的新平台，延展了创新的想象空间，有很大的发展空间和很好的发展前景。

3 基于云技术的高校计算机仿真教学应用――以

电子商务课程为例（The application of computer

simulation in teaching of cloud technology―a

case study of EC courses）

3.1 电子商务课程的教学现状及存在的问题

电子商务专业虽然已经出现多年，但国内高校没有形成系统完整的专业理论体系。当前高校电子商务专业的教学中然而存在一些不可忽视的问题：课程设置方面。因为缺乏对电子商务相关实际应用的理解，在许多高校中相关课程设置具有极大的随意性，多数只是把相关商务、管理和电子技术方面的课程进行简单的罗列堆砌，不能适合电子商务专业实际需求。专业师资队伍方面。国内高校中从事电子商务教学的教师大多是抽调出来的经管或计算机类教师，知识不够系统专业，缺乏电子商务专业实践经验，很少参与实际电商企业的项目运作，讲授专业课程时不能达到专业知识的外延和拓展。专业实践方面。电子商务专业是一个新型的跨学科的综合专业；培养的是能系统掌握电子商务专业的理论知识和技能、熟悉电子商务业务流程并能从事电子商务活动的应用型复合型人才。虽然许多高校正在加强实训教学，但多数缺乏针对专业就业的连贯性，不能很好的达到针对专业就业的实训目的。

3.2 电子商务课程中基于云技术的计算机仿真教学模式

的构建

使用基于云技术的计算机仿真教学模式能够为学生构建一个虚拟的仿真模拟环境，模拟电子商务的各项活动，具有仿真性、可操作性和适应性强的特点[2]。学生借助于云端存储的相关软件环境模拟实际电子商务项目环境，模拟参与电子商务实务活动；计算机软件的操作便捷人性化；仿真教学环境能够作为与专业相关课程的实训环境，提高实践技能。根据岗位群开发仿真教学课件，根据专业实训的培养要求进行课程设计，基于云技术开发仿真岗位模拟场景和符合教学需求的互动式教学应用平台，为培养学生的实践动手能力提供更理想更完善的方案。从就业岗位对专业人才知识结构的要求出发，以项目教学为主线进行课程实训内容的整合，采用情景模拟和计算机辅助教学为主要手段。借助于云的强大存储功能平台，针对专业课程内容和特点遵循专业方向和教学内容。计算机仿真和真实装置相结合创建教学的仿真物理场所和软件环境（存储于云空间即用即取），以就业为导向，用实验、见习、实践的方式进行实践模拟，注重安全要求，集中管理，联合开发，实现资源整合与优化。考核上，仿真模拟教学完成整体项目的过程中，专业技能鉴定与考核等领域以学生的表现为主，附带平时成绩，最终作为评定等级的依据。

基于云技术的高校计算机仿真教学可以解决电子商务专业教学上存在的问题，教学系统平台存储于云端，使用三维建模方式模拟电子商务实践环境，数据量小、速度快、精度高、互动性强。平台提供了电子商务专业课程教学中真实模拟互动性的教学和实践环境，让学生在亲身实践的过程中提高学习效率。学生通过实际操作，认知并掌握相关专业知识，通过岗位角色扮演来体验相关工作流程和岗位职责。凭借管理模块任课教师可以掌控教学过程和学生操作情况，进行必要的控制和引导。通过教学系统平台的考核模块教师可以对每个学生进行跟踪及考核评价。

3.3 电子商务课程中基于云技术的计算机仿真教学的具

体应用

高校电子商务专业教学中使用基于云技术的计算机仿真教学，常见的方法包括：课堂演示，情景模拟，认识实践等。以电子商务专业教学为对象，针对专业性质和教学特点进行具体的规划。凭借云技术的基于网络的仿真教学系统平台、课件、资料库、仿真实训的教学软件（包括教学过程的多媒体课件；操作仿真技能的训练；模拟实际专业岗位的各种学习和工作环境等）；教师和学生在网络PC终端登录使用云空间里存储的相关教学资源；在同一个网络多媒体机房，合法用户可以进行不同的实训练习；集中管理各种资源更安全，添加、修改、上传、下载等使用更方便。

构建电子商务交易的真实过程和相应的计算机仿真教学系统，多媒体网络机房能满足现有各种仿真培训系统的要求（电商方、客户方、物流配送方、第三方等）。实现仿真系统与真实电商系统在线连接，将数据通过网络传输到系统中，将系统中的数据信息与真实数据信息进行比较，指导学生的操作。软件技术和Internet支持平台运行，教师与平台中学生实时沟通，实现电子商务完整交易过程的各环节的实时动态信息和数据的交互。采用局域网和Internet结合使用的模式可以方便的对仿真平台系统进行扩充和统一维护管理。包括进行用户注册、远程登录、调试等，所有资源以云技术在“云端”共享。 以淘宝、天猫商城等作为实践平台进行仿真教学的案例，如以现有的已经开设的淘宝商铺作为仿真系统中的模拟电商方，学生分组形式进行仿真系统的岗位模拟：部分学生注册淘宝会员并用账户和密码登录作为仿真系统中客户方，部分学生登录商铺作为仿真系统中电商方的客服，部分学生作为仿真系统中电商方的库存管理员，部分学生作为仿真系统中下订单后的在线支付（经过支付宝作）或者电子银行系统（快捷支付）为第三方，部分学生作为模拟的仿真系统中的物流配送方，部分学生作为仿真系统中电商方的售后服务客服方等，模拟各个环节的进程，最终完成项目形式的电子商务完整交易。具体包括：收集相关资料，进行学生分组；申请并注册开设电商方（如淘宝）店铺，注册客户端用户、注册支付宝账户等；制定仿真电商交易完整方案；进行仿真系统进程，学生按部就班地进入岗位角色，展开电子商务过程；教师的总结点评，教学内容的延伸等。

4 结论（Conclusion）

构建基于云技术的高校计算机仿真教学模式和工作平台，完成高校实训资源网络版的整合，体现专业特点直接面向就业岗位激发学生的学习兴趣，注重培养学生的实践能力，为学生提供自学平台，培养团队合作精神，提高了学生的学习能动性，增强学生的创新意识。计算机仿真的教学环境由虚拟环境平台产生和提供，让学生通过角色扮演和操作体验与仿真系统平台进行交互，学生能够全身心投入进行各个工作岗位模拟。基于真实数据模型构建的仿真教学环境的严格遵循电子商务实际项目的标准和要求，建立逼真的环境和场景，对设施进行真实的“再现”，能使学生在仿真环境中进行充分的人机交互和实际参与，减少因为知识掌握不全面可能造成的各种损失等，提高了项目任务的学习质量。通过在高校电子商务专业课程教学中试行，基于云技术的计算机仿真教学模式能够带来更好的教学效果，提高学生的学习效率，是一种能够实现理论联系实践的具有综合作用的新型教学手段。

参考文献（References）

[1] 邢敏，黄岚.计算机模拟仿真教学的研究实践[J].现代教育科

学，2007：152-153.

[2] 姜国新.仿真技术在电子商务教学中的应用[J].现代经济信

息，2010：145.

[3] 中视典数字科技.首届京城高校虚拟仿真实践教学研讨会

召开[EB/OL]. http：///article/news/1180.

html 2014-04-30.

作者简介：

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【关键词】计算机仿真软件 电力电子技术 应用 方法

电力电子技术在电力领域占据着举足轻重的位置，在变换、控制电能方面发挥着不可替代的作用。当前，电力电子技术发生了变革：半控转变为全控。电路日趋繁杂的形势，给生产实践带来了严峻的挑战。近年来，计算机仿真软件在电力电子领域获得了广泛的应用，并取得了一定的成绩。实践证明，计算机仿真软件的导入，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等提供强有力的仿真环境。文章从常用计算机仿真软件；常用计算机仿真软件的特点；计算机仿真软件在电力电子技术领域的应用方法三个方面进行了详细探讨。

1 常用计算机仿真软件

计算机仿真技术是在现代信息技术的基础上发展起来的一类综合性技术，包括信息技术、网络技术、图形及图像处理技术、多媒体技术、软件技术、数据分析处理技术、自动化技术以及系统工程技术等，其目的是对系统的设计方案和运行进行了解。目前常用的计算机仿真软件有MATLAB、pspice、PSCAD等。其中，MATLAB计算机仿真软件的应用环境主要有科学计算、可视化等，其功能全面，能够满足各个行业建模仿真的需求。对于MATLAB而言，Simulink是其核心组成部分，其可以构建出集综合分析、仿真等于一体的工作环境。pspice用于模拟电路、数字电路和集成电路的仿真。具有电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路。PSCAD计算机仿真软件除了可以简易模拟直流输电系统及其他相关控制系统等复杂电力系统之外，还可以对研究电力系统电磁暂态模拟产生积极的作用。此外，其与实时数字模拟器RTDS硬件的联合使用可用于研发模拟器，例如：大型互联电力系统。

2 常用计算机仿真软件的特点

2.1 图形界面友好，操作简单易用

在使用过程中，计算机仿真软件大都表现出图形界面友好、操作简单易用的特点。具体操作时，点击、拖曳相应的功能模块，并依据电气联结关系进行连接。实践证明，其不仅操作简便，而且与电力电子技术知识存在着很强的联系。对于学习者而言，只要具备基本的计算机软件、电力电子技术知识，就能够迅速掌握应用技巧。

2.2 建立仿真工程的步骤相似

在实际操作中，这些计算机仿真软件的工作步骤存在着共性，换句话说，其工作步骤相似。通常，其计算机仿真软件工作步骤主要由建立仿真工程文件、电气连接元件、运行仿真操作、分析仿真数据等构成。

2.3 节省物力

所谓的节省物力指的是事件及仪器设备。一般来说，计算机仿真软件应用于正式设计实际电路之前，通过随意设置电路参数、更换电路元件等实验，以对设计进行分析，从而提高设计的科学性、合理性。与此同时，计算机仿真软件还在简化实际电路操作步骤方面具有一定的作用，对提高设计人员工作成效颇有益处。

2.4 软件升级迅速及时

通常，计算机仿真软件在升级方面呈现出迅速、及时的特点，换句话说，伴随着科学发展而发生变化。经调查发现，新能源的迅猛发展带动了计算机软件的发展，主要表现为模型（风机、光伏发电等）的增加。此外，计算机仿真软件为满足用户日益增长的需求，其版本亦不断优化、升级。

3 计算机仿真软件在电力电子技术领域的应用方法

3.1 计算机仿真软件在电力电子技术模拟方面的应用方法

在晶体管三极管电路实验中，其参数的一致性较差，极易导致实验数据产生误差。而将计算机仿真图形的引入，对检验误差大小、观察瞬时电路参数等有所帮助。此外，计算机仿真软件在实现改变元件参数值环节中毋须替换电子元件，并可以在相同时间内观察到更多特性曲线的变化在实际操作中，可通过改变局部电路参数，带动其输出特性发生变化，进而更好地观察电路变化、学习、掌握电力电子技术应用技巧。

3.2 计算机仿真软件在电力电子技术原理图设计方面的应用方法

实践证明，计算机仿真软件在电力电子技术原理图设计方面发挥着巨大的作用。笔者以“晶闸管三相桥式可控整流电路设计与仿真”为案例进行分析。在设计过程中，计算机仿真软件的导入除了降低了人的劳动强度，还提升了分析、设计能力，从而确保原理图存有较小误差。此外，其还能“降本增效（控制设计成本，加速设计进程）”。

就计算机仿真软件（MATLAB、PSIM、PSCAD等）具体操作而言，其包括根据设计电路搭建仿真模型、设置参数进行仿真、变换触发角分析波形等环节。其中，搭建仿真模型分为建立仿真文件，提取电路、器件模块，构建系统模型三个部分。仿真参数设置主要体现于电源参数、三相晶闸管整流器、6脉冲发生器设置变步长算法等方面。变换触发角分析波形，通过改变不同的控制角，观察记录输出电压指的变化：阻性负载、阻感性负载等。由此可见，计算机仿真软件的引入，省略了以往较为繁琐的绘图、计算过程，可直观、迅速作出相应的分析等，大大降低了电路设计的周期，同时亦提高了设计质量。

4 结束语

总而言之，计算机仿真软件在电力电子技术领域中发挥着极其重要的作用。当前，计算机信息技术迅猛发展、电路日趋繁杂，为满足用户不断增长的需求，电力电子技术方面的编程语言取得了长足的发展――计算机仿真软件蓬勃兴起。计算机软件具有图形界面友好，操作简单易用；节省时间及仪器设备；软件升级迅速及时等优点。计算机仿真软件的存在，对降低电力电子技术设计、运作成本，缩短设计周期等具有积极的意义。希冀相关人员能够加强自身学习，以掌握应用计算机仿真软件的技巧，进而提升我国电路系统质量。

参考文献

[1]裴云庆，段雅莉，王兆安.电力电子系统的计算机仿真及参数优化算法[J].西安交通大学学报，2009，11（20）：221-223.

[2]晶闸管模型及其电路的计算机仿真[J].南京航空航天大学学报，1991（4）：91-98.

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关键词：计算机仿真技术；电力电子电路；电力电子系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-01

就现阶段而言，计算机技术已经渗入到各行业及领域当中。计算机仿真技术在电路与系统分析中的应用对电力电子技术领域相关产品的生产及技术的开发有着十分关键的作用，这是因为该技术的应用能提高电力电子领域技术人员的专业知识、提高电路设计的完善性以及改进相关产品的性能等。因此，文章将对计算机仿真技术的概念和应用进行介绍，并对该技术相关优化提出建议。

一、计算机仿真技术的简介

计算机仿真技术是在现代信息技术的基础上发展起来的一类综合性技术，该技术综合了原理相近的不同专业领域的多项技术，包括了信息技术、网络技术、图形及图像处理技术、多媒体技术、软件技术、数据分析处理技术、自动化技术以及系统工程技术等，其目的是对系统的设计方案和运行进行了解。计算机仿真技术具有涵盖量广、应用范围大、自动集成化高等特点，目前常用的计算机仿真软件有matlab、pspice、saber等[1]。

二、计算机仿真技术在电力电子电路与系统分析中的应用

（一）电力电子电路及系统的简介

电力电子电路系统主要由电力电子主线路、控制电路以及异步电动机等几部分组成。其中，主线路包括了理想供电电源、受控供电电源、电力电子部件、电阻、互感电感器以及电容，控制电路包括了信号源、代数运算、快递函数以及输出等几大模块，异步电动机主要包括直流电动机及交流电动机。

（二）计算机仿真技术软件的应用

单相boost功率因数矫正电路是电力电子领域的典型电路工作原理图，现就pspice及Power System Blocksets两种计算机仿真软件在该电路中的应用做出阐述。

1.Pspice仿真软件的应用

根据电路原理图在Pspice软件中建立仿真电路图，并采用开放电压环控制，对仿真电路波形进行绘制并分析，并根据分析结果对电流与电压的跟踪输入情况进行判断，最后对电路的功率因数进行校对。

2.Power System Blocksets仿真软件的应用

在仿真软件中建立电路系统模型，包括功率电路以及控制电路的模拟图，使用双闭环电路控制系统、内外环电压环对电路进行调节与控制，得出仿真电路波形图并绘制出来。根据所得出的仿真结果，对输入电流量、输入电压量进行跟踪分析，从而对功率因数进行矫正。

（三）几种计算机仿真技术软件的对比

就现阶段而言，在电力电子相关领域中应用频率较高、应用范围较广的计算机仿真软件之一是Pspice，该仿真软件实现了仿真电路与原电路理论设计图紧密连接，基本上实现了电力电子电路的动态仿真和系统分析。由于该仿真软件中的电路原件的建模特点与实际电路原件的特点相似程度较高，且该软件的仿真电路波形与实际电路测量所得的结果误差率较低，因此该仿真软件在电力电子电路及系统分析中的应用对于电路的设计起到了指导性的作用。另一方面，由于该软件的数据处理规模大并复杂，因此在实际应用过程中，该软件的运行速度不高，对系统分析的效率造成了影响，从而阻碍了该软件的进一步推广。

除了Pspice之外，Power System Blocksets是一款在Matlab的Simulink图形图像处理基础上建立起来的大规模计算机仿真软件，该软件使用方便，且基本上满足了目前电力电子电路仿真的要求[2]。该软件具有操作方便、数据分析效率高、处理精准、兼容性高等特点，现已经在电子电力领域得到广泛应用，并逐渐代替Pspice软件。

三、计算机仿真技术在电力电子电路与系统分析中应用的优化建议

在使用计算机仿真软件建立电力电子电路及系统模型时，由于各类仿真软件的智能性和自动化程度高，因此在建模时只需要在建模窗口中加入所需要的板块、调整好相关参数并接好线路即可。然而，在操作过程中应当注意以下几方面问题，以提高仿真的准确程度。

首先，在电力电子线路连接过程中要注意线路连接的完整性。在线路连接完成后要注意各个连接部位箭头的变化情况，当单箭头转变为加粗加黑的箭头时，即为连接完成。

第二，避免供电电源以及变压器短路。在供电电源与变压器之间设置隔离装置，注意各个部分的公共连接部位，防止短路，必要时可以采用接地模块或总线模块。

第三，关闭后台窗口。在建立电子电力系统模型的过程中，要注意仿真软件中是否有暂不使用的后台窗口，包括输入端子以及输出端子，此时需要采用接地模块及终止模块分别对其进行关闭，以免仿真软件发出警告提示或故障。

第四，对相关参数进行调节。由于电力电子系统的模型建立与实际电路存在的差距，因此在应用仿真软件进行建模时要调节好相关参数，包括仿真的初始时间、仿真结束时间、仿真计算方式、仿真过程中误差范围、步长参数等。在对这些参数进行设定与调节时，要根据所需创建的电力电子系统模型而改变，以提高仿真结果的准确性。

四、结束语

综上所述，计算机仿真技术是新时代科学技术发展的产物，将其应用于电力电子技术领域中能显著提高电力电子电路的运行效率，并简化电力电子系统的分析过程。

参考文献：

[1]裴云庆，段雅莉，王兆安.电力电子系统的计算机仿真及参数优化算法[J].西安交通大学学报，2009，11（20）：221-223.

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关键词：计算机；虚拟仿真技术；应用

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-01

The Analysis of Computer Virtual Simulation Technology and Its Applications

Meng Qingchao

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

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

Keywords:Computer;Virtual simulation technology;Application

一、计算机虚拟仿真技术的概念

虚拟仿真技术又叫视景仿真或者虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)，是指运用计算机技术为核心，采用现代高科学技术制作出栩栩如生的触觉、听觉、视觉一体化的虚拟环境，用户借助相应的工具以自然方式与虚拟客体进行相互影响、交互作用，从而产生身临其境、感同身受的体验和感受。虚拟现实是融合了信息与人的一门科学，是一些三维的交互式计算机为核心而生成的环境组成。这些环境可以是想象世界中的模型，也可以是真实的，其作用是运用人工合成的各种经历或环境来表示知识与信息。虚拟现实技术可以使抽象或复杂系统的概念变成确切含义的符号。

二、计算机虚拟仿真技术的应用

（一）在多媒体教学中的应用。在教学过程中，多媒体课件被越来越多的应用与教学。设计人员依据教学内容的信息和自己的创意，对教学内容分类组织，并综合各种动画、声音、图形、文字等多媒体素材，制作许多种多媒体课件进行教学。多媒体课件具有良好的共享性、极大的交互性、丰富的表现力三大特征，因此产生了多种多样的教学方式方法。制作课件的常用工具有flash、authoware、director、PowerPoint等软件，但是他们有存在不同程度的缺陷，例如authoware课件表现行较差，不能制作出很完善的动画；PowerPoint课件交互性不强，只能作为展示各种资料的工具。虚拟现实技术因其很好的想象性、沉浸性和交互性，因此逐渐地被应用于多媒体课件的开发中。在教学过程中，虚拟现实技术主要运用在分布式虚拟现实和桌面虚拟现实，由于沉浸型虚拟现实的设备设施非常昂贵，因此在教学中很少运用。在多媒体课件开发中，虚拟现实技术的应用主要是开发虚拟实验室、制作三维课件以及仿真实践训练。

（二）在计算机组装中的应用。计算机组装有着较强的实践性和直观性、操作性，因此，计算机组装实验在计算机组装教学和计算机研发中有着极其重要的作用，而在计算机组装实验中，往往由于相关设备的不足和计算机部件翻新较快的缘故，从而使得计算机实验操作具有一定的难度，影响了实验的效果。通过虚拟现实技术对计算机组装实验中的各种设备硬件进行仿真模拟，从而建立计算机组装虚拟实验。计算机组装模拟实验系统主要是通过VRML技术，让实验操作者利用人机界面对虚拟的现实环境中各种计算机设备硬件进行组装。整个计算机组装模拟实验系统一般包括了计算机各部件设备的三维浏览、各设备之间的组装过程演示和计算机设备的组装实验，同时也包括了实验说明。其中，实验说明主要是为了介绍整个实验的目的、原理以及实验过程中应该注意的事项及所用的各种实验仪器等等；计算机各部件设备的三维浏览是指通过VRML对计算机各设备部件进行三维仿真，从而能使参与实验的人可以在任何参观地点进行多角度的详细观察，在计算机的有关设备部件发生更新后，其可以即时地对虚拟系统中的相应虚拟设备进行修改，从而降低了现实实验中更换部件设备的经济负担。

（三）在城市、小区视景规划中的应用。在城市、小区视景规划中，仿真建模是最为基本的环节。通过虚拟仿真技术将想法付诸理论现实。在视景仿真项目的开发过程中，其最重要的工作是虚拟模型的建立以及特效纹理与音效的制作工作。其具体的制作过程如下：我们往往选择以运行于SGI320桌面图形工作站的MAYA软件为主来完成。建成的模型生成模型库则通过在多媒体计算机中运行的CULT3D软件来执行三维交互查询和显示；并且通过在多媒体计算机中运行的director软件来进行模型库的调用和存储以及三维交互浏览的集成。同时，特效纹理和声效的制作也能通过以上在多媒体计算机环境下运行的软件进行制作，并且可以将其获得的结果变成数据库格式进行储存，从而促使便于浏览和检索的特效模型数据库的建立。最后，进行实景仿真，可根据仿真所需的具体要求，通过交互式视景仿真驱动软件EASYSCENE进行特效和模型的调用并对其进行高速逼真的仿真环境显示以及模型交互操作的实时响应。

如武汉市南湖大道旁的津发小区，对其实景仿真的开发过程进行介绍。在其中，精细实际的尺寸模型、真实DEM匹配、坡地别墅、蜿蜒贯穿的水系、森林级绿化、繁华的交通、模拟云雾，是该小区仿真项目的表现特点。如图所示：

其所涉及到的技术有：1.视点定位、相机动画；2.多维子材质；3.混合纹理材质；4.HDR实时反射水面材质；5.仿云雾效果；6.描边轮廓效果；7.地形碰撞检测；8.立方盒天空节点；9.喷泉、烟例子系统；10.3D音效。

参考文献：

[1]冯允成.虚拟现实仿真技术及在计算机装配中的应用[J].北京计算机技术大学学报,2010,27(2):213-216

篇6

［关键词］计算机仿真；电路原理；教学

利用计算机科技成果而建立起来的计算机仿真技术，可以在一定的实验条件下，自动建立电路方程，开展各种动态模型的实验工作，并且可以应用动画与图形等形式进行表现，是一项受环境约束少、具有较高效率的综合性技术。将计算机仿真应用在中等职业技术学校电路原理教学中，不仅有利于学生对这门课程的学习，而且还有助于拓宽他们的知识面，对学习电子信息领域的其他后续课程具有十分有益的作用。

一、计算机仿真技术的具体特点

（一）可以提供简单有效的实验方法

在实际的教学过程中，应用计算机仿真技术，可以将一些仪器以及图表等结合其实际的情况进行详细的绘制，有利于学生更加准确与直观地学习，并且计算机仿真技术还可以提供一套较为行之有效、花费成本较低、较为简便的实验方法。在学生开展某一电路实验时，根本不用担心会由于其操作措施不当而引起的不良效果，其系统的维护操作，可以充分保障其自身具有较为长久的使用寿命。若在做实验的过程中，学生遇到了某些不懂的问题，还可以进行在线帮助，在各种帮助下完成相关的实验，根本不需要进行反复的实验操作，这无疑大大减少了对实验原料与实验器材的消耗与浪费。另一方面应用计算机仿真技术，还可以完成一些难度较大的实验，充分增强学生亲自做实验的感受。

（二）可以提供多种有效手段

计算机仿真技术通常情况下都是具有较为强大的混合模拟功能以及数字信号模拟功能的，不仅可以对各种工作状态下的电路仿真图形中的电波与数据进行全方位的存储，而且还可以进行适当的打印工作。在中等职业技术学校电路原理教学中应用计算机仿真技术，绘制出来的模型往往具有十分齐全的元件库，可以为实际生产提供各种便利。另外，计算机仿真技术不仅具有对动态、静态以及失真等方面数据的分析功能，而且还可以合理地判断并分析其电路中可能出现的各种短路问题等故障。

二、将计算机仿真技术应用到电路原理教学中的具体途径

（一）建设计算机的实践案例与仿真演示

在中等职业技术学校电路原理教学中，建设计算机实践案例与仿真演示是积极推进其实践教学改革的基础，也是其课程建设的一个较为重要的方面。要结合课程的知识体系与教学目标，由浅入深地将计算机仿真技术从基本的电路定律应用到复杂的电路推导，结合其理论进行推导演算，从简单的单元电路应用到功能性较强的电路模块，促进学生对其理论知识的理解。并且在讲授具体章节时，还可以将计算机仿真技术作为其课堂演示的实例，提高学生的学习兴趣。在授课的过程中，实践案例往往侧重于对一些实用性与趣味性较强的综合性电路的分析，有时会引用手电筒电路、日光灯电路等与课程结合紧密的实践案例，引导学生对案例进行分析与讨论，培养学生的实践能力。同时，还可以结合交流电教学，按照其家居的实际情况，设计一些低压家居电路的实践内容，在考虑安全之后简单模拟一下家居电路的布线。虽然设计的电路较为简单，但是在这次实践以后，每一位学生都会对家庭的用电情况以及真实布线具有更加深刻的认识。

（二）将计算机仿真技术与实验部分相结合

将计算机仿真技术应用到实验部分，并相继对其实验内容进行适当的调整，将计算机仿真技术与现有的模块化电路实验设备进行结合，使实验与理论联系更加紧密。比如，在变压器电路的仿真、节点电压法的仿真等实验的过程中，可以让学生进行实物实验分析前，通过仿真分析了解电路的基本情况，在得到了一些理性认识之后再进行具体的实验，拓展他们的思维能力，让他们可以更加深刻地理解与认识实验原理，提高实际的动手能力。同时，在进行作业要求时，可以让学生利用计算机仿真技术去完成。学生可以通过其硬件，较好地复习基本技能与基础知识，对课程理论的具体应用有更为深刻的了解，在不知不觉中培养他们的学习兴趣。综上所述，中等职业技术学校中电路原理这门课程，不仅具有较强的理论性，而且具有较强的操作性。在学习过程中，往往会由于其知识过于抽象，而使学生学起来较为吃力，难度过大。现阶段，将计算机仿真技术应用其中，不仅可以将抽象的理论文字转换成较为具体、直观的图像与图形，结合动画和视频等方式展示其仿真效果，而且还可以将一些教学的重点与难点制作成内容较为生动、丰富的课件，激发学生学习的积极性，提高其学习的兴趣，同时也增强了教学的效果，有利于促进电子类专业的长远发展。

参考文献：

［1］刘增磊，高爱莲，王栋，等.计算机仿真在电路原理教学中的应用［J］.教育教学论坛，2016（10）：176-177.

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关键词:Multisim仿真;计算机电子电路技术;教学模式

中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-0ppp-0c

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

WU De-lin

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

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

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

电子设计自动化EDA(Electronic DesignAutomation)的出现,真正为师生搭建了一个开放性的“所想即所得”的高效交流平台。用 Multisim 创建的电路为课堂教学创设了教学情境,把电子元器件、仪器仪表、仿真分析方法同等地提供给教师和学生,使学生产生亲临电子电路的实际环境中的感觉。

1 《计算机电子电路技术》课程内容介绍

《计算机电子电路技术》是一门理论和实践相结合的课程。主要内容包括电路的基本概念、基本定律和基本分析方法,电阻电路、动态电路和正弦稳态交流电路的分析,放大器分析基础,负反馈放大器,集成运算放大器原理及其应用,波形放大电路和功率放大器等。

2 在教学中的应用研究

由于《计算机电子电路技术》这门学科的复杂性,涉及到很多的数学分析和物理分析,教学内容对学生来说抽象难懂,很多基本电路都要进行静态和动态分析,如静态工作点分析、交流分析、失真分析等等。利用计算机的电子设计自动化 EDA(Electronic DesignAutomation)软件辅助教学,很好地解决了这个问题,用计算机仿真模拟演示,创设电路情景,有助于学生对基本电路工作原理和概念的理解,加强理论联系实际。用 Multisim 软件来提高教学质量和教学效率,作为教学工具已成为必然。传统的一本书、一支粉笔教师讲到底的课堂教学模式已经满足不了现代化教学的需要,在《计算机电子电路技术》教学中利用计算机的电子设计自动化 EDA 软件教学,已成为一种必然的趋势。

2.1 用软件教学创设教学情景,引导学生自主学习

由于《计算机电子电路技术》是一门理论和实践相结合的课程,传统的理论课教学中,教学内容(如实际的电路,电路的输入、输出电压波形等)难以直观形象地表述,所以教学过程中对于教学情景的创设是十分困难的。

用 Multisim 软件仿真实际电路解决了上述问题,它就像一个真正的实验工作室台,把一些语言文字难以表述或难以理解的变化过程,随时以图形、表格及曲线显示出来,而且还可以根据教学需要随时修改电路和参数,让学生即时观察输出效果,从而使学生加深对电路工作原理的理解。

例1放大器静态工作点的设置

放大器静态工作点设置不合理将影响放大器的正常工作,如果设置不合适会使波形出现严重失真。在电路分析中,静态工作点的分析是其它分析的基础,静态工作点的分析非常重要。但在以往的教学中教师采用传统的授课方式,教师在黑板上讲,学生被动地接受,由于知识抽象,学生对静态工作点的理解始终是不得要领,认识模糊,没有认识到设置静态工作点的重要性。教学中运用Multisim创建电路,通过改变基极偏置电阻的大小,让学生亲眼见识,设置不同的偏置电阻,放大器输出波形的情况,从而加深放大器偏置电阻设置合理性的理解。

为了直观说明静态工作点对放大电路的工作影响,创建如图1的仿真电路,共发射极放大电路。

通过改变 Rb电阻的大小,对比观察输入、输出波形,很容易得出偏置电阻的大小对输出波形的影响。当Rb值为680kΩ时,输出波形如图2所示,输出波形正常;当Rb过小,Rb=300kΩ时,输出波形如图3所示,出现饱和失真;当Rb过大,Rb=100MΩ时,输出波形如图4所示,出现截止失真。通过演示,加深了对基极偏置电阻设置不合理的印象。

学生通过输出波形的比较,得出结论静态工作点设置非常重要,进而会进一步探讨,那么怎样设置静态工作点呢?通过对放大电路静态工作点的估算,得出公式:wdl05tif,所以影响静态工作点的主要因素有VCC、β、Rb 、RC,在这四个因素中,一般直流电源、三极管确定后VCC、β不易改变,Rb是这四个因素中最主要因素,一般可认为IBQ与Rb成反比。若Rb过小,则IBQ、ICQ过大,静态工作点过高,该工作点将出现在晶体管输出特性曲线饱和区,容易造成饱和失真,如图3所示;Rb过大,则IBQ、ICQ过小,静态工作点过低, 该工作点将出现在在输出特性曲线截止区,容易造成截止失真,如图4所示;Rb合适大小,则IBQ、ICQ合适,静态工作点设置合适,该工作点将出现在输出特性曲线的放大区,输出波形正常,如图2所示。

应用软件进行教学,呈现出一种全新的教学方式,能将抽象枯燥的知识变得生动形象,使课堂上很难完成的演示实验进入了课堂教学,快速准确地仿真演示静态工作点设置不合理的各种情况,不失真、截止失真和饱和失真波形生动形象,创设的丰富教学情景调动了学生各种感观,引导学生主动探讨问题,学生学习兴趣也调动了起来,有利于学生对知识的意义构建。学生自己通过给偏置电阻Rb赋不同值来观看放大电路的输入、输出波形并分析原因,学生很容易理解静态工作点合理设置的重要性,同时对放大电路工作原理也加深了理解。

2.2 利用软件加强演示实验教学效果,引导学生进入探究式学习

传统的课堂教学模式是黑板加粉笔,由老师书写、画图、讲解,学生听讲、想象、理解。在教学中经常要对电路的特性曲线、输入、输出波形等进行分析,通常这些分析要通过教师手工画图来完成,不仅效率低,而且精确度也差。碰到电路较复杂时,学生难免会失去耐心,分散注意力,影响听课效果。现在利用 Multisim 软件,先在计算机上做仿真实验,可以清晰快捷地再现实验的现象、参数、波形和曲线,观察“实验结果”,同时教师指导学生积极思考为什么会有这样的结果,然后带着问题听老师讲解电路原理。这样,学生由被动接受知识转为主动探求,教学效果有着明显的不同。由于 Multisim 是在计算机屏幕上模拟真实实验室的工作台,把实验室与课堂有机地融为一体,不仅能够直观、快捷地展示教学内容,而且还可以减轻教师教学的负担,提高教学的效率。

例2 反相器电路

如图5所示,这是使用运放uA741构建的一个反相器,要求分析其幅频特性和相频特性。

利用软件自动生成曲线,省去了传统教学中绘图的烦琐,而且手工绘图也达不到这样的精度。单击Simulate菜单中的Analysis命令下AC Analysis命令,在交流分析对话框中设置扫描起始频率为1Hz,终止频率10MHz,节点5为输出节点,分析结果如图6所示,由图知:电路的截止频率约为690KHz。

通过仿真实验得出的结论,比以往教学中教师在黑板上讲课的效果好得多,画电路、波形图、特性曲线省时省力,学生直观感受了“真实”实验环境,在上课的同时见识了实践模型,有助于对知识的理解。

3 结论

Multisim是 EDA 技术发展的产物。利用 Multisim 软件来辅助教学,是《计算机电子电路技术》教学的必然趋势。学习和研究它将有利于我们在实践工作中不断总结探索,解决传统教学中存在的弊病,弥补实验器材的不足,提高教学效率和质量,减轻教师负担,提高学生对电子技术的兴趣,拓宽学生的视野,培养学生的创新能力。

利用软件教学,可以促进教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革,为学生创造多样化的学习环境。同时借助多媒体获取学习的资源,能使学生逐步形成独立思考、主动探索的思维习惯,使学生在学习理论的同时,又能见习实践的模型,增强学生对电路的感性认识,培养了学生学习的能力。

参考文献:

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[5] 沙春芳.Multisim2001在电路仿真中的应用[J].现代电子技术,2001,(11):77-78.

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关键词：计算机仿真；工业工程；实验教学

计算机仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，接近现实工作场景，有利于提高学习兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验如在现实中执行任务的感觉，以达到更快掌握技术手段的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景且不受行业限制，使学生对实践问题的认识更深入，采用的应对方法更灵活。由此“计算机仿真技术”便成为专业学习及实际应用中的重要方法和技术手段。工业工程作为管理科学与工程的二级学科，其人才培养目标是培养出面向生产、管理、服务的高级专业技术和管理人才，面向的工作岗位主要有制造业现场管理、产能计算、生产计划与控制、项目管理、精益生产等，以及服务业的流程优化、工作研究等。其中，制造业涉及行业范围广、产品种类多、工序过程各异，因此，在教学过程中需要通过一系列系统的实验项目培养学生专业的问题提炼能力及问题分析能力，并采用专业的技术方法和手段有针对性的对问题本质进行处理。然而，正是由于工业工程方法应用行业的广泛性及多样性，使得我们不可能如其他5类工程学科般拥有自己典型的实验实训设备，亟需我们在实践教学过程中探索新的教学方法与实验支撑技术。

1工业工程实验课程教学现状分析

工业工程类实验课程的教学，在传统的教学模式中，主要是以“理论课+实验室”的模式，强调学生对工业工程专业基本方法和技能的掌握与应用，如，工作研究、动素分析、人机工程、物流工程、流程优化、现场改善等基本技能与方法论。传统的实验教学过程中，基本上遵照如下流程：首先，引导学生进行以上理论课的学习，使学生知道、了解并掌握这些基本的专业手法与技能；其次，通过开设相关实验课程让学生对所学的这些技术方法展开实践，从而帮助学生达到训练并养成工业工程专业素养的目的。然而，目前所开设的相关实验课程均是就某一独立技术方法而展开的较为单纯的技能训练，如，工作研究的实验主要是针对动作研究、动素分析、生产节拍平衡开展具体分析过程实践，帮助学生深刻体会这些基本专业手法的实际应用场合；人因工程，主要是通过系列人因实验带领学生亲身体验，感受高度、亮度、颜色、频繁度、规律度等人因影响因素带给人视觉、听觉等感官的切实感受，从而探讨基于人因的合理化设计、布局及工作安排；设施规划布局则是基于物流分析方法，通过物流强度度量，分析部门间的相关性强度，从而为合理布局、物流优化提供有效参考。以上这些实验均对学生在工业工程专业基本方法技能的培训上起到了有效效果。然而，却并未在促进学生养成工业工程职业素养上发挥强化作用。原因在于，缺乏像物流工程、系统工程、系统建模及仿真优化等这类有关工业工程系统设计、管理及优化的主干课程的综合性实践项目，要设计出针对本专业基本技能方法的综合性实践项目，需要的制造业相关设备、产品品种等数量巨大，且耗费大、成本高，很难从实际操作入手，计算机仿真方法不失为解决此问题的一种有效方法。基于计算机仿真技术的虚拟教学则以其高效率、低成本、内容丰富、性能有效和安全等优势得到越来越多的应用和推广。因此，应该将“项目教学”“案例教学”“教、学、做”一体化和基于计算机仿真技术的虚拟教学的方法结合起来，充分发挥各自的优点，提升实践教学效果。基于计算机仿真技术的虚拟教学很容易与其它先进的教学方法相结合，因此，在工业工程类实验课程的教学中，将基于计算机仿真技术的虚拟教学与其它教学方法相结合，有助于提高实验课程教学效果，而且成本低、效率高，使学生可以不受场地、行业、设备与产品的限制，使学生更好的掌握专业技能和方法，并通过基于计算机仿真平台开发的综合性实践项目，锻炼学生的工业工程系统设计、管理及优化的综合能力，培养学生的专业素养，从而促进本专业人才培养效果的提升，计算机仿真技术在工业工程类实验课程的教学中具有重要的意义。

2计算机仿真技术在实验课程教学中的应用

计算机仿真技术为人们提供了一个理想的实践教学手段，目前国内外已经普遍将其应用于军事训练、课程教学、运动训练以及医学研究等方方面面。美国是计算机仿真技术虚拟现实的起源地，现在美国计算机虚拟仿真技术的发展水平也比较高，在这个领域代表了国际先进水平，也是第一个把虚拟仿真技术应用在教育教学中的国家，目前在感知、用户界面、后台软件和硬件等几个方面，形成了一个比较系统的虚拟仿真教学仪器架构。如，美国的卡罗莱纳州立大学利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几个模块：基于JavaApplet的虚拟实验设备和实验设施、相关的实验课程模块、实验结果评价模块、协作模块。在欧洲，英国在计算机仿真技术虚拟现实的相关领域处于领先地位，研究出了虚拟仿真软件包，并应用在教学仪器和工业安全培训等方面。如，英国的诺丁汉大学在教育和学术方面对虚拟仿真技术进行了研究与探索，其目标主要在于探索桌面虚拟仿真的输入设备应用上。此外，该小组还和其他学校紧密合作，将其仿真系统应用在了特殊学生教育中。在中国，目前各个大学和科研机构也广泛采用计算机仿真技术建立虚拟场景进行相关领域的教学与研究。例如：中国科技大学开发出第一套基于虚拟仿真的教学仪器系统——利用虚拟仿真技术进行几何光学实验平台的开发，系统将计算机辅助教学仪器的智能化仪器、计算机技术、虚拟仿真和物理教学仪器等有机结合，把物理教学仪器系统推进到了新的领域；北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用JavaApplet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的虚拟实验系统。通过对国内、外的基于计算机仿真的虚拟现实教学应用情况进行对比，我们发现：当前，国外基于计算机仿真的虚拟实验比国内开发时间早，应用相对成熟，不管是在仿真器材还是仿真软件上都比较丰富、且功能较多；同时，国外很多成熟的仿真实验产品价格普遍偏高，且技术难度也不太适合本科学生，更适合研究所或工程师使用。尽管如此，我国还是有很多现行的成熟的计算机仿真软件供我们选择，这些成熟的仿真软件具有界面友好、可扩充性、支持二次开发等特性，甚至大多实现模块化利于定制化实验的开发，基本上能满足国内高等院校实验教学需要及丰富的仿真实验需求。因此，国内很多高校及科研院所普遍采用购买成熟的仿真软件产品，基于自身的仿真实验需求进行对应的二次开发，从而设计出适合自己的基于计算机仿真的虚拟实验平台，并得到了很好的应用发展。就工业工程类实验课程而言，现在市面上流行的仿真软件，如，Flexsim、witness、em-plan等都能提供给我们一个良好的仿真实验平台，供我们在这些平台上进行综合性实践项目的构建和开发。

3基于计算机仿真技术的实验教学模式开发

在深度分析学生学习特点和企业真实需求的基础上，基于建构主义学习理论和混合式学习理论，按照社会发展对人才培养的要求，结合计算机仿真实验教学设计的基本原则，借鉴信息化和项目教学、案例教学设计方法，探索出基于实践项目、真实案例和工作任务的计算机仿真实验教学模式，实现了“教、学、做”一体化的实验设计。该模式由“项目导入、制定计划、实施计划和成果展示与评价”4个环节组成，其中，计算机仿真实验教学贯穿了该模式的所有环节。下面简单介绍该模式的具体实施方案。

（1）在“项目导入”环节，专业教师的活动包括：借助选定的计算机仿真实验平台，导入项目任务及目标、展示项目结果，让学生对项目有一个直观的认识，然后再布置具体的实践任务；利用计算机仿真实验平台，让学生明确自己应当完成的具体任务和完成任务后可以获得哪些知识以及达到什么样的技能水平；在充分考虑学生的现有知识和能力水平的基础上，适当采取分工协作方式，安排具体的任务完成时间及成果的评定方法等。

（2）在“制定计划”环节，学生的活动包括：通过自主学习、分工协作等方式，对具体实践项目的目标、任务进行分析；确定任务所涉及的专业方法和技能手段，充分应用已掌握的专业知识和能力，借助计算机仿真实验平台，设计出仿真实验模型帮助决策与优化；确定仿真实验任务的实施步骤，为仿真实验任务的实施做好充分的准备。

（3）在“实施计划”环节，学生的活动包括：在计算机仿真实验平台上，按照拟定的计划，逐步完成实践项目的仿真任务；在完成实践项目仿真任务的过程中，学生通过应用所学专业知识和技能，建构自己的专业知识，从而帮助自己养成专业素养。

（4）在“展示与评价”环节，学生的工作包括：在计算机仿真实验平台上展示自己的实践项目仿真成果；参与讨论和评价；通过对比分析，学生对自己的实践项目展开进一步的仿真优化处理。

4结语

将计算机仿真技术与项目教学、案例教学更加紧密的结合起来，能够更好的实现“教、学、做”一体化，并且，在显著改善实验教学条件、提升实验教学效果的同时，减少了设备消耗，尤其是耗材的使用量，节省了实验经费，而且克服了时间与空间上的限制，使工业工程综合实验课的开课率和学生的专业综合能力得到显著提升。计算机仿真技术在专业实验教学方面的应用前景广泛,值得深入研究。

参考文献

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篇9

计算机仿真技术是指利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统的重要工具。水利工程是一项施工周期长，施工复杂的系统工程。它包含了工程主体施工、临时挡泄水工程施工以及水位变化和潮汐的影响等,水利工程的施工质量受自然原因和人为原因的双重影响，所以为保障工程的质量，在施工过程中必须对各种因素的不确定性和周密性予以严格的控制。传统的多采用设计蓝图对施工进行把握，然而二维图形不够直观,对施工的全过程很难从整体上加以把握。随着科学技术的不断发展完善，计算机仿真技术开始在水利工程施工领域加以运用。主要分析了计算机仿真技术在水利施工中的应用，希望对计算机仿真技术的应用有所帮助。

2计算机仿真技术的优点及实现过程

2.1计算机仿真技术的优点

第一，节省时间。计算机仿真技术以其智能化的手段可以对多种施工方案进行快速的比较，可以准确快速的选择出最优施工方案。通过施工方案的选择，可以就施工的不同阶段所做的准备工作加以分析研究，针对一些潜在的问题，可以提前采取措施加以规避。第二，成本低。计算机模拟是一种虚拟的模拟技术，不需要通过真实的原型试验只需要通过相关模拟软件的开发与应用便可以对就相关的数据得出结论，而且可以反复的进行试验，对不同的方案加以论证。与原型试验投入成本相比，计算机仿真技术软件开发与使用的费用要低得多。第三，可靠性高。与人工排块不同，计算机仿真技术的应用以系统模型的正确以及软件编制的正确性为前提,计算机施工仿真模拟通过软件进行模拟，减少了人工排块过程中因人为因素所造成的失误。第四，实用性强。计算机仿真技术的应用面比较广，一般情况模型只要是采用数学加以描述的，其系统的行为就可以通过运用计算机来模拟，并可以准确的把握系统未来的发展趋势,估计剩余使用寿命等,随着科技的不断发展，计算机仿真技术将被运用到更多的领域。

2.2计算机仿真技术的实现

计算机仿真技术是在数学理论的基础之上发展起来的一门试验科学。作为一项实用技术，并不能对客观具体事物进行直接处理，计算机模拟技术的应用需要以数学模型的建立才能作为能反映研究对象本质的关键技术。计算机仿真技术的实现是确定研究对象后，针对研究对象建立数学模型，并通过计算机对数学模型的仿真计算最终得到仿真结果的。第一步，建立模型。在进行仿真前要根据研究对象和研究目的的不同，抽象出一个确定的系统,并就系统的边界和约束条件加以限定，采用力学、数学和其它相关知识将抽象出来的系统用数学表达式描述出来，形成“数学建模”。系统的数学模型，在研究目的不同的情况下可以划分为：静态模型、动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型。模型准确与否影响着仿真结果是否能反映实际。第二步，输入模型。模型的输入即是对上一步所建立的数学表达式结合软件不同特点输入为计算机能够处理的形式,这种形式所表现的内容,即是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。当然实现这一过程,也可以自行开发一个新的软件。第三步，模型的仿真计算。所谓模型的仿真计算是指在计算机中载入上一步获得的仿真模型，在事先设计的实验方案内进行仿真计算。第四步，评估仿真结果。对一个系统的状况从整体上加以把握是仿真的目的所在。系统运行信息是仿真的结果，仿真的研究目的在于对所获取的信息进行分析进行评估和认识，并将仿真结果运用到施工实践当中。

3计算机仿真技术在水利施工中的应用实例

3.1工程概况

某大型水电站混凝土拱坝坝高178m,混凝土浇筑量可达485万m3,混凝土浇筑施工工艺复杂、施工难度高。如何有效、高质量、快速地组织大坝混凝土施工,合理安排浇筑顺序,对于整个工程的进度和质量都有至关重要的影响。为了直观反映该工程进度,借助于三维建模技术,对该工程施工过程进行仿真研究。

3.2三维建模

根据设计结果,提取混凝土拱坝的相关数据,首先用Auto-CAD工具建立三维网格模型,尽量真实地体现图形实体对象与仿真变量间的对应关系。利用系统实体CAD图形建模,目的是为了定义系统实体的形状、结构及其他相关信息。仿真的目的是观察大坝的浇筑施工状态随时间的动态变化,以便于及时掌握系统模型的基本特性,找出仿真系统的最佳设计参数,据此对真实大坝的设计结果进行改善或优化。可通过对数据库中工程各浇筑块数据的统计、计算,在已建的三维模型中描绘出各控制阶段的筑坝进度面貌,直观地再现大坝的概貌。

3.3施工过程模拟

模拟工作的主要思路就是安排各台缆机所负责的浇筑块的日程计划。在坝型,尺寸及分缝一定的情况下,在某个给定的机械配置方案条件下,可根据各种限制及约束条件,找到某种适宜的分块浇筑顺序和最紧凑的工期。因此,在模拟中采取在给定的浇筑方案和机械配置情况下,按照满足施工中各种约束限制条件的要求安排坝块的浇筑顺序,算出各坝块浇筑施工进程,从而计算出所需的大坝工期。如果改变浇筑方案,可进行类似的模拟和计算,从而得到各种不同浇筑方案的结果。然后通过综合比较,选出较优的方案。本文对4台缆机和三台缆机方案进行比较,实施仿真中考虑了以下约束条件:每一注块能否浇筑的时间约束、相邻注块的允许高差、相邻注块的拆模限制、缆机工作范围的限制、相邻缆机工作干扰限制、气温条件对浇筑的影响、突发事件对浇筑的影响限值和其他可能的约束限制等约束条件。如对于分坝段而且分仓浇筑的重力坝,在其下游仓快达到坝顶时,可能存在并峰问题,这时可能同一坝段的两个仓位在到达并峰高程后,要相互等待。或者对于混凝土拱坝,有的跨坝段孔洞需要安装钢衬,同样存在需要相互等待到达同一高程的问题等等。

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1《汽车理论》课程教学内容及其教学方法

《汽车理论》课程的教学内容较多，涉及的范围较广，比如：汽车行驶条件和动力性分析计算、动力装置参数的选择方法及相关因素分析、汽车使用条件及使用性能指标的关系、汽车燃料经济性分析计算及提高汽车使用燃料经济性的途径和技术、汽车动力装置参数的选定、汽车的制动性能、汽车操纵稳定性、汽车行驶平顺性评价指标及影响因素分析等。其中涉及车辆系统的动力学分析，存在部分理论比较深奥，推导过程比较晦涩难懂，不够直观形象的现象。

《汽车理论》课程教学内容及其特点，决定了其适用的教学方法。对于基本概念、工作原理、以及一些结论性的知识点，无需推导，只需直接陈述讲明即可，此类教学内容可以采用多媒体中的文字、图表和动画等方法，既可达到直观明了的效果，又可提高教学效率。而对于受力分析、公式推导之类的教学内容，对推导过程的依赖性较高，宜采用传统的黑板板书教学方式[4]，引导学生一步步跟着教师的思路走，从而对推导结果知其然，还知其所以然。对于比较复杂、抽象的理论，除了利用黑板板书推导外，还可以应用计算机仿真技术将其形象化，提高学生的感性认识，从而使其获得更好的理性认识。另外，部分实验，由于实验设备条件以及实验成本的原因，只能做最基本的实验，不方便重复或者不方便微调参数后再做实验进行比较，通过应用计算机仿真技术则可以方便实现。

2教学中应用计算机仿真技术的优点

计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模仿实际系统的响应及其随时间变化的过程，通过对仿真试验过程的观察和统计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能，使系统性能和长期的动态特性能在极短的时间内，通过计算机得到全面的实现。

针对《汽车理论》教学中部分理论推导比较复杂，部分实验在通常的实验教学中难以实现的现实情况，在此，将计算机仿真技术融入到教学中，其有以下优点：

（1）成本低。实验设备通常比较昂贵，少则几万，多则几十万上百万。利用计算机，并装上仿真软件，可实现多门课程多个实验的仿真，可以使所有学生同时获得上机机会，可部分地减少实验经费支出。

（2）灵活性、直观性较强。通过仿真软件，可以建立多个不同仿真模型，可以通过调整模型的输入，或者改变仿真模型的参数值，比较仿真结果，从而分析影响系统特性的主要因素。仿真结果可以用图形或动画的方式展示，方便将复杂理论形象化，提升教学效果。

（3）安全性高。《汽车理论》教学中的部分实验，如制动性实验、操纵稳定性实验等，在实验的过程中有一定的危险性。学生在仿真软件下建立仿真模型，进行仿真，并对结果对比分析，不存在现场实验的危险性。

3实例分析

《汽车理论》的教学内容主要包括汽车的动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性等。以下以空气悬架性能分析为例，阐述计算机仿真技术在汽车平顺性教学中的应用。

悬架是汽车的重要组成部分,传递作用在车轮和车架或车身之间的一切力和力矩,缓和路面传给车架或车身的冲击载荷,对汽车行驶平顺性和操纵稳定性有重要的影响。

不同的悬架刚度、不同的控制策略会产生不同的控制效果。如果在实验中，现场装用不同刚度的悬架，并应用不同的控制策略，成本将会比较高，也比较耗时，不能保证在有限的实验课时内完成应做的实验。而采用计算机仿真，成本较低，甚至可以忽略不计，同时可以调节不同悬架刚度值，采用不同的控制策略，直接仿真得到不同的结果，并以图形的形式显示，方便对不同仿真结果的对比，加深学生的理解记忆，改善授课效果。

以下采用Matlab/simulink作为仿真工具，以某客车的1/4车辆模型为基础，采用PID控制算法调节空气弹簧的刚度,输出车身垂直加速度，考察其对汽车行驶平顺性的影响（除了车身垂直加速度外，还应考察悬架动挠度、轮胎动载荷等，本文为简明起见，只取车身垂直加速度值来分析说明），并与被动控制空气悬架下的车身垂直加速度输出对比，说明PID控制与被动控制对车身垂直加速度的不同影响，同时展示仿真技术在课堂教学的优势。其步骤如下：

（1）建立二自由度1/4车辆模型，如图1所示。

（2）建立路面激励模型。车轮受到的路面随机激励，可以用白噪声通过一阶滤波器来模拟，其时域数学模型可以用下式描述：q觶（t）+ανq（t）=w（t）（2）当车辆以50km/h的速度行驶在B级路面时,仿真得到路面垂直位移时域信号如图2所示。

（3）建立PID控制和被动控制仿真模型，并对仿真结果进行对比分析。

以上述（2）的路面激励作为输入，建立仿真模型，进行时域仿真分析。采用PID控制策略时，Kp，Ki，Kd三个参数对系统的控制效果起决定性作用。以经验公式做定性参考，选择不同的PID参数进行仿真，并与被动控制仿真进行对比。以车身垂直加速度为评价指标，仿真结果如图3所示。上述两种不同的控制策略，产生了不同的控制效果。PID控制空气悬架和被动控制空气悬架相比，在B级路面情况下，垂直加速度均方根值降低18%。这两种控制策略，在实际操作中，难以在短时间内完成，而使用计算机仿真技术，却可以在课堂教学上充分地展示，既节省了时间，提高了课堂教学容量，又方便学生对所学知识的直观理解。

4结束语

将计算机仿真技术应用于《汽车理论》教学活动中，其优势在于：

其一，调节系统的参数值，可以得到不同的系统响应，能比较直观地反映系统参数对系统响应的影响。在教学中，能以简明、形象的手段，加深学生对深奥、复杂理论的理解。