仿真技术特点精选(九篇)

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第1篇：仿真技术特点范文

关键词：Proteus；仿真；光电传感器；教学

作者简介：刘丹（1976-），男，湖南长沙人，湖南商务职业技术学院电信系，讲师。（湖南 长沙 410205）

基金项目：本文系高等职业学校专业骨干教师国家级培训项目电气自动化技术企业顶岗培训（项目编号：18122302）的研究成果。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）30-0130-02

光电传感器是传感器与检测技术的一项重要内容，广泛应用于各种光控电路。光电传感器能够将光信号转换为电信号，利用一些特定材料的光电效应来实现对光信号的检测。由于是对光信号的检测，光电传感器在教学中搭建实物试验比较困难，内容显得较为抽象，有一定的教学难度，学生学习也有难度。笔者经过教学实践，利用计算机仿真技术，通过Proteus软件，搭建光电传感器虚拟实验，取得了较好的教学效果。

一、Proteus仿真教学简介

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。使用Proteus 软件进行传感器及其检测电路设计是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在教学实践中，通过使用 Proteus 软件对学生进行教学，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映对传感器的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，使用 Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作能极大提高系统设计效率。

二、光电效应及光电器件的Proteus仿真

1.光电效应

光可以认为是一种能量传递的方式，它是由一定能量的粒子组成，这种粒子叫做光子。光的频率越高，光子的能量越大，用光照射物体，可以看做是光子对该物体的一系列撞击，物体的粒子接受光子的撞击后获得能量，产生的电效应就是光电效应。光电效应分为内光电效应和外光电效应。光照射在某一物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电现象，也叫做光电发射。当光照射于某一物体上，使物体的导电能力发生变化，这种现象叫做内光电效应，也叫做光电导现象。利用内光电效应可以制成光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等光电转换器件，这些都是常见的光电传感器。

2.光电器件的Proteus仿真

利用光电效应可以制作出各种类型的光电转换器件，即光电传感器。常见的光电器件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电管等。

（1）光敏电阻。光敏电阻是基于内光电效应的光敏传感器，当有光照射时，其电阻值降低；光照越强，阻值越小。其暗电阻一般为1MΩ，其亮电阻（当光照为10lX时）一般为几百欧姆到几千欧姆。光敏电阻一般是将半导体材料粉末烧结在陶瓷衬底上面，形成一层膜，用两个引线引出。有的在外部用防潮材料或者玻璃外壳将其密封，起到保护作用。按照光谱特性及其工作波长，光敏电阻可分为紫外光、红外光和可见光光敏电阻。通过Proteus提供的光电元件，搭建的光敏电阻电路如图1所示，可以通过调节图中模拟的灯照强度来仿真光照的强度，箭头向上调节是光照加强，向下调节是光照减弱。通过调节光照强度可以在LDR1中获得一个随光照变化的电流，加上电阻分压电路，就可以构成一个光电电阻的仿真模型。当光照强度越大时，电流越大，电阻越小。此电路中，电流经电阻转换成电压，光照越强，输出电压越大。

（2）光敏二极管和光敏三极管。光敏二极管是一种利用PN结的单向导电性的结型光敏传感器，与一般的二极管不同的是，PN结上装有透明的外壳，用来接受光照。光敏三极管与普通三极管一样，有PNP和NPN两种类型，有两个PN结，其中集电结具有光敏特性，相当于一个光敏二极管。在应用时，集电结反偏、发射结正偏，在光照的影响下可以等效看成是光敏二极管产生的光电流在三极管中进行放大，其光电流比光敏二极管的光电流要大很多，也就是光敏三极管的灵敏度比光敏二极管要高。光敏三极管常用的材料一般是硅，一般只引出集电结和发射结，外形和发光二极管相同。光敏三极管的Proteus仿真电路如图2所示，光敏三极管跟光敏二极管类似，一般只有E和C极，没有光照时暗电流非常小，有光照时，电流随着光照强度增大而增大。在本电路中，发光二极管与光敏三极管是成对出现的，通过RV1来调节发光二极管中的电流，从而达到模拟调节光照强度的目的。电流越大，说明光照越强。光敏三极管感受发光二极管中的光照强度变化，E极和C极间的电流随着光照强度进行相应变化，通过调节RV1就可以调节光敏三极管的输出电流。

三、光电传感器的应用仿真

光电传感器的应用非常广泛，直接影响被测对象的光量变化的参数都可以直接检测，而现实中引起光亮变化的因素有很多，可以是光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可以把其他被测的非电量参数转换成光量变化来进行检测，这些参数可以是零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度。光电传感器还可以应用于物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得了广泛应用。

上面已经搭建好了光敏电阻和光敏三极管两个光敏器件的仿真模型，利用这两个光敏器件再设计出适当的电路就可以制作出光敏传感器的应用电路。在实际教学中，通过分析两个光控电路实例可以加深对光敏传感器的理解，掌握被测参数怎样转换为电信号进行处理，对掌握光敏器件的使用、光电传感器的实际应用、掌握光控电路的设计方法都有很大的帮助，可以引导学生进一步设计和制作出光电传感器应用的实际产品。

1.光电报警电路

很多场合需要根据光照的实际情况实现不同控制，完成不同的工作。本实例是利用光敏电阻设计一个弱光报警电路，可以根据光线的强度发出报警信号。如图3所示，LDR1为光敏电阻，可以通过调节强、弱按钮来调节光照的强度，同时调节光敏电阻内电流的大小。LDR1、RV1、R1构成了光电测量电路，将光信号转换为电压信号。Q1、Q2组成的是开关电路，控制下一级自激振荡电路，Q3、Q4是自激振荡电路，输出脉冲信号。当光照较强时，光敏电阻内的电流较大，经过电阻RV1转换为电压后，输出的电压较小（电压与光照强度成反比），此时三极管Q1、Q2截止，Q3、Q4电路不工作。当光照变弱，输出的电压变大，在该电路中，电压约为2.1V，三极管Q1、Q2导通，Q3、Q4电路工作。Q3、Q4电路为自激振荡电路，电路工作时产生脉冲信号，如图4所示，此信号加载在扬声器上，发出“滴滴”的报警声音。这样就实现了光照较弱时自动报警的功能。

2.光电路灯控制电路

利用光敏三极管来实现路灯的控制，白天光线较强，路灯熄灭，晚上光照弱，路灯亮。该电路也可以采用光敏二极管来实现，光敏二极管和光敏三极管在应用上除了光电流不同之外，其应用的电路的结构基本是一样的。不管是光敏二极管还是光敏三极管都是将光信号转换成电流，其检测电路的设计应该是将电流转换成电压，利用电压来控制相应的电路，实现自动控制的目的。电路设计如图5所示，U1（OPTOCOUPLER-NPN）为光电耦合型NPN三极管模型，可以通过调节输入电流模拟光照强度的变化来控制光敏三极管的输出电流。RV1、U1组成光电检测电路，通过RV1来调节光电三极管的输入电流，模拟光照变化。U2（施密特非门40106）、三极管Q1构成开关电路，直流继电器LR1是驱动电路，作用是驱动路灯D2。

电路工作原理分析：在白天，光照较强，光敏三极管输出的电流较大，转换成电压后输出的电压比较高，经过40106这个施密特非门，变成低电平加在三极管的基极，此时三极管截止，路灯不亮。在晚上，光照较弱，光敏传感器输出地电压较低，经40106非门后变成高电平加在三极管基极，三极管导通，继电器线圈得电，路灯被点亮。

四、小结

光敏传感器是将光信号转换为电信号的器件，在实际教学中，实物实验搭建比较困难，学习内容抽象，不易理解。通过计算机仿真技术，用Proteus软件设计光电器件的模型，模拟其将光信号转换为电信号的过程，能够很好地理解光电传感器的性能及其工作原理。在两个实例电路的分析中，光电传感器的使用方法、光控电路的设计、电路参数的调节、变化规律都很直观。通过教学实践证明，在光电传感器的教学中采用Proteus仿真教学能够降低教学难度，提高学生的学习兴趣，教学效果有较大提高。

参考文献：

[1]百度百科. Protues[EB/OL]. http：///link？url=Xrw

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[2]冯成龙，刘洪恩.传感器应用技术项目化教程[M].北京：清华大学出版社，2009.

第2篇：仿真技术特点范文

关键词：电力系统；继电保护；动态特性；数字仿真

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

在电力系统发生故障时，其运行的安全性以及可靠性在很大程度上会受到继电保护动态特性的影响，但是在实验室里面却无法准确的将真实情况表现出来。当前解决此类问题的方法主要有两种，一种是通过电力系统动态模拟装置对故障进行模拟，校验继电保护，该种方法是最传统的方法具有灵活性差、费时费力、成本高等不足；另外一种是通过故障再现设备实现故障期间电压以及电流数字量向模拟量的转换，并在博爱和继电器中将其输入进而对它的动作行为进行观察。该种方法必须要与故障再现以及测试设备，其是非常昂贵的，而且对装置内部程序的逻辑以及元件配置情况无法观察，只对已有的设备具有适用性。文中所提出软件对可以实现任何继电保护装置元件及其组成系统的模拟，使用EMTP对故障期间的相关数据进行仿真，对其动态特性进行校验。该种方法可以随意改变保护装置的结构、电力系统的结构、故障地点以及故障类型等。对现有的或者是正在研制中的保护装置都具有适用性，它几乎有成本低以及效率高等优点。文中的软件采用了Wisual C++6.0语言作为开发工具。

软件的动态仿真原理分析

使用程序模块来实现继电保护装置包括电压元件、电流元件、阻抗元件、功率方向元件、时间元件、差动元件以及各种逻辑元件在内的各种功能元件。仿真时将这些功能元件通过图形操作来组成软件框图；对正在研制的保护装置或者是即将投入运行的保护装置进行校验时，根据投入运行电力系统的结构以及参数，通过EMTP仿真获得相关的参数值并将其输入到保护软件框图的测量元件当中，对保护元件的动作以及它们之间的时间配合关系进行观察，最后就可以观察到保护装置整体的动作情况；对于已经投运的保护装置，对故障的原因分析分方法和以上的方法是一样的。一般动态仿真可以通过连续仿真、断点方针以及单点仿真这三种方式来实现。可以根据实际情况对仿真度的速度进行调节。

保护元件的结构

文中所设计的软件如图1所示，该软件采用了面向对象的编程技巧，保证了其的层次性以及易扩展性。该种结构也和面向对象的特性是相符的。首先进行基类元件类的构造，它集所有元件的特性于一身，可对其进行复制、移动以及删除等操作。时间元件、逻辑元件、测量元件以及其它元件就是由基类派生的来的，其中测量元件主要包括电压、电流、功率方向以及阻抗元件，要将电压以及电流采样点谐波分析结果输入到这些元件当中；在逻辑元件中应输入与之相关元件的动作情况。其它元件主要包括启动元件、电流以及电压互感器断线检测元件等。对于所有测量元件得到的测量值均可视为一个数学公式的计算值。

图1保护元件结构图

软件的结构、功能以及特点

3.1软件的结构

下图图2为软件的结构图，在进行动态仿真之前用户应通过软件的编辑功能将保护的逻辑框图绘制出来，且选取一组故障电流和电压的数据，根据保护的实际要求做好滤波计算，将处理之后的数据输入到测量软件当中进保护仿真。在仿真是对每按照顺序对每一软件进行查询，对于测量元件应该根据其电压、电流、公路方向以及阻抗等来确定出合适的公式将测量值计算出来，然后将其和定值放在一起进行比较，如果满足要求就发生动作；逻辑元件是否动作主要是根据和它输入端连接在一起的元件的动作情况决定的。为了提示用户，发生动作之后的元件出口位置会变成红色。所以元件每循环一次时钟会随着向前走一个步长，其是可以可以进行调节的，为了确保仿真的正确程度，对循环一次后的时间步长应进行检查看它是否比两个采样点之间的间隔大，以免造成忽略掉某些采样点造成元件状态的变化，导致仿真结果不准。在查询完所有的元件之后才能拨动仿真时钟，所以仿真结果不会受到程序快慢的影响。

图2软件结构图

3.2软件的功能特点

3.2.1图形化操作

文中所开发的是一个图形化的仿真软件，继电保护逻辑框图的编辑功能作为软件的基本功能。为了使得所开发的图形编辑功能可以很容易的和各种分析功能的接口相连接，向它们提供统一的图形用户界面，所以要确保所开发系统的独立性较高，同时确保其具有易扩充性。文中所开发的保护框图编辑系统具有的功能和特点有：第一，给各种不同的保护元件提供了相应的绘图工具，通过其可绘制各种元件，操起起来简单方便；第二，可以对各种元件进行包括移动、复制、删除等在内的操作，亦可对整块对图形进行操作，所以的操作和Windowsz的标准操作相一致；第三，具有和AutoCAD一样的对敏感点的捕捉功能。其可依据各个元件在图形中所处的位置将它们之间的关系确定出来，这样在绘图中就可以省掉很多工作，由于无需输入网络拓扑连接关系的工作，也就不会有出错情况出现。软件还可以实现对保护框图连接线的错误进行自动检测。

3.2.2其它功能

第一，滤波的各种算法均可提前编好，所以用户可以根据实际需求来选择算法，这样就很容易对各种原理的保护进行仿真；第二，在数据库里面存有继电保护的定值，这样在框图上可直接检查和修改保护定值，对其的校验也显得很简单了。对元件进行双击在弹出的对话框中可以对元件的编号以及特性进行修改；第三，该软件中，用户只需将数条简单的直线和圆弧给出任意种类的动作特性就会形成，也就是说其实现了阻抗元件的自定义特性；第四，通常在保护框图中对逻辑元件使用的比较多，在绘制时经常需要对其属性以及输入端的个数进行变更，基于此种情况，该软件开发除了具有自定义功能的逻辑元件，这样就使得用户绘制更加方便；第五，此软件所使用的数据符合我国电力行业的相关标准，是我国故障动态记录设备暂态数据交换的标准格式，因此其具有较强的适用性；第六，通过该软件可以获得很多的图形和曲线；第七，可根据需要选择仿真到底是单步进行还是连续进行，这样用户就可以很清楚的对故障时包含汇总所以元件的动作情况以及它们之间的时间配合关系进行观察，以实现运行过程中保护发生误动作原因的查找。除此之外，软件还可以读设计阶段保护的性能进行分析，在很大程度上可以新型保护研制所需要的时间。

接口问题分析

通常真实感受故障的数据位于A/D变换后的数据线上，故障数据是通过保护定时中断获取的，但是在故障录波器中的数据是数字量，这时出现的问题就是二者的采样率不同，若需要使用这些数据就需要对其进行转换，使得采样率保持一致，具体的解决方法可以参考Comtrade格式标准。

结束语

综上所述，文中提出的软件具有使用方便、功能齐全、成本低以及适用性强等优点，可将其用于对继电保护装置的设计开发以及故障分析中，在人员的培训以及调试方面也可以使用。在这里需要说明的是，该软件作为对保护装置进行分析的软件，硬件还是需要通过动态模型以及故障再现设备进行测试。文中已经分析了该软件的整体框架，还需要进行滤波计算以及各种功能软件的编制，其正在进行。在很大程度上软件仿真的真实性这准确性都会受到各种元件实现算法和真正保护装置之间的一致性程度的影响，因此希望各个生产厂家积极配合，向用户和相关厂家提供质量性能更好的工具。

参考文献

[1]郭征,贺家李,杨洪平,柳焕章,卢放.电力系统故障时继电保护装置动态特性的数字仿真[J].电力系统自动化.2003(11).

第3篇：仿真技术特点范文

【关键词】电子测量技术；Proteus仿真

1 电子测量教学中存在的问题

《电子测量技术》是高等职业院校电子信息类专业的一门专业课，其目的在于使学生理解常用电子测量仪器结构、原理，会正确选择和使用电子测量仪器进行测量，培养学生成为具有电子信息技术基本技能和综合职业能力的，在电子信息领域适应生产、建设、管理及服务第一线工作的高级技术应用型人才。该课程传统的教学方法多采用老师首先讲授理论，然后再实验室验证性实验的方法，随着现有高职生源水平的下降，传统的教学方法已经不能取得良好的教学效果，这就要求教师要根据实际情况，利用先进的教学手段和技术条件进行教学方法和形式上的改革。

多媒体技术是现代教育的一种有效的教学手段，教师可以将晦涩难懂的理论知识利用图片，动画等多种形式演示出来，既能引起学生兴趣也能使学生更容易理解知识。但是单纯的图片或者动画演示对于《电子测量技术》这门课程显然的不够的，它涉及到很多具体电路和仪器的工作原理，这些仪器的构成原理和使用方法较难理解。

2 Proteus仿真在电子测量教学中的应用

计算机仿真技术已成为现代工程中的一种有效手段，所以我们在教学过程中使用了电路仿真软件Proteus。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的一款EDA工具，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及器件。

我们以信号发生器为例，将计算机仿真技术应用与教学中来，采用项目教学法，让学生利用之前所学的电路知识设计信号发生器。

信号发生器总方案如下：

信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波―方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生正弦波波―方波，再将方波变换成三角波的电路设计方法。由RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，经过迟滞比较器产生方波，再由积分电路产生三角波。

学生通过设计信号发生器的电路了解了信号的发生器的结构原理，也对振荡器，延迟比较器和积分电路原理和应用有了更深的掌握。而且通过计算机仿真软件来设计和搭建电路也节约的时间和硬件等资源，同时也避免了搭建实际电路时，由于焊接水平影响而出现的一些问题和故障。

3 总结

将Proteus仿真技术应用于《电子测量技术》这门课中，不仅使教学方式和考核方式多样化，也激发了学生对学习的兴趣和主动性，提高了教学效果和实践能力，也有助与学生在国家电子类各项竞赛中取得优异成绩，对毕业设计，创新项目和课外活动也起到了一定作用。

【参考文献】

[1]徐杰.电子测量与仪器[M].北京：机械工业出版社，2015.

[2]千承辉.Proteus 仿真在电子测量实验课程中的应用研究[J].实验室科学，2013，6

第4篇：仿真技术特点范文

关键词：计算机仿真技术 电子专业教学 应用

课 题：本文是在建设江西省冶金工业学校电子技术应用重点支持专业建设项目“改革教学模式”过程中的实践研究成果。

一、计算机仿真技术的特点

1.计算机仿真技术的基本特性

沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性。虚拟仿真技术是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。将虚拟仿真系统应用于电子技术专业教学，可使使用者获得视觉、听觉、运动感觉等多种感知，绘制的电子图形与实物十分逼真，具有界面直观，易学易懂的特征。因此，用计算机仿真技术进行教学，学生能够更加直观地进行观察和学习。

2.仿真技术能够提供各种分析手段

计算机仿真技术具备完整的混合模拟功能及数字信号模拟功能，可以对电路图中的电波及各种工作状态数据进行储存、打印。计算机仿真技术不仅具备对静态、动态以及失真情况进行分析处理，而且对于电路中出现的短路及其他故障能够进行及时、合理的判断和分析。

3.仿真技术在教学中的作用

计算机仿真技术不仅实验方法简单明了，而且成本低，便于系统的检修和维护。学生进行实验时，不用担心因错误操作而引起不良效果。学生能够独立进行实验。学生进行反复操作的过程，也不会造成实验器材和原料的浪费。并且可以进行一些难度系数较大的实验，达到身临其境的真实感觉。

二、计算机仿真技术在电子技术教学中的应用

1.在课堂运用仿真技术，进行演示实验，能够提高教学效率

以往在进行理论课教学过程中，过于注重原理分析、公式推导，学生常感到枯燥无味，难于理解，需要配合演示实验，而教师需要花费大量时间进行演示实验的准备，并且常需要将多种仪器搬到教室，使用起来非常不便，演示操作过程时间长，常常影响教学进度。如今将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在进行理论讲解的同时，利用多媒体同步进行演示，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论讲解的不足，而且学生更易掌握、理解。

2.利用仿真技术进行实验教学具有较强的灵活性、精确性

通常情况下，实验操作过程经常存在不可预测的因素，往往会得到不同的结果。采用计算机仿真技术绘制图形，与实测数据相结合，可以减小因为不定性因素引起的误差。与传统实物实验相比，计算机仿真技术可以弥补实物实验不能任意改变电路参数的缺点，能够在不更换实验器材和元件的情况下，利用计算机仿真技术通过变换参数来观测结果的变化，从而得出精确的分析数据。

3.仿真技术教学生动有趣，能有效激发、提高学生的学习兴趣

实验课的真正目的就是让学生能够通过实验课程的学习来验证理论知识，能透彻清晰地理解理论知识，巩固学生的专业技能。传统的实验教学主要靠老师的讲解和演示，学生动手时间少之又少，导致学生无法加深对原理的理解，计算机仿真技术避免了这种现象，大大提高了学生的实验实效，调动了学生的积极性，激发了学生对实验课程的兴趣。

4.仿真技术为教学提供了理想的教学方案

由于学生对知识掌握和熟练程度不同，学生的认知能力存在差异性，对新知识的理解掌握能力不一致，因此教师在制定教学方案时需要考虑到学生的实际情况，因材施教。计算机仿真技术的引进，无疑给教学提供了理想的教学方案，教学内容更加规范化、标准化，并且以重点培养专业技能为目的，设计的教学方案更加合理实用，符合学生的特点。

三、仿真实验应注意的问题

第5篇：仿真技术特点范文

关键词：3D数字仿真技术；城市服务；应用

1 概述

3D数字仿真技术主要是通过计算机技术，为用户创造一个逼真的虚拟环境，既可以是对现实环境的虚拟，也可以是对一些想象的物体的虚拟。目前在城市建设以及工业产品等领域中的发展比较广泛。本文主要通过分析3D数字仿真技术的发展情况，探讨其在当前的城市服务中的应用情况。

2 3D数字仿真技术概述

2.1 3D数字仿真技术概念及特点

3D（三维）数字仿真，一般也称虚拟仿真，主要是通过计算机技术生成一个无限逼近现实的虚拟环境，该环境中存在视、听、触、味等多种感知，用户则通过各种传感器设备接收自身自然反应的行为、活动，从而实现与虚拟世界中的个体产生联系的一种技术。

3D数字仿真技术一般具备三个特点：（1）沉浸感。由于3D数字仿真技术创造出了一个虚拟的现实世界，单从视觉效果上来看，用户很容易产生一种置身于这种虚拟环境的感受。（2）多感知性。虽然目前的3D数字仿真技术能够实现的感知只有视觉、听觉发展的比较成熟。但是理想状态下，3D数字仿真技术还应该具备味觉、嗅觉以及触觉等在现实生活中存在的多种人类感知行为，为人类营造一个真正逼近现实的虚拟环境。（3）交互性。所谓交互性是指用户可与虚拟环境中的实体进行交流、操作等行为，而且通过这些行为可以得到实时的反馈。

2.2 3D数字仿真技术发展

进入21世纪以来，随着计算机技术的大量普及，3D数字仿真技术也随之进入了快速的发展时期。而美国作为该技术的发源地，目前在该技术领域依然处于世界领先地位，于2007年率先提出六方沉浸体验虚拟现实系统，并期望达到1亿像素的显示效果。然而目前最大的虚拟现实系统中能够提供的像素仅为4300万，且只有五方沉浸体验效果。因此，这项技术被美国业界认为是下一世纪重要竞争技术，一些大型的公司，像波音、福特等公司均有对应的大型研发中心。我国虽然起步较晚，但是许多高校、企业也都在积极研制3D数字仿真技术，目前也都取得了十分显著的进步。

3 3D数字仿真技术提供的城市服务探究

3.1 城市建设领域

随着房地产行业的竞争越来越激烈，房地产厂商主要宣传的要点包括：地理位置、社区规划、户型设计等。然而目前对于户型的空间设计等方面发展已经很难再有革命性的突破，一些厂商的宣传手段还仅限于条幅、实物模型等。但是随着社会的发展，人们希望能够更加直观、快捷、方便地看到整个楼盘的详细信息。传统的手段是无法满足这些需求的，而3D数字仿真技术，这一专注于营造仿真环境的技术就得到了广泛的应用。房地产厂商通过制作一些建筑动画，直观地展现小区虚拟场景、楼盘样式、以及三维虚拟样板房等。通过使用这些3D动画作为宣传手段，能够让居民非常直观的体验、感受到住房的样子，因此取得了非常好的宣传效果。

3.2 工业领域

现如今，随着经济的快速发展，人们的生活也因为各种工业产品的快速发展而变得非常方便。像汽车、医疗器械等一些与人们生活息息相关的工业产品，一般在最终上市之前都会进行严格的检验。之前由于技术水平有限，只有等到产品研发出来之后才能进行相关的检验，一旦产品出现问题势必造成大量资源的浪费。

随着3D数字仿真技术的产生，技术人员可将设计出来的产品进行虚拟实验，既可以将设计出来的产品整体、空间构造都非常详细地展现出来，而且还可以通过虚拟现实技术，在虚拟的环境中对，对这些产品进行安全、事故模拟实验。像汽车行业，一般会利用3D数字仿真技术进行车辆撞击事故模拟；在煤矿产业，一般利用3D数字仿真技术进行安全生产实验，确定最终的安全挖掘方案等。

3.3 事故模拟

传统的事故分析都是通过事故现场照片或者是现场遗留下来痕迹等来进行相P的判断，但是这种缺乏动态模拟过程的分析方式缺乏直观性。而事故一旦发生，通常会伴随着赔偿、处罚等后续事件，如果能够完全还原当时的情景，有助于相关负责人十分方便、快捷、准确的处理相关事故。目前已经开展的研究内容包括：桥梁坍塌事故分析、交通事故分析、煤矿事故分析等。其中交通事故分析发展相对的较为成熟，而且现在已经有很多交通管理部门引进这些技术，对交通事故进行模拟还原，从而对发生当事人进行相关责任判断。

3.4 施工演示

目前国家各项基础设施建设正在如火如荼的进行中，面对这些大型的工程项目，以前只能通过工程图纸或简单的模型等形式进行展示。对于缺乏足够的空间想象能力或者项目新手来说，很难去想象到整个工程中每个实物的具体样式，而3D数字仿真技术大到整体效果，小到部件的构造等，可以非常逼真的展示工程项目实景。不仅方便进行施工演示，而且在进行工程汇报时，也可以非常具体的展示当前的具体施工状况，以及与完整项目之间的差距等。

4 结束语

3D数字仿真技术，随着计算机技术的快速发展，正处在高速发展的阶段，而且正在以其独特的方式改善人们的生活、学习和工作方式。除上述提到的一些应用领域之外，3D数字仿真技术还有许多其它的应用领域，而且随着5D时代的到来，还会产生更多的现在还无法想象的应用领域。但同时还应该意识到，由于一些技术难点，比如说在虚拟空间中实现嗅觉、味觉等技术，目前还没有攻克，3D数字仿真技术未来的发展道路还有很长。

参考文献

[1]张晶.浅谈三维动画的应用领域[J].山东工业技术，2013（11）：151.

[2]周飞，孙超.论三维动画在产品设计中的运用和价值[J].艺术科技，2013（05）：179.

第6篇：仿真技术特点范文

关键词：计算机仿真；教学方法；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）02-0048-03

一、引言

仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术被认为是“使能”技术。

仿真科学与技术虽然尚未成为一级学科，但国内多个军队院校已经开始设置仿真专业和仿真工程二级学科，已经培养了数千名仿真工程技术人才。我校从2005年起开始在测控工程本科专业开设《计算机仿真技术》课程，30学时，每年选课人数近150人，主要目的是让学员建立起计算机仿真的概念，掌握计算机仿真的基本方法并能够对连续系统进行初步的仿真研究，为今后从事导弹控制系统的分析与设计奠定基础。

计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。因此，学员普遍反应该课程难学、难懂。为提高教学效果，针对课程特点和现行课程教学的不足，我们从教学内容、教学方法手段、教学资源和实践环节等方面进行了课程改革和实践，取得了较好的教学效果，为计算机仿真课程的教学改革提供了实践基础和案例参考。

二、现行课程教学的不足

1.课程定位不明确。由于计算机仿真技术在本校是第一次开设，对于课程应该达到什么样的目标定位并不明确。现行的课程标准将目标定位为掌握连续系统仿真方法和离散事件系统建模与仿真方法，并能够对具体的连续系统进行仿真研究。事实证明这种要求目前是达不到的，特别是在有限的学时限制之下。另外，课程的定位也和测控工程专业的培养目标不尽相符。同时，本校应届毕业的研究生反映，本科阶段已经学过的内容，硕士阶段还得重新学一遍，甚至到了博士阶段，也有部分重复的教学内容出现。这说明目前对于计算机仿真技术本科课程、乃至整个仿真课群的设置与定位是不明确的。

2.教学内容与其他课程重叠。计算机仿真技术课程现行的教学内容与《现代控制理论》等课程的内容有所交叉和重叠。连续系统数学模型及相互转化等内容在《现代控制理论》中已经讲授过。而有关“数值积分法”的内容和《计算方法》的内容有交叉。教学内容交叉和重叠现象令学生无法准确界定、无法准确区分课程内容，也令教学督导专家诟病，当然也就不利于学员的系统学习了。

3.教学方法手段单一。该课程的教学方法还主要停留在传统的讲授为主的教学理念上，只采用单一的教学方法和手段。教学内容文字性公式居多，直观性材料、多媒体材料、应用型材料偏少，学员学完后不知道如何应用、如何解决实际问题，总认为计算机仿真就是一种数值游戏、一种计算机游戏。

4.缺乏必要的实践环节。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。现行的教学模式缺乏实践环节，学员难以了解仿真技术具体是如何应用解决实际问题的，缺乏感性认识和实践的机会，不知道在导弹控制系统分析中有何用处。

三、课程教学的改革实践

根据作者的教学实践和实际科研工作经历，提出并实践了如下改革思路。

1.教学内容改革。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括计算方法、计算机软件设计、计算机图形学、计算机控制、自动控制原理、现代控制理论等课程。如何讲出本课程的特点同时又避免与其他课程雷同是必须解决的问题，因此必须在教学内容的编排上下功夫。

经过分析与调研，最终将本课程的主要内容选定为连续系统的数字仿真方法上（占总学时的40%），而对连续系统的建模及模型表示、相互转换则不作过多讲述，避免与自动控制原理、现代控制理论重复。而对于计算机仿真技术中的离散事件系统仿真（占总学时的25%）则仅作原理性讲述，因为经过调查发现，学员在现阶段还体会不到离散事件系统仿真建模的精髓，还不能够从离散事件仿真建模过程抽象出解决实际复杂系统的建模与仿真方法，而这正是离散事件系统仿真的核心思想和应用目的所在。剩余的学时则主要讲述计算机仿真的基本概念、步骤与发展趋势及应用等内容。

授课内容调整后，课程主题内容分明，有利于将连续系统仿真方法讲深、讲透，增进学员的理解。

2.基于比较教学的教学方法实践。为了加深学员对内容的理解，在教学过程中广泛采用了比较教学方法[1]。

一是连续系统与离散事件系统仿真方法的比较。仿真的本质是在计算机上对模型进行试验，完成状态转移计算。连续系统仿真模型的建立主要是从数学模型出发，建立适合计算机上实现的运行模型。因此连续系统仿真推进时钟时，以为增量进行推进，采用差分方程实现状态推进。因而连续系统其仿真方法明确，好理解，在计算机上求解微分方程即可，重点放在如何选取微分方程的数值解法上。

而离散事件系统的状态变化是由于随机发生的事件而引起的，如何进行离散事件系统的仿真时钟推进和状态变迁就成为离散事件系统仿真的核心问题。离散事件仿真的基本思想就是将事件序列模拟出来，记录事件引起的状态变化并进行统计，最后得到感兴趣的系统性能参数。时钟推进方法根据仿真粒度分别可采用事件调度法、互动扫描法和进程交互法，其中事件调度法是基础，体现了离散事件系统演化的特点。

离散事件系统只能根据其系统特点，将由事件驱动引起的状态变化通过简化在计算机上复现出来，从而进行仿真研究。这种思路大部分学员开始时不理解，甚至认为是“很笨的方法”，没有什么特别之处。然而，这种方法却是对离散事件系统甚至复杂混杂系统进行仿真的唯一有效方法。

通过建立连续系统和离散事件系统仿真比较表（如下表所示）进行比较教学，学员对两种系统的仿真方法理解得更透彻。

二是数值积分法、替换法和离散相似法的比较教学，后面两者都是从仿真的快速性出发进行设计的。

数值积分方法是从求解微分方程的角度发展而来的，思路严谨，方法体系完整，是主流的连续系统仿真方法，其主要过程是建立差分方程。替换法是应用z与s的映射得到离散脉冲传递函数，再由Z反变换求得差分方程的方法。替换法相当于数值积分法的多步法，简单替换法可以欧拉方法一致的精度，双线性替换法可得到和梯形法一致的精度，但计算过程相比欧拉积分方法和梯形法快。但缺点也很明显，替换法要求对系统先进行线性化，因而只对线性系统有效，而且替换法其理论依据不严格，误差大小也没有定量的结论。

离散相似法是一种快速仿真方法，其基本思想是简化系统的输入。由于实际系统输入经常选择阶跃信号，对输入采用零阶保持器的简化措施没有引入误差，可以获得更高的仿真精度。而欧拉方法要求状态变量的导数为阶跃信号时，才没有系统误差，这在实际中是很难满足的。因此对于阶跃信号输入，采用零阶保持器的离散相似法可以获得没有系统误差的仿真结果，这不仅优于欧拉方法，还优于其他的高阶数值积分算法。

但离散相似法的局限也是很明显的：即要求系统必须是线性的。非线性系统要采用离散相似法，首先要进行线性化，但线性化过程已经引入了误差，自然会影响仿真结果的准确性；另外系统的阶次和“病态”属性的存在使得计算状态转移矩阵很复杂甚至不收敛，将带来较大的截断误差。因此对于线性系统，离散相似法将系统拆分为一系列低阶环节，再针对每个低阶环节应用离散相似法，但此时这些低阶环节的“输入”已不再是阶跃信号了，因此采用离散相似法同样带来了误差。

只有在离散相似法选择的典型环节是积分环节时，离散相似法（零阶保持）等价于欧拉方法。

通过以上比较教学，学员对连续系统的仿真方法理解就很透彻了。

3.辅助教学资源开发。学员通过比较教学，虽然对连续系统的仿真方法已经很理解的，但是对其如何使用仍然是模糊的。为此，我们利用Matlab语言开发了连续系统仿真算法辅助教学演示软件。

软件的主要功能包括：（1）对常用的数值积分法进行Matlab实现，写出各种数值积分法的递推叠代公式，显示出每步计算结果；（2）连续系统包括典型的一阶系统、二阶系统和三阶系统；（3）可对数值计算结果和系统精确解进行列表比较和图形比较；（4）对病态系统采用不同的仿真方法进行仿真演示，比较方法的异同和计算精度；（5）一个鱼雷攻击移动目标系统（6阶系统）进行具体应用，演示如何对具体连续系统进行仿真分析。

教学过程中，涉及到相关算法时，利用辅助教学软件进行教学演示，对计算公式的推导、每步计算过程和结果都进行演示，并最终演示仿真结果及与真实解、其他算法之间的差异，从而班组学员理解算法的计算过程。

4.增加实践环节。由于教学过程中，只能采用较简单的对象进行讲授和演示，学员对于如何采用计算机仿真技术解决导弹控制系统的定量分析与精度评定等应用仍然没有概念。鉴于学时的限制和实验条件的限制，目前尚不具备让学员动手进行计算机仿真验证的条件。因此依托战略导弹控制系统半实物仿真试验系统科研条件，让学员参观、体验计算机仿真技术在大型导弹连续系统仿真中的应用这一实践环节，感受半实物仿真试验过程和数字仿真、可视化仿真过程，从而增强了学员理解仿真技术应用的直观性，使学员的实践能力得到全面锻炼和提高。

四、教学效果

计算机仿真技术课程在我校开设了7届，前几届学员普遍反映难学，抓不住重点和思路，不知道如何应用。经过近3年的教学改革与实践，教学效果明显改善，具体教学效果如下。

1.课堂和实践教学效果。通过以上教学改革和教学实践，学员在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对学习计算机仿真技术课程充满了兴趣，能够在教员的引导下主动对具体连续系统进行仿真建模与分析，主动阅读参考文献提出问题。实践环节中，多数同学能够从总体上理解半实物仿真系统的组成及工作原理、过程，有些学员甚至与实验指导教员探讨，提出半实物仿真、数学仿真、可视化仿真的改进措施。总体来说，课堂和实践教学效果较好。

2.大作业反馈教学效果。从近几年大作业完成情况看，学员对连续系统的仿真算法掌握较好，对于算法在一阶微分方程中的应用基本能够掌握，通过文献的参考和指导，初步掌握了对连续系统建模、模型转换、仿真建模、仿真实现这一过程。大部分同学也能对高阶系统进行模型转换和仿真分析，这表明大部分学员已经掌握了对实际系统进行仿真分析的能力。

总之，通过教学改革和实践，学员在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和知识运用能力，教学效果显著提高。

五、结束语

本文针对计算机仿真技术课程特点和现行教学模式存在的课程定位不明确、教学内容交叉重叠、教学方法手段单一、缺乏必要的实践环节等不足，结合作者多年的教学实践和经验，提出并实践了一些该课程教学改革的具体思路，相信对于该课程的后续教学改革、提高教学质量和效果具有一定的参考意义。这种教学改革的实践表明，不仅增加了教学的趣味性，学员也普遍反应计算机仿真技术更容易理解了，仿真方法思路更清晰了，取得了明显的教学效果。

参考文献：

[1]廖守亿，张金生，刘志国，等.计算机仿真本科课程的比较教学法探索与实践[J].时代教育，2013，（01）.

[2]李兴玮，龙志强，张明.《仿真技术基础》本科课程教学改革思路初探[J].高等教育研究学报，2009，（01）.

第7篇：仿真技术特点范文

《电路分析》为电气信息类专业的一门基础课程，具有理论性强、电路图及公式众多、电路定理及方程推导严谨等特点，传统的黑板教学已难以充分满足当前教学目的及教学。在此种形势下，教师根据电路分析课程的特点，采取行之有效的教学手段具有非常重要的意义。基于此，本文就计算机仿真技术在《电路分析》课程教学中的应用展开深入研究。

【关键词】计算机仿真技术 Matlab 电路分析 教学应用

在高校电子及电气类专业中，《电路分析》为一门基础课程，具有很强的系统性、理论性及逻辑性，在学生后续课程的学习以及实际问题解决能力的提高方面，发挥着非常重要的作用。由于《电路分析》课程内容十分复杂、抽象，再加上为学生接触的专业启蒙课程，因而对于电感、电容等许多抽象概念，学生难以进行联想，进而失去信心。因此，为激发学生学习兴趣，教师就必须确保电路知识的形象化及趣味化，让学生准确、方便掌握课程中的难点与重点。近些年来，随着科技的发展，计算机仿真技术也在教学中得到了非常广泛的应用。当前，如何将仿真软件技术在多媒体教学中的优势充分发挥出来，已成为《电路分析》课程的教学发展方向。

1 计算机仿真技术特点

计算机仿真技术为一门利用计算机科技成果建立被仿真系统的模型，并在一定的实验条件下开展动态模型实验的综合性技术，具有高效、受环境约束少、可为仿真条件及参数的更改提供便利等优势。以下对计算机仿真技术的特点展开详细探讨。

1.1 具备直观的界面，易于学习与理解

在课程教学过程中采用计算机仿真技术，可将符合实际情况的图表及仪器等详细绘制出来，进而促进学生直观、准确的学习与观察。

1.2 为电路分析提供了多种有效手段

通过计算机仿真技术绘制出来的模型具有非常齐全的元件库，为实际生产提供了极大的便利。此外，仿真技术具有强大的数字信号模拟及混合模拟功能，不但可存储电路仿真图形中各种工作状态下的数据及电波，而且还可进行打印。除了具备失真、静态及动态等方面的分析功能外，计算机仿真技术还可合理判断并分析电路中出现的短路等各项故障。

1.3 为课程教学提供了简单有效的实验方法

在实际教学过程中，计算机仿真技术提供了一项简单却十分有效的实验方法，其花费的成本低，且系统的维护操作充分保证了自身的长期使用。学生在开展某项实验时，无需担心因为操作措施而导致不两个效果的发生。如遇上不懂的问题，学生还可寻求在线帮助，进而独立进行实验。在反复实验操作的过程中，不会浪费原料及实验器材。此外，利用计算机仿真技术可完成一些比较难的实验，使学生充分感受到真实感。

2 计算机仿真技术在电路分析中的具体应用

作为电路分析的理论基础，零输入响应动态电路分析在理论及实际应用方面均具有非常重要的意义。在电路分析理论中，我们通常先将有关时间的微分方程转化复数方程，进而求解。但是，由于方程系数均为复数，倘若采取手工的求解方式，那么就会非常繁琐与复杂，尤其对于方程数量较多的复杂电路，手工求解不但耗时长而且极易出现错误。虽然可以利用计算机采用编程的形式完成求解工作，但对编程者提出了一定的要求，其需要具备一定的计算机语言及算法知识。此外，编程具有较长的周期，这也对电路问题的实际分析与解决产生了一定的制约。而采用计算机仿真技术，则可大大节省计算的时间，并将电路参数在计算机上进行调试，对电路中的电压、电流及功率波形等进行直观观察。以下就Matlab仿真软件在电路分析教学中的应用展开研究。

以一个二阶动态电路的零输入响应为实例。图1为一个典型的二阶动态电路，其中，过阻尼、临界阻尼以及欠阻尼为其零输入响应的三种情况。目前已知L为0.5H，C为0.02F，初始值uc（0）为1V，iL（0）为0，研究当t≥0，且R分别为1Ω、2Ω、3Ω、4Ω…10Ω以及12.5Ω时，uc（t）与iL（t）的零输入响应情况，并将其波形画出来。

由于具有不同的求解方程，我们分为过阻尼电路及欠阻尼（包括临界阻尼在内）电路这两种情况进行研究。

（1）建立出过阻尼的电路模型。当R值为12.5Ω是，uc的微分方程如下：

①

其中，iL的微分方程与uc类似。令谐振角频率wn为 ，衰减常数α为，那么①式即可写成二阶微分方程的典型形式，具体为：

②

初始值即为uc（0）与

此外，根据示例可知，

也即存在α大于wn的过阻尼情况，经求解得出以下公式：

③

在③中，

经Matlab计算机仿真软件进行编程处理，程序运行的电压及电流的波形具体见图2（图上部分为电压uc，图下部分为电流iL）。

（2）建立二阶欠阻尼，包括临界阻尼在内的电路模型。当R值分别为1Ω、2Ω、3Ω、4Ω…10Ω，uc及iL的微分方程具体如下：

④

在④中，

且式子中的公共参数为：

经Matlab进行编程处理，程序运行的电压及电流的波形具体见图3、图4。从图中我们可以清楚看出欠阻尼电路零输入响应曲线与阻尼系数之间的关系。

3 结语

综上所述，《电路分析》为一门具有强理论性及实验性的课程，其数学推导比较多，且学生难以充分理解其中的物理概念及过程。而将计算机仿真技术应用在实际教学过程中，摆脱了传统教学中，理论与实验教学分离的不足之处，赋予知识形象化、趣味化，促进了电力分析教学效果的全面提供，同时也激发了学生学习电路课程的兴趣，为其创新思维的培养打下了扎实的基础。

参考文献

[1]时昆.计算机仿真技术在电子技术教学课程中的应用探析[J].科技天地，2012，8（23）：72.

[2]戴斌.MATLAB仿真在电路分析课程中的应用研究[J].电脑知识与技术，2012，8（17）：457-459.

作者简介

宋菲（1977-），女， 河北省阜城县人。现为石家庄职业技术学院讲师。研究方向为电路课程教学。

第8篇：仿真技术特点范文

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.

第9篇：仿真技术特点范文

【关键词】生产安全 危险 安全仿真技术 分析

现如今石石油化学工业在我国化学工业中占很重要的位置，它是以石油作为原生产物料而生产出化学产品的工业。目前它已带动了很多行业的发展，也带动了一定的经济增长。虽然它带来了许多便利与效益，但是在它的工作过程中存在的许多潜在的危险也也给我国带来了许多损失。比如在二十世纪八十年代，仅三年内就发生了约六百多起因石油工业危险性引起的惨痛安全事故，因事故伤亡的人数也达到了一百多人，产生了巨大影响。为使人们在工作基础上保证自身安全，避免环境受破坏等，很多国家开始制定法规条约等来保障人们的生产安全。而安全仿真技术可以很好地帮助人们解决这一难题，这主要是因为进行真实的实验实属空谈，而仿真技术却可以在节约人力和资金等条件下安全的帮人们进行危险评估与分析，帮助人们解决这些棘手的问题。

1 石油化工工艺过程中的危险仿真

石油化工工艺过程中存在着许多潜在的危险，其中主要包括：

（1）因装置本身的操作失误而产生的危险；

（2）控制系统出现故障而产生的危险；

（3）超压、超温或者泄露产生的危险；

（4）故障在流程中传播的不利后果等。而仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的 或设想的系统进行动态试验。针对这些危险的安全仿真技术主要有：

1.1 定量模型仿真技术

针对石油化工工作过程中的动能、质量的传递和其他一些内在的物理性质及其变化，我们用代数或者微积分方程对他们进行描述，这种反应工艺过程中的系统静态与动态变化的手段就是定量模型仿真技术。对于此仿真技术，最常用的软件就是HYSYS，这种软件首先可以运用动态模拟的方式分析石油化工工艺生产的运作特点，这样增加了对危险分析的真实性效果，有利于对不稳定的情况也进行分析。其次它还可以对安全控制方案进行有效研究，在此过程中它将对控制与生产一起研究，巧妙地将其融为一体并同时使其各自发挥出自己的优势，因此进行动态的分析与探究并确定好最适合最有效地安全控制方案。三是利用HYSYS模拟开工的过程，记下其中的有用数据来确定开工方案。四是计算出稳态软件无法达到的不稳定状态过程。五是对石油化工生产进行指导并分析出其极限状态。因为HYSYS能准确分析出每个有用数据，因此可以利用模拟装置的极限状态来分析问题并进行生产指导。

1.2 定性模型仿真技术

定性模拟仿真技术与定量仿真技术的区别是它用的是非数学公式来对信息，结果输出和建模等环节进行表达的仿真技术。它可以推导系统的定。定性模型相对来说比定量模型简单。而且在石油化工生产中也很常见，对于不可定量分析的数据、装置等可以进行定性仿真。现如今主要是H A Z O P安全分析法，这种分析方法仅在美国就有将近两万五千个工厂在使用，而且它能节约很多资金，应用前景十分乐观。目前采用符号定向图（SDG）模型解决HAZOP 分析实质是定性仿真方法。SDG 方法引入HAZOP 是计算机辅助安全评价技术的一个飞跃，它有很高的安全评价效率，是现代石油化工企业较青睐的一项技术。

2 设备结构的仿真技术

在考虑石油化工工艺中的危险问题中千万不要忽略设备与材料的强度和寿命，世界范围内的很多石油化工工厂都出现过因设备与材料出现故障等而导致的安全问题，这也使得很多企业受到了经济损失和人员损失。而且在维护与修理设备材料的方面上也需要很多时间和金钱，对其耐久性进行测试时其结果也没常常带有不确定性因素。ANSYS/FE-SAFE 是现代石油化工企业中比较常用的软件，该软件由用户界面、材料数据库管理系统、疲劳分析程序和信号处理程序组成。软件采用大规模有限元分析计算，能计算出单位载荷或实际工作载荷下的弹性应力，然后根据实际载荷工况和交变载荷形式将结果比例迭加产生工作应力时间历程，也可换算成特定类型载荷作用下的弹性应力。这个软件的优势是能够对高温和蠕变疲劳等具有很有效的分析能力，并且对它的疲劳寿命也有很好的预算能力，它的各种优点使其有很好的应用前景。

3 有毒物质及爆炸、燃烧的仿真技术

有毒物质的泄漏和爆炸等安全事故的危害性非常大，带来的损失也很大，它的预防在现代石油化工生产过程中非常重要。在二十世纪八十年代的时候，墨西哥就由于管线泄漏事故而导致的大爆炸摧毁了整个工厂，将近六百多人遇难，四千多人受伤，由此可见事故的严重性及带来的巨大损伤性。由于CFX的功能比较方便和全面，所以它现在流行于各大石油化工工厂。它能制作出立体的CAD几何模型并拥有变通的流体属性定义和多种边界条件生成和网格生成、基于控制体积法的有限元数值方法、求解的并行计算等功能。它能使计算结果以非常逼真的立体效果展现出来，对有毒物质扩散、爆炸和燃烧等安全事故有非常逼真的模拟效果，使人们很好的对其进行分析与预防。现如今很多国家已开始使用，但是我国仍处于发展阶段。

4 对于技术故障的仿真

此仿真技术主要应用于石油化工工厂的装置出现故障的时候，它可以对其非正常状态进行监测、识别与预测分析。这种诊断方式主要分为定量模型法和定性模型法。

5 安全仿真训练

为了使工作人员按照工作流程和工作规定认真完成工作，并且在发生紧急事故的时候使工作人员有更灵敏和的反应并采取更冷静的措施，实施安全仿真训练是尤为重要的。它主要是针对训练方法额训练程度等进行仿真。

6 结语

仿真技术现在已成为石油化工企业必备技术。加强仿真技术的效能，普及仿真技术的使用也尤为重要。今后要将仿真技术更提升一步，以便更好地应用于我国石油化学工业当中。

参考文献

[1] 王超，唐倩，赵欣. 安全仿真技术在石油化工过程中的应用[J]. 科协论坛，2007