计算机仿真技术论文精选(九篇)

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第1篇：计算机仿真技术论文范文

关键词：仿真 机械 控制

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0104-01

随着技术的进步，作为机械设计制造的仿真模拟技术得到了快速的发展，并且广泛应用于实际当中。计算机仿真技术是以多种学科理论为指导，利用相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来解决问题的技术。随着工程机械产品竞争日益激烈。为了提高产品质量、性能，降低开发成本。在这种需求下，以仿真技术为代表的技术成为工程领域一种现代化设计手段。运用仿真设计，建立系统的数学模型，从实际对象的物理模型出发。设置不同的激励信号，利用相应曲线，即可对系统进行辨识。可以在产品设计设计和评估产品的性能方面，降低开发风险，缩短开发周期，提高产品性能。工程中的技术问题首先是要仿真技术在各个领域得到了广泛的应用。

1 计算机仿真的实现

对于需要研究的对象，计算机一般是不能直接认知和处理的，这就要求为之建立一个既能反映所研究对象的实质，又易于被计算机处理的数学模型。数学模型将研究对象的实质抽象出来，计算机再来处理这些经过抽象的数学模型，并通过输出这些模型的相关数据来展现研究对象的特质，当然，这种展现可以是三维立体的。由于三维显示更加清晰直观，已为越来越多的研究者所采用。通过对这些输出量的分析，就可以更加清楚的认识研究对象。模型是进行计算机仿真的核心。系统的数学模型根据时间关系可划分为静态模型、连续时间动态模型、离散时间动态模型和混合时间动态模型；根据系统的状态描述和变化方式可划分为连续变量系统模型和离散事件系统模型。通过这个关系还可以看出，数学建模的精准程度是决定计算机仿真精度的最关键因素。从模型这个角度出发，可以将计算机仿真的实现分为三个大的步骤：模型的建立、模型的转换和模型的仿真实验。所谓模型的转换，即是计算机语言转换成能够处理的形式，“仿真模型”是新的系统，利用已有的仿真软件，如铸造过程就常用ADSMS软件来进行仿真。将仿真模型载入计算机进行使用。

2 计算机仿真在机械行业的应用

2.1 仿真技术

仿真技术是综合多学科的技术，以机械系统运动学和控制理论为核心，运用成熟的计算机图形技术将部件集成在一起，建立机械系研究的问题，根据仿真所要达到的目的抽象出一个确定的系统，结合系统的边界条件和约束条件，利用各种相关学科的知识，把所抽象出来的系统用数学的表达式描述出来，描述的内容，传统的仿真就是针对单个子系统的仿真，而仿真技术则是强调整体的优化，它通虚拟环境的耦合，对产品设计方案进行评估，并不断改进设计方案，直到获得最优化的效果，所以子系统之间的协同求解，应该快速地建立控制系统、液压系统、气动系统等虚拟样机。的运用目前市场上一批成熟的分析软件有ANSYS、PATRAN等。运动学和动力学仿真软件可采用ADAMS软件。控制系统仿真软件可采用MATLAB软件。通过三维模型和运动学、动力学仿真软件ADAMS中进行分析，对控制方案进行仿真。使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，给企业带来高的经济效益，高效的研发手段促使产品开发风险降低，提高生产效率，通过虚拟样机找到组织生产，使产品制造和市场竞争方面更具灵活性，同时克服企业资源的局限性，将具有开发产品技术组成一个临时的企业联盟。仿真技术必将成为工程机械领域产品研发的主流。

2.2 机械加工仿真

机械加工过程，是利用计算机仿真，有助于发现其机理，为提高机械性能。在机械的磨削方面，采用时间变化的描述磨削过程的各个数学模型，通过优化和虚拟磨削创造了必要的前提，在铣削方面，建立多齿端铣切削过程动力学模型，开发切削振动仿真的微机通用软件，得出了端铣切削振动的原理和条件。电火花加工的工艺仿真系统，实现了加工参数的优化。建立了连续挤压的计算机仿真模型，通过模拟连续挤压全过程的应力场、应变场和温度场。

2.3 机构运动仿真

了解了机构需要设定的运动副情况后，进行运动仿真。新建一个运动学仿真，创建连杆，根据各部件相互运动方式需建立7个连杆，对模型的材料特性进行加载，定位每个运动副的时间函数，在一个周期内完成所有的运动。向机构添加一定的外载荷，使整个机构工作在真实的工程状态下，机构的两连杆之间，模拟两个零件之间的弹性连接。根据运动驱动的形式，取料机械手采用恒定转速驱动，采用恒转速调速，要求必须设定运动时间和解算步数，机构做运动仿真分析时，需要详细记录整个仿真零件的位移距离，适当缩短机械加工产品开发周期，对于提高产品质量和性能具有积极的作用。

参考文献

[1]曾芬芳.虚拟现实技术.上海：上海交通大学出版社，1997.

[2]姜虹，朱文海等.结构与控制系统协同并行设计技术研究.美国MDI公司2001年ADAMS中国用户年会会议论文.

[3]冯雅丽，李瑞涛等.虚拟样机技术及其在深海采矿系统开发中的应用前景.2001年中国大洋矿产资源研究开发学术研讨会论文集.

第2篇：计算机仿真技术论文范文

论文摘 要：实验室担负着向学生传播知识与技术、培养学生动手的能力和创新能力的重要使命。随着社会经济的发展及教学改革地不断深入， 实验教学在整个教学体系中的地位越来越突出，实验教学模式的改革已经迫在眉睫。本文主要分析了实验教学的传统模式与存在的问题，并提出了提高电子信息类专业实验教学质量的方法[1]。

0 引 言

实验教学是学校教学活动的重要组成，教学质量的好坏是对学校人才培养层次与质量的直接体现。实验作为实验教学活动的主要内容， 在改善教学质量方面发挥着不可替代的作用。实验室在传播知识的同时，更重要的作用体现在对学生的创造性思维与想象力的培养上。通过实验教学，学生分析解决问题以及动手能力明显提高。伴随教学改革的日益深入， 实验教学的改革也越来越引起人们的关注，以往的教师灌输式的理论教授方式，学生被动接受的教学模式，已无法满足社会经济发展的要求。当前，社会需要的是主动型、能力为主的人才培养。加强学生创新能力的培养，必须切实转变以往重理论教学轻实验教学的错误观念，重新认识实验教学在学校教学活动中的地位与作用，根据当前社会经济对人才的要求， 改革传统的实验教学模式，改革实验教学手段，优化更新实验教学的内容，切实提高实验教学质量。

1 实验教学的传统模式与存在的问题

国内高校工科教育当中，实验教学存在着硬件条件不足、硬件实验条件的发展与技术要求不相符[2]，加上近几年高校扩招，实验教学的硬件条件更是供不应求。进一步加大对教学硬件条件的投入，丰富实践教学的内容、加强实验条件的改革及建设，在目看来具有特殊的重要性。面对这种情况，我国的教育主管部门采取了一些推进实践教学改革及建设的措施。如：在全国高校本科的教学水平评估中，实验室基地建设与建设投资及其实验教学改革被列为一项重要的指标。并且，各高校也逐渐开始响应教育部的的这一举动，纷纷实行了“双基”型实验室[2]，与此同时，建设了“实验教学示范中心”。当前，传统实验教学模式的缺点主要有以下几点：验证性的实验所占比例较大，与综合性、设计性、创新性实验之间的比例失调；实验模式单一、实验室设备陈旧；实验教学中缺乏先进的实验教学手段。

2 提高电子信息类专业实验教学质量的方法

2.1 实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验

在实验教学中引入计算机仿真技术，能够充分调动学生主动学习的积极性，培养学生的学习兴趣。同时，教师能够通过计算机技术对学生的实验操作的全过程进行观察，对学生进行良好的跟踪与指导，更好地进行学生实验结果的采集工作，先进科学的教学理念与教学手段对于提升实验教学效果，提高实验教学水平具有重要作用。引入计算机技术后，理论与实验教学，教师教学指导与学生操作、思考融合成一个有机整体。以往传统实验教学中课堂、课时以及实验设备因素的限制作用得到了解决，实验教学更加灵活化，教学内容在时空上得到进一步的延伸，更好地激发了学生进行实验的热情。

将计算机仿真技术引入到实验教学中，通过相应技术进行的虚拟实验，为学生提供了更为灵活开放的实验环境，能够更好地培养学生在实验过程中独立思考能力，增强学生的的学习创新意识。对于实验教学内容，仿真技术的应用，将虚拟性实验与真实的电路实验整合成有机整体，实验的能动性与趣味性明显提高，同时实验内容的充实，有利于学生综合实践以及探索创新能力的培养。当前，已经有越来越多的高校重新进行了实验室的规划建设，通过计算机仿真技术进行虚拟实验是实验教学改革发展的新方向。将与实验教学相关的计算机软件技术引入到高校实验室中，为实验科研提供了良好的平台，对于激发学生学习的主动性与积极性，培养创新能力具有重要作用。计算机仿真技术的应用，一方面能够改善实验教学条件、充实实验教学的内容，另一方面，还能够明显降低实验成本，提高实验教学的效率。通过单片机的实验教学，能够发现，教学过程中引入proteus仿真软，通过该软件对单片机的硬件系统进行模拟，克服了实际实验过程中硬件电路固定以及实验内容不易改动等因素的限制。实验设计全过程，除计算机外不用再进行任何硬件的添加即可实验，这有力地推动了实验课程教学改革，更有利于学生创新能力的培养。仿真技术的另一重要应用主要表现在学生的业余爱好上，如挑战杯、电子设计大赛等等，学生就能够用计算机来实现仿真，首先用计算机仿真出实验的模型，再在计算机上进行相应的模拟调试，最终用硬件来实现。在整个仿真的过程中，学生可以自由发挥自己的潜能，通过大量的仿真对比，来达到设计目的，也可大胆反复地调试，避免了器件的损坏。电子设计竞赛中，由于proteus开发环的运用，培训过程中不需投入任何硬件的条件下，学生却普遍反映，对于单片机的学习比单纯理论知识的学习更易接受也更易得到提高。事实证明，运用proteus进行系统仿真成功后进行的实际制作，可明显的提高单片机系统的设计效率。此外，远程教学中仿真教学的运用具体重要的意义，对于教学改革是一种很好的尝试[2]。

转贴于

2.2 实验中引入Matlab软件内建的Simulink组件技术

目前，我国开设了电子信息类专业的高校中，大部分都将Matlab软件作为重要的实验教学平台，对定理以及算法进行仿真和验证实验。Simulink组件作为Matlab的重要组成，能够为用户提供一个仿真分析与动态建模的集成系统环境。该环境下，只需利用鼠标进行简单直观的操作，就能够完成复杂系统模型的构建，在此过程中避免了大量繁杂的书写程序。由于 Simulink组件具有适应性强、效率高，结构仿真精细、流程清晰且贴近实际、效率高、使用灵活等诸多优点，Simulink组件技术已经被广泛地运用于处理数字信号与控制理论等复杂的仿真设计之中。同时Simulink能够通过连续、离散采样时间以及两种采样时间混合的的方式进行建模，该组件还可支持多速率系统，不同的系统组成部分的采样速率不同。此外，Simulink为动态系统模型的创建，提供的图形用户接口(GUI) ，使在进行模型方块图的创建时只需通过鼠标单击与拖动鼠等简单操作即可完成，为用户提供了一种更便捷、更直接的创建方式，同时能够立即获得系统仿真结果。

该组件的这一特性，一方面可以使算法的验证更为简单，减少学生投入在验证性实验中所用的时间，而将大部分精力投入到设计性、综合性试验中；另一方面，可以使学生更快捷的验证新思路、新算法，而不会由于代码调试方面的问题影响了创新实验的开展。以自适应滤波中的经典RLS 算法为例，如果直接采用Matlab编程方式，在进行代码调试时，就会消耗掉大量的精力，代码长度将达到200 行以上。而如果采用Simulink组件模块化设计的思想，只需要鼠标对模型的拖拽，就能以流程图的形式将滤波器搭建起来。由于Simulink提供了丰富的元件库，采用图形化的表示方法，学生在进行算法验证的时候只需调用成熟的模块进行参数设计即可。这样的实验方法事半功倍，思路清晰，参数的调整也十分便捷，广受学生欢迎。由此可见，引入Simulink组件后的实验，既不会影响实验效果，又能够提高实验效率，对学生模块化编程的思想也有较好的促进作用。

3 结 语

当前，社会对人才综合素质的要求不断提高，进行实验教学改革已经迫在眉睫，而大学实验教学的改革又直接影响到学生的动手和创新能力。实验教学必须能够跟得上时代的脚步，把计算机仿真技术与Simulink组件技术应用到实验教学中可以充分调动学生主动学习的积极性，充分发掘学生的创造能力，在学习到先进技术的同时，提高学生对社会的适应能力。

参考文献

第3篇：计算机仿真技术论文范文

[论文摘要]职业教育作为一个完整的技能培养知识体系，实训中心建设是其中极为重要的环节。但实训中心建设存在投入大、规划难、设备淘汰快、实训效果不理想等问题。为此，文章提出构建现代化实训中心，以最少的设备投入、多样的实训方式、优良的实训效果、优异的性价比，为理论教学和学生实践能力培养提供理想的解决方案的观点。

一、建设方案

办学理念、教育教学思路、教学计划、教学模式是学校得以发展的精髓。而实训场所的规划与建设是学校发展中最重要的硬件条件之一。目前，高职院校实训中心建设存在投人大、规划难、设备淘汰快、实训效果不理想等问题。为此，我们构建了现代化实iJl}中心，以最少的设备投人、多样的实训方式、优良的实训效果、优异的性价比，为培养学生的实践能力提供理想的解决方案。

1.在内容上以规范、标准、安全要求为重点，以培养岗位能力为主线。现代工业逐渐向大型化、复杂化、连续化、集成化和自动化方向发展，要求在生产过程中达到高产、优质、低耗、低污染、无人身设备事故，因此对工人素质的要求也越来越高。“基于计算机网络的教学培训平台”素材采集均以规范、标准型号的设备和标准操作控制为依据，从而达到安全、可靠地培养学生对所学知识的理解能力和岗位操作的应用能力的目的。

2.在形式上是计算机仿真十真实装置。仿真培训在国内外已开始广泛应用。在一些发达国家，一个新的生产工艺、新的装置的制造都有仿真模型的产生，以便对系统进行分析论证，同时在人员上岗之前通常需通过仿真培训，我国的许多大型企业也都运用计算机仿真技术对员工进行在职和r’馆`u培训。但是，无论是国内国外的计算机仿真都是基于某一对象或某一过程的培训，而职业技术类院校是面向多专业、多技能的培养，因此，我们在认真研究的基础上，提出建设网络化的包含计算机仿真的教学培训平台规划和目标，以此提高职业技术类院校的实验实训效果，同时提高经费投人的性价比。

3.在管理上实行集中管理、联合开发，实现资源整合与优化。“基于计算机网络的教学培训平台”把各专业的典型案例进行集中整合、统一管理，再配以实际装置和合适的仿真教学模式，一方面可以满足职业教育中课堂教学的理论知识与真实的仿真效果相结合，提高课堂教学的实效性;另一方面可以解决学院在实习、实训中因为学生多、设备少、在规定的实习实训时间内使每位学生的知识技能都能得到提高的要求，同时还可以满足学生个性化学习和发展的需要，通过让学生自主选择培训项目进行操作练习来培养学生的专业技能。

4.在服务上为社区、地方、行业的培训事业提供平台。由于“基于计算机网络的教学培训平台”是一个开放系统，其素材可以根据不同的需求进行更新和设定，同时也可以按照不同行业的培训要求及时更新培训内容，学生通过在教学实训平台的培训，再结合一些真实装置的操作，可以很快适应岗位需求，达到事半功倍的效果。

二、建设内容与规划原则

在建设内容上，一方面满足专业实验和实训要求，配置、规划、建设好电子教室和多媒体学术报告厅;另一方面着重规划技术研发中心，锻炼并打造一支具有较强能力的科研队伍。

基本方案:计算机仿真与实际工业对象相结合。教学内容可分为知识的理论部分(应知)和知识的应用操作能力(应会)。计算机仿真教学系统的开发，是以计算机和网络为手段，把应知和应会内容分别用多媒体教学课件(教件)和仿真实训的形式表现出来。其中理论学习、机理研究中的实验(验证型和研究型)和对问题的理解主要用教、课件描述，而实训过程中的操作技能及同一动作过程精细、准确、稳定性的培养则采用大型仿真培训软件培训。

三、采用三层局域网模式实现方案

采用三层局域网模式可以方便地对系统进行扩充和统一维护管理。包括进行远程登录、调试、系统组态。所有资源共有共享。第一层，操作层面(实物层面);第二层，方案组态对象及连接层面(同一对象下可进行多个实验实训项目);第三层，对象模型或实际对象层面。 四、计算机仿真和实际装置结合方案的主要特点

1.投入大大下降，实验实训效果大大提高.没有实训平台时:(1)设备投人一个标准班10组(每班40人计);(2)设备需维护、维修(需投人人力、物力);(3)设备的更新、淘汰快(财力不断投人);(4)实验实训的能耗和耗材。有了实训平台后:(1)每人一台，各自互不干扰，并可反复练习，任意起点;(2)可以改变时标，太快的可放慢，太慢的可加快;(3)具有在线帮助系统，实时提供学习提示;(4)自主选择培训内容;(5)在线考试系统，及时检查学习效果。

2.将不易实训的内容变为可能。(1)消防过程(危险过程)的实训;(2)易燃易爆环境下(危险场所)的实验实训;(3)易损设备的操作实训;(4)一次性设备的实验实训等均可以实现。

3.满足培训和专业调整后，新建、重组实验实训环境。(1)培训:高职学院的发展必须走学历教育(全日制、成人)和各类培训相结合的道路，从国内外高职学院典型成功案例可以看出各类培训年学生数一般都超过学历教育的年学生数，同时不难算出各类培训的经济效益更高，其培训的特点是岗位多、专业广、同阶段学习人数少。该平台可以同时满足不同岗位方向的培训人员同时在线进行不同的培训，同时达到在不同的实验实训环境中进行培训的要求。(2)专业调整、新建、重组后的实验实训投人不大，建设周期短。

4.计算机网络方案使资源共享成为可能.合法用户学生和教师可在任何一个终端登录使用资源库的教学资源，合法用户们可在同一个机房进行不同的实验实训练习，集中管理资源更安全，添加、修改更方便。

五、结论

“基于计算机网络的教学培训平台”采取计算机仿真与实际工业对象相结合的方案，在专业技能培训、技能鉴定与考核等领域提供了一种新的技术手段。

仿真包括:基理仿真—机理的研究和教学过程(课件教件)。即通过教学课件、教件、电子教材等进行仿真，其中动作原理与理论原理是真实的，而学习对象的动作过程是模仿的;操作仿真—操作技能的培训、岗前实训、实践能力的训练，其中操作实践过程是真实的，而操作对象是模仿的;环境仿真—模拟各种工作环境、学习环境、生活环境，以便对真实环境下的事物展开研究，其中实验基理现象是真实的，而实验设备对象是模仿的。实训场所再配以实际装置设备后，可以同时解决仿真无实物对象存在和仿真可能与实际存在偏差的问题。

第4篇：计算机仿真技术论文范文

研究团队、制药产业及医疗服务业已经认可生命科学仿真系统的作用。在化学工程师和计算机辅助过程工程专家的帮助下，生物工程师可以运用这些手段解决诸多生理学和医学问题。

2仿真技术的研究进展

系统生物学要使用定量分析来研究生命系统。起因于处理大量数据的需要。学者通过计算机仿真技术，利用定量分析来处理临床问题，产生了名叫系统医药学的新学科。化学工程师长期参与生物学和生物医学的定量分析。Peppas和Langer认为在20世纪60年代早期化学工程师就参与生物医药工程。Bailey和同事研究出一种控制新陈代谢的手段，这种手段不仅可用于生物制造技术，也可用于其他生物问题。2005年，Solis和Stephanopoulos指出了纳米级的系统工程需要解决的问题。2006年，Doyle和Stelling回顾了用计算机仿真技术去分析代谢网络的一些重要的成果。2009年，Eissing、Chaves和Allgower利用仿真模型来分析细胞死亡。近年来，有许多论文概述了计算机工程师和化学工程师在医疗系统中的作用。对化学工程师，尤其是工艺系统工程师来说，免疫系统是一个采用仿真技术的复杂系统，化学工程师能够研究免疫系统和病毒之间的相互作用。2004-2005年，Deem开发了一种运用计算机仿真技术研究了病毒和疫苗造成的免疫反应的定量模型。Chakraborty在2003年用仿真技术研究了免疫系统的细胞间的通信，以及免疫反应。2006年，Joly和Pinto认为HIV-1发病机理的数学模型优化了药物治疗的方法。这种方法会导致药物设计和配方设计的改进。Yin在2007年提议把病毒当作一种产品，研究病毒生长和传播时需要考虑时空的影响。可以预见，将来人们会用生理学模型和计算机技术设计出最佳药物配方。为了有效地进行仿真，需要根据生物具体的特性建立多种生理学计算模型。几年前，学者启动生理组计划（PhysiomeProject），旨在寻找人和其他真核生物的计算模型。迄今为止，该计划主要关注使用CellML标准的细胞电生理学的数学模型。CellML标准是一种使用细胞进程模型的生物物理学模型标准。另外SBML标准是一种能够辨识生物进程的计算机可读标准。最近，一个名为虚拟生理人的项目进一步促进了欧洲学者研究生物医学的建模和仿真。学者开发了一些数据库去存储生物模型。细胞模型系统和生物模型数据库是其中两个重要的数据库，两个数据库都建议使用CellML标准和SBML标准。学者可使用这两个数据库来探索复杂的生命系统。生物模型在药物的使用方面有重要作用，这不仅是一个通用手段，而且对癌症治疗和眼病治疗也有特殊的贡献。2002年，Cstete和Doyle提出一种生物反馈系统的逆向工程分析原理。2003年，Tyson、Chen和Novak回顾一些生物控制模块的设计原则。

3简单系统的建模

2001年，Hangos和Cameron强调明确建立模型的目的，模型是在对现象总结的基础上，用计算机能够接受的方式反映规律，建模是下一步仿真计算的基础。对复杂系统来说建模十分必要。复杂系统不可能设计出含所有现象的实验，因为部分量不可测量，并且几个现象间很难找到相互关系。尽管学者已经在测量基因与代谢领域取得巨大进展，但仍有许多生物量无法测量，即便能够测量出一些，测量的准确性也不够高。下面的例子是伦敦大学研究得到的一种模型，该模型模拟了血流改变时动脉壁内皮细胞的反应。血流改变刺激细胞产生化学信号，而这些化学信号拉长了内皮细胞，在某些条件下，巨噬细胞在动脉壁上增加了，最后导致动脉粥样硬化。动脉粥样硬化斑块的位置与血流改变的区域息息相关。并造成影响。学者研究出两个模型来探索这种影响。模型一是细胞表面的血液模型，首先把细胞表面分解成许多不同的小三角形区域（0.4um），这个模型可以看成一个斯托克斯公式的边界积分表达式，通过该模型可以研究在血流作用下细胞的受力情况。模型二研究了力对细胞骨架的影响，细胞骨架保持细胞形状，可以使用开尔文体模型研究这个问题，它是由1个缓冲器和2个平行的弹簧构成的黏性弹性系统，开尔文体代表一种将机械力转化成生化信号的细胞成分，这种生化信号会导致Src激酶的活化，Src激酶会调节Rho激酶和GTP酶（Rac和Rho），而Rho激酶和GTP酶可以控制细胞结构和形态。简单的展示了该过程。此模型可以解释很多现象，但仍然有一些问题解释不了，例如当涉及体内细胞间的通信时，该模型不适用。研究人员建立复杂的仿真模型，这些模型涉及化学和机械领域，可以使用这些模型来进一步研究各种生理学和临床医学现象。

4复杂系统的建模

生命系统具有很强的鲁棒性，生命系统和多反馈的鲁棒性系统相似。建模时要识别模型中的薄弱区域，在该薄弱区域模型可能不够准确，需要用模型进行预测，这要求修改模型。在复杂模型中，特别要注意内部参数不能测量的区域，当处理涉及复杂生理问题时，这些区域变得很重要。原料中包括必要成分A，A和其它成分一起加到反应器。在该反应器上，一些原料反应生成副产物B。在这个过程中，在一定范围内控制成分A的数量很重要。在反应器上，A在催化剂C的催化下生成B，B在催化剂D的催化下生成A。A的数量决定CSTR产生C或者D的数量。如果A加入很多，将会产生C催化正反应。如果A加入的很少，将产生D催化逆反应。与此同时，膜反应器过滤掉废物。这个简单的工艺流程初步反映了血液中葡萄糖调节机制。葡萄糖由肠道进入血液，并供给其它所有的器官。葡萄糖维持在一定浓度很重要，因为维持在一定浓度可以确保人类各种机能的良好反应，这种调节过程称为葡萄糖稳态。如果葡萄糖糖浓度高，胰腺产生胰岛素，指示肝脏把葡萄糖转化成糖原，如果血液中的葡萄糖浓度低，胰腺产生胰高血糖素，将糖原转化回葡萄糖。肝细胞还将血液中废品送入胆汁，并通过胆管过滤并排泄。这是一个涉及多个器官的复杂系统，探索该系统需要考虑许多器官间的联系，葡萄糖稳态系统可以用7个模型表示。

1）.胰高血糖素受体模型

通过胰高血糖素模拟肝细胞表面受体的活化，受体活化产生三磷酸肌醇。该模型由5个微分方程构成，分别描述受体的各种状态、G蛋白的活化和三磷酸肌醇的产生。

2）.钙模型

模拟由三磷酸肌醇活化产生的钙信号通路。该模型由2个微分方程构成，分别涉及细胞质和内质网中钙浓度。钙模型的前提是Hill方程。

3）.环磷酸腺苷模型

模拟受体的活化和环磷酸腺苷的产生。该模型由5个微分方程构成，分别关于环磷酸腺苷的浓度、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的浓度、受体的比例、不活动的比例以及核定位蛋白激酶A的比例。模型遵守Hill方程。

4）.胰岛素模型

模拟肝脏对于胰岛素的反应，该模型由1个描述糖原合成酶激酶（GSK）活化的微分方程构成。

5）.血液模型

模拟葡萄糖在血液、肝脏和胰腺之间的运输，该模型由1个描述血液中葡萄糖浓度的微分方程构成。

6）.糖原分解模型

模拟控制糖原分解与合成的4个因素，葡萄糖及6磷酸葡萄糖的控制、钙离子的控制、环磷酸腺苷的控制、胰岛素的控制。该模型是一个模糊逻辑模型，该模型描述糖原合成酶（Sta，控制糖原合成速率）及糖原磷酸化酶（Pho，控制糖原分解速率）的活性水平。该模型由4个微分方程构成，分别关于糖原磷酸化酶（Pho）、糖原合成酶（Sta）、糖原和细胞内的葡萄糖。

7）.胰腺模型

模拟胰高血糖素或胰岛素的释放。该模型由2个微分方程构成，分别关于胰岛素和胰高血糖素的血液浓度。每一个微分方程都要遵循Hill方程。上述7个模型共同构成葡萄糖的调控模型，需要软件管理系统来协调它们。Saffrey等人在2007年描述一种模型管理系统。该管理系统用来存储模型和数据。在该系统中，上述的7个模型互相联系，共同模拟出葡萄糖稳态系统。Hetherington等人详细描述这个葡萄糖稳态系统的模型。

5完善和应用模型

建立模型以后，需要进一步完善。可以选择各种不同的实验者，将实验者分成多个小组，分别观察和记录他们的数据，根据这些数据完善和调整模型，甚至改变模型，最终确定适合不同人的具体的模型。通过这些具体的模型可以预测未来的变化情况，为了达到某些目的也可以设计一些干预措施。在其他领域中，学者已经充分研究了基于模型工程的设计方法，利用这些设计方法可以达到一些想要的结果，虽然这些设计方法还不成熟，需要进一步完善，但值得借鉴。在生命科学中，要特别注意干预措施也可能会导致一些危害。这些干预措施包括环境干预、药理学干预或基因干预。环境干预通过物理或化学因素，药理学干预主要通过临床干预。在上一部分描述的复合模型中，广泛的使用了计算机辅助过程工程技术，和优化技术寻找最佳解决方案，如糖尿病患者的最佳胰岛素剂量；使用随机技术寻找高敏感度模型的解决方案；使用区间方法确定能够接受的最坏情况。上述方法和模型已经被用来预防一些疾病。如糖尿病患者很可能患非酒精性脂肪肝（NAFLD），利用上述方法可以提出一些措施，有效地避免Ⅱ型糖尿病患者患非酒精性脂肪肝（NAFLD）。基于模型的方法（例如优化、随机分析、间隔方法）将促进生物学和医学的发展，并且随着生物学和医学的发展，这些方法将更完善。要在生物学和医学领域中很好地使用这些方法和模型，必须要掌握生命科学的知识和计算机的知识，单个的研究者常常不具有这两个领域的知识，因此合作很重要。那些希望从事相关研究工作的学者必须合作，例如通过短期或长期项目，建立一个促进合作的机制。

6结论

第5篇：计算机仿真技术论文范文

论文关键词： 信息技术　微电子专业教学　应用

论文摘 要： 信息技术包括多媒体技术、虚拟仿真技术、网络技术，等等。它的飞速发展和广泛普及，使得传统的教学方法正在向现代教育技术方法转变。针对新兴的多学科综合的微电子专业，作者讨论了信息技术在微电子专业教学中的作用与意义，联系实际教学实践，指出了各种信息技术的特点及应用中需注意的关键问题。

信息技术是现代教育技术的基石和重要组成部分。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中提出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”；“强化信息技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果”。信息技术与高校专业教学相结合，可以改进教学手段、创新教学方法、提高教学效率、增强教学效果。

微电子专业是我国近年来大力发展的一个多学科综合、高技术密集的新兴专业，主要研究半导体材料、器件与工艺和集成电路与系统的设计、制造和测试等理论和技术。微电子专业教学由于课程开设时间较短、涉及学科多、理论性强、同时又与实践结合紧密。因此如何有效地改善教学效果，提高教学质量成为微电子专业教学中迫切需要解决的问题。将现代信息技术应用到微电子专业的教学活动中，提高了学生学习的兴趣和积极性，促进了教师与学生的互动，取得了很好的教学效果。

1.多媒体技术在专业教学中的应用

多媒体教学是信息技术在教学过程中最典型、最广泛的具体应用。多媒体信息技术在教学中的应用是指采用图像、动画、视频等新颖的教学形式，将教学内容生动形象地展示给学生，使学生获得直观的感性认识。多媒体教学方式有助于学生对教学内容，特别是重难点内容的理解和吸收，是对传统教学方式的突破和有益的补充。针对于微电子专业的特殊性和综合性，我们在教学中采用多种多媒体表现方式，分别应用在以下几个方面。

1.1幻灯片教学

多媒体辅助教学课件通常由多页幻灯片组成。在幻灯片中可以插入各种对象如文字、图片、图形、表格、艺术字和声音等，把抽象的、难以直接用语言表达的概念和理论以直观的、易于接受的形式表现出来，有效地增强了教学效果。微电子专业课程理论较多，信息量大，直接讲授学生感到比较枯燥。使用幻灯片教学后，色彩丰富，图形清楚，概念清晰，有助于把抽象概念形象化，复杂问题简明化，调动学生的积极性，提高学习效率。

1.2动画演示

电脑动画的运用能够进一步提升多媒体技术的作用和效果。动画能够将微电子专业课程中遇到的深奥的理论问题和复杂的内部机理，通过简单的画面动态地表示出来，从而使学生加快加深理解，特别有利于重点难点的掌握。另外，电脑动画能够逼真地再现微电子工艺流程的加工过程，可以模拟实际操作步骤，从而可以代替或辅助部分实践教学。

1.3录像放映

微电子专业的实习单位往往是高投资、大规模、贵重设备云集的高科技公司。这些公司管理制度严格、专业程度高，对在校学生进企业实习有着很多限制，同学们经常只能去参观工厂环境，远眺机器的运作，甚至有些生产企业不对学生开放实习。这样，教学得不到生产实践的支持，使得理论与实践严重脱节，降低了教学效果。而将企业内部的生产流程拍成录像，或者购置相关内容的影像资料，通过多媒体放映给同学观看，可以近距离地观摩生产流程和设备运作、了解技术细节，对不甚明白的内容可以反复观看。采用这种方式进行教学，同学们纷纷反映大开眼界，受益匪浅，不仅对课程里所学的内容有了直观的认识，而且了解到产业的前沿发展。

2.虚拟仿真技术在专业教学中的应用

得益于计算机硬件的飞速进步和软件技术的迅猛发展，虚拟仿真技术成为当前流行的新型教学手段。传统的实验教学手段，局限于实验室购置的设备和仪器，特别是微电子专业的实验设备价格高昂、操作复杂、容易损伤，使同学很难得到上机锻炼的机会。而使用基于虚拟仿真技术的教学方式，过程简单灵活，交互方式多样，结果直观明了，既能培养学生的动手能力和分析、综合能力，又能提高学习兴趣，激发学生的创造性。

虚拟仿真技术在微电子专业教学中的应用主要体现在两个方面：一是在电路设计方面，基于电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术实现对电子线路（包括集成电路与版图）的模拟仿真；二是在微电子工艺与器件方面，基于半导体工艺和器件的计算机辅助技术（Technology Computer Aided Design，TCAD）实现对微电子制造工艺和半导体器件结构及工作过程的仿真与演示。使用仿真软件所提供的强大功能，包括软件所具有的可升级性，在课堂和实验中通过软件设计微电子电路、工艺和器件，在屏幕上模拟其功能，可使教学概念清晰，内容生动，过程可视，还能够大幅节省实验设备的购置和维护费用，经济高效。

3.网络技术在专业教学中的应用

近年来网络技术更加普及，也更加方便，特别是校园局域网的建设，提供了学生随时随地使用各种终端进行网络学习的教育环境。这也促使我们把教学平台从教室向网络拓展，必然在一定程度上改变教学的形式和基本架构，带来革命性的变化。

互联网和校园局域网一方面可以作为信息资源库，为微电子专业课程教学提供教学教案、课件、习题等资源的下载和在线浏览；另一方面也可以作为师生课外互动的平台，进行答疑、作业提交、通知等教学活动。这两种方式也是目前微电子教学中最主要的网络应用手段。使用网络教学有助于师生双方的交流，教学信息的丰富，以及多元化教学，等等。网络教学的推广和网络教学平台的建设，极大地推动了网络技术在教学体系中的应用，将会成为现代教育技术的主流之一。

综合运用信息技术的各种方法和手段，结合微电子专业特点，更新教学观念，加强教学实践应用，能够有效地提升教学效率和效果，培养出更优秀的符合社会需求的专业人才。

参考文献

［1］刘子良.发挥幻灯片在计算机辅助教学中的作用［J］.中国现代教育装备，2007，52（6）：22-24.

第6篇：计算机仿真技术论文范文

关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计

文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02

作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计

随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。

1虚拟机械制造技术

以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。

2虚拟制造技术的关键

虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：

2.1虚拟技术中的建模技术

虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。

2.2虚拟制造技术中的仿真技术

仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。

2.3虚拟制造中的虚拟现实技术

虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。

3机械虚拟样机技术介绍

虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计

中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。

4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势

4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力

虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。

4.2为机械系统建模带来便利

传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。

4.3强大的后期处理能力

在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。

5结语

虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。

参考文献

[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．

[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．

[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．

[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．

[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，（2）．

第7篇：计算机仿真技术论文范文

关键词：流水线加热炉，复杂对象，PID控制，模糊控制

 

1.引言

传统PID控制方式是建立在数学模型基础上的，根据被控对象的静态和动态特性，获得控制参数[1]。PID控制原理简单，适应性好，在工业上应用十分广泛[2]。而模糊控制不依赖数学模型，是一种智能控制方式，具有很强的鲁棒性和稳定性，适用于难以建立数学模型的复杂系统[3]。本文以流水线加热炉为控制对象，应用PID控制和模糊控制两种方式进行温度控制，均得到较好的控制结果，温差在±1℃以内,然而通过响应过程中的超调量和响应速度来看，模糊控制的优势更加明显。

2.流水线加热炉结构

流水线加热炉是一个复杂的系统，它的整个炉体由三个区，即预热区、高温区和降温区组成，可以模拟工业炉膛预热、高温和冷却三个工作区的温度控制，提供与实际工业背景相似的操作条件。在每个炉膛侧面都有一个进风口，进风口处有PTC加热板，将送风风机送到炉膛内的风加热成为热风，达到加热炉膛温度的目的。免费论文。

3.流水线加热炉温度半实物仿真控制系统

半实物仿真技术是近年来随着计算机技术发展起来，是在仿真实验系统的仿真回路中接入所研究系统的部分实物的仿真[4]。半实物仿真技术既有计算机仿真成本低等特点，又能保证复杂对象模型的准确。

本文以流水线加热炉为控制对象建立起温度半实物仿真控制系统，整个系统包括以下三个方面：MATLAB/Simulink OPC服务器、WAGO PLC 750-842和流水线加热炉，MATLAB/SimulinkOPC服务器和WAGO PLC 750-842通过使用TCP/IP协议实现相互之间的通讯，WAGO PLC750-842和流水线加热炉通过I/O口实现前者对后者的控制，整个系统的三部分在结构上相互独立，在实际操作过程中相互影响和控制，其结构框图如图1所示。

图1 流水线加热炉温度半实物仿真控制系统

4.流水线加热炉数学模型的建立

被控对象的数学模型是反映被控过程输入量与输出量之间关系的数学表达式，研究分析被控对象的特性，就要建立描述被控对象特性的数学模型[5]。加热炉的炉温变化过程具有一般温度过程的基本特征，即为一阶惯性加纯滞后环节，其特征参数有三个：静态放大系数K，惯性常数T和滞后时间τ。

将流水线加热炉三个炉膛分别看成三个独立的系统，给定每个炉膛进风口处的PTC加热板一定加热功率，得到相应流水线加热炉炉膛温度阶跃曲线，利用切线作图法可以确定一阶惯性加纯滞后环节的特征参数。对于一条形状为S型特性曲线，设阶跃输入幅值为Δu，阶跃响应的初始值为y（0），系统达到稳态时的响应为y（∞），则

在特性曲线的拐点处做切线，切点向时间轴引垂线，交点与坐标原点之间的距离即为τ，切线与稳态值的渐近线的交点向时间轴做垂线的交点与原交点之间的距离即为T[6]。各部分的数学模型如下。免费论文。

通过作图得到流水线加热炉预热区炉膛数学模型为：

高温区炉膛数学模型为：

降温区炉膛数学模型为：

作图法拟合性较差，但简单直观，所以应用的十分广泛。

5.PID控制方案

利用所建立的半实物仿真控制系统，在上位机利用MATLAB/Simulink建立仿真PID控制器，将流水线加热炉实物放置在控制回路当中。

设定温度与炉膛实际温度的误差经过PID控制器，输出控制量给PTC加热板控制端。根据前面求得的流水线加热炉各个炉区的数学模型，利用Ziegler-Nichols整定方法确定PID控制的初始参数。免费论文。

由于流水线加热炉是纯滞后系统，所以PID控制中微分不起作用，选用PI控制方式。进过计算，求得预热区初始控制参数为：Kp=0.237，Ki=0.0036；高温区初始控制参数为：Kp=0.26，Ki=0.0034；降温区初始控制参数为：Kp=0.265，Ki=0.0039。利用PID控制初始参数对流水线加热炉的各个区炉膛进行温度控制，得到控制的结果。

根据PID参数调节原则，Kp值大偏差减小，Ki能消除控制中的静态误差，但是Ki的值增大可能导致系统振荡，经过实验调整之后，利用PID控制方式对流水线加热炉的三个区控制得到结果，稳定时温差都在±1℃以内。

6.模糊控制方案

模糊控制是智能控制的一种，是操作者根据自己的经验，设计能模仿人工智能的模糊控制器进行的控制，模糊控制不需要知道被控对象的数学模型就能得到很好的效果。模糊控制器是模糊控制的核心，在MATLAB中有模糊推理编辑系统，编辑好的模糊推理过程能在Simulink的模糊控制器模块中直接调用。选择描述模糊变量的词集为7个{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，隶属度函数的形状选择三角型，根据掌握的流水线加热炉的特性。在模糊推理系统中输入规则后保存，就可以被Simulink模糊控制工具箱里的FuzzyController with Ruleviewer模块调用了。设定温度与炉膛实际温度之间的误差通过模糊控制器，输出控制量给PTC控制端，控制其加热功率。调整控制器比例因子和量化因子，得到控制结果。同样，对每个炉区的模糊控制结果温差都在±1℃以内。

7.结论

从对流水线加热炉的各个炉膛的PID控制和模糊控制的结果曲线可以看出， PID控制方式的超调量比较大，σss在10℃左右，而模糊控制方式σss在5℃以内；然而，模糊控制的响应时间要比PID控制的响应时间短的多。综上，利用模糊控制方案对于控制具有大惯性、大滞后的复杂系统，比PID控制更有优势；并且模糊控制不需要知道被控对象的数学模型，实现起来比PID控制简单。本文中所利用的半实物仿真控制方法，便于修改控制参数和设计控制器，缩短实验时间，节约成本，可以在过程控制中推广利用。

参考文献

[1]Kiam Heong Ang，Gregory Chong，Yun Li. PID Control SystemAnalysis，Design andtechnology[J]. IEEE Transactions on Control SystemsTechnology, 2005,13(4):559-576.

[2]陈夕松，汪木兰主编. 过程控制系统[M]. 北京：科学出版社，2005.7：123-124.

[3]赵光伟. 电锅炉温度控制系统的模糊控制研究[J]. 中国高新技术企业，2008.3：71-72.

[4]单家元，孟秀云，丁艳编著. 半实物仿真[M]. 北京：国防工业出版社，2008.4：14-15.

[5]孟华主编. 工业过程检测与控制[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.8：138-139.

[6]张福波，王国栋，张殿华等. 获取炉温类受控对象特征参数的新方法[J]. 金属热处理，2005,30(9)：71-73.

第8篇：计算机仿真技术论文范文

论文摘要：探讨了电气及自动化专业控制类相关课程关系及地位，结合控制类课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。

对于电气及自动化信息类专业学生来讲，控制类相关课程具有重要地位，主要包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等相关课程。“自动控制理论”和“现代控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论、基本方法的一门专业基础课该课程，是一门重要的控制类专业的基础课，具有较强的理论性，对于工程实践具有重要的指导作用，因而受到人们的广泛重视。目前不只是控制类专业，越来越多的非控制类专业也都把自动控制理论作为一门重要的专业基础课来学习。但是“自动控制理论”、“现代控制理论”课程数学计算和理论分析比重大，是本科生遇到的最抽象、难度最大的课程之一，加之未接触专业课，没有具体应用的物理模型，仅以数学模型为基线讲，学生往往会认为“自动控制理论”与专业无关而无学习兴趣，这是多年来常规教学始终感到困惑的原因。而后续“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”专业课是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。如何讲授“强理论性”课程，使学生真正认识到学好理论可获得对电气信息类多门专业课的理论支撑，从而学好后续专业课程是教学改革的主要目的。需结合“自动控制理论”、“现代控制理论”专业基础理论课程与“运动控制理论”、“仪表及过程控制”，“计算机控制”专业课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。

本项目探讨了如何更新和重组控制理论相关课程的教学内容，保证教学内容的系统性、先进性和实用性，以适应形势发展的需要。提出如何学习和掌握这些课程，包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等控制类课程的教学内容的一些方法和措施。

一、教学内容、方法及形式改革

1.教学设计

近年来，不断更新观念，压缩精简陈旧过时的教学内容，加强现论及现代方法的内容，很好地解决先修课程和后续课程的衔接问题，避免内容的重复，进一步优化课程体系。建立一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。

2.教学方法

将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、创造视觉的新感受、激发学生的学习兴趣和热情。内容取材时，不仅体现控制理论课程内知识点之间的内在联系，还体现课程群之间的相互关系。

3.教学手段

在教学组织过程中，积极采用现代信息技术改进传统的教学手段，在多媒体教学、网络课程等方面努力探索。统一制作“自动化概论”、“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“过程控制理论”、“计算机控制”电子教案和CAI课件，并将授课课件在课程网页上，可供学生课余预习、浏览、复习等。另外，教学大纲、授课计划、实验指导书、学习指导以及教材和参考文献均可通过网络方便查阅。在课程开始即公布授课教师的信箱和电话号码等联系方式，密切授课教师与同学之间的联系，使学生有问题可及时获得老师的辅导答疑，也可通过网上答疑相互交流，打破班级与时间的束缚，在平行班级中实行听课和答疑共享。

4.教学改革与教学研究

精简教材和教学内容，教学组定期进行集体备课，加大对该课程与前后各门课程之间的衔接研究，避免内容上的重复，使其与其他相关课程融合为一个有机的整体。建设可用于大多数工科专业的“控制理论”平台课程。不断改进和完善本课程的新体系结构，充分体现其基础性、应用性、前沿性和系统性；配合新的教材和课程体系，研究并建立配套的新实验体系，强化自主性、设计性、综合性和创新性；以MATLAB软件为基础，构造开放式小车倒立摆综合实验平台，将分析、设计、仿真、虚拟实验、模拟实验融为一体；开发先进的多媒体课件，将MATLAB平台和虚拟实验融入到教学过程中，使教学更为直观生动，更具趣味性和吸引力；完善了课程网站，完成了课程辅助教材的修改和编写，各类题库建设、网络统计功能、远程教学管理系统、虚拟实验内容的扩展及网络版的开发等；使其真正成为学生自主学习、师生互动、双向交流的园地；教考分离，采用试题库出题，统一考试，流水阅卷，考后进行详细的试卷分析。

二、实践教学改革

实践性教学环节是学生能力培养中的重要环节。工科学生除要掌握一定的工程技术知识外，还要有较强的实际动手能力。

1.改革实验课教学，建立体化实验教学体系

实验教学是“控制理论”课程的重要组成部分。通过实验不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力，验证所学理论，而且对所学内容能够提出一些新的见解。为了适应教学改革的需要，在实验室建设方面的指导思想是：将传统的模拟实验与MATLAB环境下的仿真实验相结合，将基础理论验证类实验与自主型、综合型、设计型实验相结合，将基本实验与创新实验相结合，建立一个立体化的实验教学体系，从而满足不同阶段实践教学的需要，为激发学生的创新意识提供硬件平台。

由于实验课内容和形式的多元化，大大激发了学生做实验的主动性、积极性和创新性，学生可以通过预约或上网自主地开展多项实验，进行理论验证、性能分析和综合设计，对提高学生的实践能力和本课程的学习都将起到良好的作用。

课程组织形式与教师指导方法，对于教学大纲规定的必做实验，由任课教师和实验教师共同指导完成；对于设计性、综合性、创新性实验，学生自己利用课余时间完成，可以预约指导教师给予宏观上的指导。

2.积极开展大学生科研实训活动、参与教师科研项目

引导学生积极参加大学生科研实训项目，吸引有兴趣的学生参与教师的科研活动，培养学生严谨的科学态度、创新意识、创业和团队合作精神，提高学生初步的科学研究能力以及工程实践能力，培养学生获取知识及撰写论文的能力。

三、控制理论专题授课方案

根据“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”课程大纲的要求，在适当时候，以某一专题讲座的方式授课。将各种教材进行比较、处理、揉合，组织成各个专题，以高质量、高水平、高效率来达到最佳教学效果。由于专题授课具有综合性、整体性和探讨性，使其信息量得以加大，知识在综合和分析中得到延伸，既提升授课内容，使之浓缩为精华，又吸引了学生的注意力和参与兴趣。

四、应用现代教育技术

开发研制了计算机辅助教学课件。教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、重点、难点、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网，供学生进行自学和课后复习使用。控制理论的分析方法有很多图解法，如频域分析、根轨迹法、状态空间法等。利用计算机强大的计算能力仿真能力和丰富的色彩，可轻而易举地准确绘制出清晰美观的画面。采用动画技术后，图形的来龙去脉可用动态演示。计算机的图形演示与教师的讲授相结合，使教学内容形象化、具体化和生动化，增进学生的理解，提高学生的学习兴趣。

计算机仿真技术在实验教学中的应用为实验教学带来极大的方便。仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服常规实验内容单调、缺乏变化、元器件制约参数调整以及实验设备数量有限等不足。在教学中适当介绍并应用MATLAB软件，并设计出计算机辅助实验教学软件包，提供一个方便易用的图形用户界面，将MATLAB控制工具箱的相关功能集成一体。

网络教学平台开发。网络教学能真正体现学生的主体作用。在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。学生可以在任何时间进行自主学习，并且与教师在网上交流，探讨问题，在教学中发挥积极作用。

五、建立科学、有效的教学信息回馈

坚持洛阳理工学院本科毕业班所有学生中，实施“‘控制理论’相关课程的学习调查”制度。不定期进行相关问卷，包含这门课程是否易学、学习难点、学习方法、是否能学以致用等几个方面的内容，充分了解学生学习这门课的基本情况，为课程改革提供必要的依据，收到良好的效果。

六、结束语

在新世纪中，控制类学科将具有更加光明的前景，控制类研究内容将具有挑战性，研究的范围将更加广阔，电气自动化专业控制类课程的内容将不断地发展和更新，电气自动化专业控制类课程设置及教学内容改革研究也将进一步进行下去。

参考文献：

[1]王瑛.控制理论实验开放式教学的探索[J].实验室研究与探索，2002，

4(21):15-17.

[2]黄缘虹，等.从倒立摆装置的控制策略看控制理论的发展和应用[J].广东工业大学学报，2001，9(18):49-52.

第9篇：计算机仿真技术论文范文

关键词：消费者行为 支持向量机 保健品 仿真技术

引言

消费者行为不仅是营销策略的基础，也是目前的热点研究话题之一。国外早在20世纪50年代就形成了以市场为导向的营销理念，消费者由“经济人”向“社会人”转变；20世纪80年代进入个性化营销（微量营销）阶段，开始了以研究消费者行为为主要任务的营销手段。消费者作为“社会人”，其行为除受自身属性的影响外，还受消费行为心理、市场前景和预期效果等的作用。因此，分析不同消费者的属性，总结影响它们的各种因素，揭示消费行为的变化规律，建立购买行为的分类模型，为今后研究消费者行为的回归问题奠定基础。

保健品行业发展

我国的保健品行业从20世纪80年代起步，经过二十多年的发展逐渐壮大（徐剑锋，2011），“保健”一词深入人心。保健品的发展趋势如表1所示。但就人均来看，我国的保健品消费仅为欧洲发达国家的30%左右，还有很大的增长空间。为了减缓竞争程度的加剧，开辟更广的消费途径，保健品进入了新的变革期。

SVM模型构建

支持向量机（SVM）（邓乃杨等，2004）基于VC维理论和结构风险最小化原理，通过核函数实现到高维空间的非线性映射，引入松弛变量和惩罚参数，具有良好的泛化能力或推广能力。其一般步骤如下：

第一步：给定训练集T={（x1，y1），…，（xl，yl）}∈（Rn×y）l，其中xi∈Rn，指样本的各属性指标；yi∈y={1，-1}，i=1，…，l，代表分类标签。

第二步：选取合适的核函数K（x，x`）和惩罚参数C>0，引入非负的松弛变量ξi=（ξ1，…， ξl）T，其中ξi用来软化约束条件，获得广义最优超平面的原始最优化问题：

s.t. yi（（w·xi）+b）≥1-ξi，i=1，…l，

ξi≥0，i=1，…l，C≥0.

第三步：引入Lagrange函数：，其中α=（α1，…αl）T∈Rl+为Lagrange乘子。

第四步：由KKT条件bL（w，b，α）=0，wL（w，b，α）=0和ξL（w，b，α）=0，得到原始问题的对偶问题即凸二次规划问题：，

，得解α*=（α*1，…α*l）T。

第五步：计算，选取位于开区间（0，c）中的α*的分量α*j，据此计算。

第六步：构造决策函数：，其中符号参数

实例仿真

（一）数据的预处理

原始数据通过问卷的形式获得，问卷主要针对消费者自身的属性（包括性别、年龄、学历、工作地、收入状况、职务类别、消费心理（张丽莉，2010）、市场看法等）展开，并将属性特征进行数据化处理（见表2）。

（二）SVM的训练与预测

发放调查问卷55份，收回52份，收回率94.5%；经过合理性选择，得到有效问卷46份，有效率约占收回问卷的88.5%，整理得到如表3所示的原始数据。

根据SVM进行分类预测的一般步骤，将表3中编号i=1…35的样本作为训练集，得到相对的最优参数、训练模型；i=36…41作为测试集，用来检测各参数和优化SVM模型；通过预测i=42…46的样本，得到如表4所示的预测结果。

（三）结果分析

本文借助计算机仿真技术，通过选取不同的核函数和合适的参数（李盼池等，2005）实现了对消费者行为的预测，而且预测准确度很高，直观展示了SVM在建立消费者行为模型上，具有一定的实用价值。在模拟实验中，选取RBF核函数会得到比使用其他核函数图像更加平滑，拟合效果更好，在以后的使用中应优先考虑。

结论

指标向量xi的多维性，造成了仿真实验中大量复杂的运算，这时选择合适的核函数至关重要。不同的核函数在解决不同的问题上发挥着不同的作用。本文通过对常见的四个核函数模拟分析，用其构成的SVM模型进行消费者行为预测。实验表明，SVM相对于其他分类算法在真实分类中的不理想效果，具有更高的准确度和实用性。

在此之前研究消费者行为方面的论文，多是针对单一属性的消费群体进行分析的。本文在小样本条件下，基于支持向量机原理，对影响购买行为的不同因素进行较为系统的分析归纳，并将已有的数据与现有的libsvm工具箱等计算机技术相结合进行SVM分类机仿真建模，得到决策函数，实现对单一消费者进行行为分析和预测，更直接地对保健品的生产、营销和定位提供指导，为企业有计划、有准备地进行营销活动提供理论支持。

尽管如此，本文也存在着一些潜在不足，如问卷的选项设置或有不尽合理的地方；问卷采用网上的方式，其真实性难以保证等。支持向量机在消费者行为方面的研究还属于发展阶段，很多工作有待于进一步研究：如何选择更合理的属性特征、更合适的核函数和参数，提高模型的泛化能力或推广能力；怎样建立高精度的消费者购买能力与属性特征的回归模型；如何将支持向量机算法与其他算法相结合，提高解决问题的速度和效率等。

综上所述，支持向量机通过选择适当的核函数和参数，在解决小样本、高维模式和非线性问题上具有很强的优势。在对消费者行为模式的研究中，得到的预测效果将比其他数学模型准确很多，具有广泛的实践价值。

参考文献：

1.李国正.支持向量机导论[M].电子工业出版社，2003

2.徐剑锋.保健品的消费者行为分析及其营销探讨[J].时代金融，2011（21）

3.邓乃杨，田英杰著.数据挖掘中的新方法：支持向量机[M].科学出版社，2004

4.张丽莉.消费心理学[M].清华大学出版社，2010