仿真技术论文精选(九篇)

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第1篇：仿真技术论文范文

（1）实验教学从属于理论教学，实验教学得不到足够的重视，实验是为验证理论知识，理论教学和实践教学相脱节；

（2）实验内容陈旧，无法赶上移动通信新型器件和装置的发展，缺乏新的实验教学手段和方法；设备的更新换代比较慢，实验的开展受到硬件实验设备的限制，跟不上技术革新的步伐；

（3）验证性实验多，综合性实验以及创新性实验少，在实验方法上基本是简单的模仿，学生被动学习，缺少积极的思维和创新，也没有探索的目标和方向，没有良好的实验教学改革措施；

（4）在移动通信原理课程中，关于调制解调等有关内容偏重理论，太过抽象，枯燥乏味。受资金和仪器设备不足等实验条件的限制以及学时较少的影响，很多移动通信原理实验（例如正交频分多路实验）不能由学生实际动手完成，一些实验内容仅仅能验证理论课学习的内容，显然对学生创新能力的培养是非常不利的。积极探索移动通信原理实验教学的改革，尝试开展仿真创新实验教学，对于学生更好地学习移动通信原理课程，培养创新能力起着重要的作用。

2仿真教学的引入与创新能力的培养

传统的移动通信原理课程理论教学，大多重在讨论某种技术或算法的原理及其理论推导，以方便理解调制解调器原理和无线电波变换过程，从而加深信源编解码和信道编解码、无线电波发射与接收等知识的理解。在常规的实验课上，对移动通信实验原理的讲解也要在黑板上书写，既不够形象、直观，又比较呆板。由于有大量的波形分析内容，教师在黑板上画图也是一件比较困难的事情，而且学生不易理解。在传统的设计性实验中，学生常因受到固定的实验设备的束缚而改变实验设计思路，不可避免地存在错误和不足，致使电路调试费时费力，甚至引起元器件和仪器设备损坏，使实验不能达到预期效果。因此，在移动通信原理实验教学中引入仿真实验，是对理论课教学的必要补充。学生可以充分利用仿真实验软件在数据采集、储存、分析、处理、传输及控制等方面的强大功能，进行方案的论证、选定和电路的设计，可以方便地改变参数来调整电路，使之更好地接近设计要求，设计出较为理想的电路。学生还可以根据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和参考；可利用计算机进行不同的仿真操作，得到与使用实际实验装置进行真实实验相同的结果。另外，一些较为复杂的移动通信创新性实验和综合性实验，无法通过模拟实验完成实验课教学，但是通过引入仿真教学，便可以扩大实验教学的维度、扩大了实验教学的可操作性。移动通信是通信原理、高频电路和信号处理的交叉学科，学生只通过理论教学很难理解学科交叉性，对移动通信原理的理解也不够全面。通过引入仿真教学，既能加强学生对移动通信原理的认识，又能加强学生对实际电路的认识，为后续课程学习打下坚实的基础。仿真实验教学的引入，很好地支持了移动通信原理的学习，可以进行新技术的研究，拓展学生的工程意识，提高设计调试电路的灵活性，最大限度地发挥学生的创新思维，开阔学生的视野。

3仿真教学开展实例分析

3．1理论教学与正交调制解调分析

正交调制解调系统的原理是把整个可用信道频带B划分为N个带宽为f的子信道，把N个串行码元变换为N个并行的码元，将高速信号变换为低速的并行子数据流，分别调制这N个子信道载波进行同步传输，并在终端分开正交信号。信号的调制和解调实际是采用数字信号处理的方法来实现的。先将信号串并变换成低速支路，各支路的调制可以采用数字调制方式，然后进行快速傅里叶逆变换（IFFT）、快速傅里叶变换（FFT）来实现。

3．2正交频分电路仿真实验分析

通常在正交频分电路分析中，往往会忽略讲解和分析子载波调制快速傅里叶变换和反变换等内容。让学生从理论公式推导中理解OFDM原理，并利用Matlab编程实现不同子载波数的调制信号，可以验证对子载波数调制状态的影响，进一步验证理论公式并加深理解。可以用理论推导和实验验证两种方法来理解调制。通过正交频分各步骤的波形图，形象地描绘信号调制解调的过程，逼真地显现出真实信号传输变化的实时动态过程。

（1）确定参数。假设参数为：子载波数为8，FFT长度为8，符号速率、比特率、保护间隔长度为2，信噪比12，插入导频数。基本的仿真可以不插入导频，导频数可以为0。通过运行仿真及修改参数设置，教师可引导学生逐步实验，观察分析仿真结果并给出结论。通过示波器模块可以直观地观察到二进制随机信源。

（2）产生数据。使用随机数产生器产生二进制数据。可以将原序列化为16进制的码元图，通过改变数据率观察仿真波形。

（3）子载波调制。利用Matlab工具仿真实现BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等4种调制方式。按照星座图，将每个子信道上的数据映射到星座图点的复数表示。通过改变支路不同的调制方式，观察到仿真波形，每次课都会有各式各样新的实验波形，可以直观地观察到二进制随机信源，以及将一路高速数据转换成多路低速数据的波形。

（4）IFFT运算。对上一步得到的同相分量和正交分量进行IFFT运算。为便于理解，可采用仿真软件直观地表现子信道上的数据与OFDM符号之间傅里叶逆变换关系。当子信道的脉冲为矩形脉冲时，具有sinc函数形式的频谱。当改变系统（N）时，OFDM功率谱形状也随之改变。

（5）加入保护间隔，加入噪声。由IFFT运算后的每个符号的同相分量和正交分量分别转换为串行数据，并将符号尾部G长度的数据加到头部，构成循环前缀。

（6）并串转换。将每个符号分布在子信道上的数据还原为一路串行数据。

（7）FFT运算。对每个符号的同相分量和正交分量按照（Ich＋Qch×i）进行FFT运算。由于噪声和信道的影响，接收端收到的每个子信道上的数据，映射到星座图不再是严格的发送端的星座图。将得到的星座图上的点按照最近原则判决为原星座图上的点，并按映射规则还原为一组数据。利用以上设计的信号，在Matlab中编程实现该信号的调制，画出调制前后信号的时序图。此时，学生容易理解此种调制方式为何IFFT被称调制。在此基础上，学生通过理论分析以及Matlab实验画图验证，进一步加深了对正交频分电路的理解。

4结束语

第2篇：仿真技术论文范文

1车工技术实习方案

1.1车工技术实习内容及工艺

车工技术实训的主要内容包括：认识车床、端面的车削、外圆面的车削、台阶的加工，切槽与切断加工，螺纹加工，二次装夹加工，图1的是实习加工的典型零件，包含各个主要练习内容。该零件的加工工艺主要包括：装料，车平外端面，试切对刀，车外圆面，粗车大径，精车大径，粗车小径，精车小径，车倒角，车退刀槽，车外螺纹，卸料，二次装夹，试切对刀，车外圆面，粗车二阶，精车二阶，倒角，切断。

1.2实习教学安排

完整的整个实习周期需要42学时。其中理论教学8学时，由老师利用多媒体教学，让学生对机床的构造和操作上有了基本的了解，其余时间教师现场示教、学生上机操作。实习安排如下：从大量学生的实际情况来看，多数错误发生在上机前期，尤其是由于机床操作不熟练造成的扎刀、撞刀、试切不准等错误屡见不鲜，故在正式加工之前，先使用工程塑料毛坯，供学生练习。尼龙棒是最常用的塑性毛坯材料，它具有良好的韧性、耐磨力强、耐油、抗震、拉伸、弯曲强度好，并具有吸水性小、尺寸稳定性好等特点，在加过程废屑成带状，避免了因废屑飞出的危害，减少了学生因进退刀错误，加工切削量过大等造成的事故发生。因为工程塑料弹性系数大，在车削螺纹中让刀明显，所以取消螺纹车削的内容，使用工程塑料进行车削的时间约为20学时，剩余12学时实践时间用于金属切削及螺纹车削的教学。

2仿真加工训练的优点

2.1学生操作中的重点和难点

车工技术实训主要是实践性训练，受学校资源限制，在实习过程中不能对学生实现一对一辅导，而学生在独立操作时，往往容易忘记操作要点，产生误操作。表2是学生常见的误操及其后果。从表中可以看出，在车工技术操作中，很多错误操作的原因是很简单的，虽然教师三令五申，但是总是难以避免。学生在实训中出现的误操作往往是由于心理原因，而采用工程塑料作为加工工件后，学生的畏难情绪明显降低，减少恐惧心理增加了学生的自信心去尝试把工件做出来。即便不小心勿操作了也可避免刀具或机床的损伤，减少人身伤害。所以使用尼龙圆棒进行加工，对降低误操作的严重后果有着重大的意义。

2.2实验室建设的经济效益分析

我校在以往的实训中，平均磨刀间隔时间为25工时，采用塑料工件后，平均磨刀间隔为100工时，刀具的年损耗量有之前的3000元/年降低到1000元/年。以往用金属材料直接练习加工，对45号钢材消耗较多，以4.5元/公斤技算，平均每个实训周期下来消耗的材料约2500元，而采用尼龙塑料作为练习材料，用45号钢作为成品加工，这样节省练习的消耗，每个周期大约能节省1000元，大大的节省的实验耗材的损耗，节约实验成本。

3仿真加工存在的不足之处

当然，工程塑料作为一种典型的塑性材料，在金工实习中也有一定的不足之处。首先在加工过程中，由于工件材料塑性较大，会产生一系列不良的切削现象，如变形和让刀现象明显，导致加工尺寸误差较大，影响表面粗糙度；加工产生切屑为带状切屑，即使在有断屑槽的情况也不断屑，常常会缠绕在刀具和工件未加工表面上，需要在加工结束后从工件上取下，影响操作者视线。其次，塑料的熔点较低，在加工过程中不能采用较大的切削参数，有时切削速度较大时，甚至会出现材料熔化的现象，特别是在切断的工序，由于切削热难以排出，积聚在已加工表面，断面呈凸凹不平。另外南方夏季塑料会软化，工艺系统的动刚度不足，直接表现就是在装夹中圆跳动很大，而且很难消除。第三点是隐形的影响，工程塑料材质很软，对加工工艺的要求比较宽泛，可能会养成某些学生的错误习惯，如用手指触摸刀尖或工件表面等；在车削中用手撕扯切屑；单次背吃刀量偏大等等。以上种种弊端，一般可以通过后期的金属车削教学及操作中得到纠正，对实训操作影响不大。

4总结

第3篇：仿真技术论文范文

【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业

1对系统仿真类型进行概述

顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。

2对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述

由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。可以很明显的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。

3计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响

自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发（VPD），它最早是来源于并行工程的思想。并行工程技术（CE）在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术（DIS）。对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。分布交互化仿真技术（DIS）通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式（如柔性生产制造）来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。

4结束语

随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。

参考文献

[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真,2013(23):54-59.

[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真,2012,2(14):20-27.

[3]郑力,卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造,2013(09):62-67.

第4篇：仿真技术论文范文

【关键词】计算机仿真技术 物流实验室 建设策略

物流专业最大的特点是实践性强，加强相关设备的投入力度及构建相应的实验室对学生实践操作能力的提升具有重要意义。由于计算机仿真技术存在诸多的优势如成本少、可控性高、可视化等，将其运用到物流实验室中可以带来意想不到的效果。

1 构建基于计算机仿真技术的物流实验室的意义

1.1 教学方面

在物流教学过程中，除了要传授学生相关的物流知识外，还必须培养其一定的实践操作能力。通过将计算机仿真技术与物流实验室有机结合，能紧跟物流技术的发展变化来及时更新所需的资源，能在并不广阔的场所及资金少的情况下进行各种不同的实验操作，完全达到了物流实践教学的要求，并且学生能够将课堂上所学的知识运用到实际生活中。

1.2 科研方面

对于具有丰富理论知识，想有进一步发展的学生来说，基本的理论教学与实践操作很难达到他们的实际所需，特别渴望参与一些深层次的物流系统分析、高级实验活动。为此，构建基于计算机仿真技术的物流实验室是满足学生要求的不二选择，能够为现代社会培养一批高级别的物流管理团队。

1.3 社会服务方面

学校在完成培养综合型人才队伍的任务的同时，还肩负着服务社会的责任。由于目前缺乏实践系统，基于计算机仿真技术的物流实验室的建设，很大程度上帮助了教育者利用自身掌握的知识，通过实验室丰富的软硬件资源来承接相关的项目课题，促进企业物流系统的进一步升级，避免不必要的资金投入，综合了物流与其他相关技术、信息技术，减少了社会资源的大量耗费。

2 基于计算机仿真技术的物流实验室建设策略

2.1 明确具体的建设目标与指导思想

首先，基于计算机仿真技术的物流实验室应配备具有开放性、综合性特点的实验体系，提高学生知识水平的同时，增强其实践操作能力，制定详细完善的教学计划，注重学科发展，将学生创新意识及能力的养成作为教学目标。

其次，基于计算机仿真技术的物流实验室建设必须将系统性、先进性、经济性、实用性作为主要指导思想。实验室应时刻了解先进物流技术、相关教学手段的最新情况，尽可能的集网络技术、多媒体技术、自动识别技术、信息管理与决策技术等为一体；从学科与专业的角度出发，合理使用实验室建设费用，优化配置各类硬软件、场地资源，建立健全物流仿真实验工程体系，为专业设计及毕业设计提供帮助，真正实现涵盖教学、科研、实验、人才培养等内容的教学科研基地。

2.2 总体规划

2.2.1 硬件设备

基于计算机仿真技术的物流实验室应配置一定数量的电脑，方便学生利用电脑来构建仿真模型。另外，还需购置下列设备：投影机、弧形三维屏幕（笼罩整个实验室，以创设虚拟的物流仿真系统氛围）、在实验室中间放置一台服务器电脑与音响，并和投影机与弧形三维屏幕连接，这样即完成操作平台的设置。同时还要有具备无线遥控功能的激光笔，为相关操控提供便利。

基于计算机仿真技术的物流实验室及其硬件的规划与分配途径是：将实验室划分为教学区与科研区两个不同功能的区域，各自处于不同的空间中。教学区主要为学生的实践教学提供服务，内部共配备了投影机、屏幕、服务器、音响、供学生操作的电脑、遥控激光笔。科研区中主要配备办公桌椅、电脑以及教研人员，是教育者日常开展科研活动的场地。

2.2.2 软件设备

软件设施在物流仿真实验室中属于必不可少的工具。由于物理软件的类型众多，因此必须结合仿真系统选择相匹配的软件。比如Flexsim仿真软件，此软件具有通用性特点，在多个行业系统中得到应用。该软件在物流仿真实验中的应用涉及了配送中心拣选仿真、仓库系统出入库仿真、生产物流仿真、机场仿真等领域。由于当前运用的Flexsim软件只涉及一些基本功能，所以还需对其进行升级，添进相配套的优化软件包。

2.2.3 建设流程

基于计算机仿真技术的物流实验室建设应遵循循序渐进、分阶段的原则。举例说明，选择相应的实验场所及设备，建设满足教学要求的仿真物流系统及仿真生产物流系统；然后再建设另两个仿真配送中心系统及仿真供应链系统。

在构建仿真物流各系统过程中，应通过委托开发与自行研发相结合的手段。由于对大型仿真物流系统进行开发时会耗费诸多的时间、精力，并且要求有丰富的计算机编程知识，所以应开展招投标活动，委托专业机构开发，同时自己与相关团队协作开展二次研发。

3 结论

C上所述可知，在培养物流人才过程中，实验教学环节发挥着不可忽视的作用，为高质量人才的培养提供了坚实的保障。从专业特色角度出发，制定系统完善的培养计划，构建实践性高的物流实验室，致力于将计算机仿真技术与物流实验室紧密结合，这不仅有助于进一步升华实验教学，推动物流健康持续发展，而且还极大地增强了学生的实践应用能力。

参考文献

[1]曾鸣.基于Flexsim的港口仓储作业过程仿真及优化研究[D].北京：北京交通大学硕士学位论文，2010.

[2]吕奇光，廖浩.仿真技术在物流实践教学中的应用探讨[J].重庆科技学院学报，2009（10）：221-222.

[3]初良勇.基于计算机仿真技术的物流实验室建设[J].航海教育研究，2012.

[4]高举红，陈思宇，刘晓宇.基于精益设计的生产能力分析与现场物流改善.工业工程，2010（01）.

[5]高辉.计算机实验的仿真技术探析[J].长春教育学院学报，2012（06）：130-131.

作者简介

阮文（1967-），女，福建省仙游县人。工程硕士学位，毕业于哈尔滨理工大学，现为湖南工业职业技术学院讲师。研究方向为计算机应用。

第5篇：仿真技术论文范文

论文摘要：针对电子信息类专业实验教学中存在的问题，结合实际的教学条件，对实验教学提出了改革，将仿真技术应用到实验体系中，避免了实验条件的空间和时间限制，充分发挥了学生能动性，提高了实验教学质量。

实验是电子信息类专业学生课程教学的一个重要环节，是对理论教学的补充和深化，其开设方式关系到学生对理论知识的掌握和应用，直接影响着学生的操作技能、主观能动性和实际动手能力的提高，也决定着理论和实验的教学水平。因此，在教学过程中一定要加强实验这个实践性教学环节，充分利用实验资源来培养和提高学生解决问题的能力和创新能力，使学生能够更加快速地适应于将来的工作。加强实验教学环节，最大限度地利用学校的实验教学资源，对提高教学水平，培养学生的实际应用能力和综合素质具有重要的意义。

1 实验教学的传统模式和问题

在我国高校工科教育中，实验教学硬件条件普遍不足，或者是硬件实验条件的发展跟不上技术的要求，同时各高校大幅度扩大招生，实验教学硬件条件更显不足。加大对实践教学条件的投入，加强培养实践教学科技人才，强化实践教学内容和条件的改革与建设，在当前来说具有特殊重要性[1]。我国教育主管部门也在积极得进行着推进实践教学的改革与建设。例如：在全国高校本科教学水平评估中，实验室建设基地和建设经费以及实验教学改革就是一项重要的指标内容。越来越多的高校开始响应教育部的号召，实行了“双基”实验室，并在此基础上进一步建设“实验教学示范中心”。

目前，实验教学的传统模式的缺点主要表现有：

1）实验设备陈旧，实验模式单一；

2）验证性实验分量大，与设计性、综合性和创新性实验之间的比例失调；

3）先进的实验教学手段在实验教学中的引入还不够；等。

2 实验教学方法改革势在必行

随着计算机的普及和应用，在教学中也越来越多地借助计算机来辅助设计方法，同样，在实验中借助计算机仿真技术具有很大优点：减少实验中所需的耗材、降低对实验器材的破坏性、完成更复杂更高难度的设计性实验、更加全面地分析实验对象以及结果的性能指标等，具有高效、快速、直观、完整的优势。开展仿真实验作为一种新型的实验教学方法是在现有实验室设备的基础上采用计算机新型软件对实验进行模拟，大大提高了学生对本专业知识的应用能力和科研创新能力。因此，在当今的实验教学中，仿真实验的引入势在必行。

对当今高校来说，学生人数不断增加，实验室设备和资金满足不了大学中学生的试验要求，为了不断提高实验教学的质量，又进一步解决实验设备少、不好维护、建设费用高等问题。将仿真技术引入实验教学中来，学生一方面可以利用计算机实现实验方案的设计，又可以直观地验证仿真过程和结果，不受实验室条件和空间的限制，可将实验设计带入到课余生活中来进行，大大提高了学生对实验的操作兴趣。利用仿真实验由于方法的灵活性可以充分发挥学生的想像力和创造力，比起传统的实验教学更利于培养科技创新人才，且有利于降低实验成本，能够使得实验室的建设和发展进入一个良性循环中。

3 实验教学改革方案

3.1 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，一方面，充分发挥学生的主观能动性，激发学生学习兴趣，另一方面，老师可以利用计算机技术来观察学生的实验过程，采集学生的实验结果，更好地跟踪和指导学生，先进的教学理念和教学手段有助于提高实验教学效果，提高教师的教学水平。而计算机的引入可把实验设备、理论教学、教师指导和学生的思考、操作有机地融合为一体，克服了传统实验教学过程中受到课堂、课时、实验设备等的限制，使实验教学内容进一步灵活化，在时间和空间上得到延伸，也进一步激发了学生的实验热情。

在实验中引入相应的仿真技术来进行虚拟实验，可以使得学生在进行实验的过程中培养独立思考能力，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新意识，同时为学生提供了更加开放灵活的实验条件。对实验内容和实验教材来说，采用仿真技术把将虚拟实验和真实的电路实验有机地整合起来，充实了实验内容，增强了实验的能动性和趣味性，有利于实现培养学生综合实践和探索创新能力[2]。目前，越来越多的高校重新对实验室建设进行了规划，利用计算机仿真技术改革实验教学是一个新的发展方向。在高校实验室中引入计算机以及相应的软件技术不仅可改善实验条件、改革实验教学方法、充实实验教学内容，还可大大提高实验效率，降低实验成本，增强学生学习的积极性和创新性，为实验教学和科研提供良好的实验平台[3]。

以单片机实验教学为例，在实验过程中我们引入proteus仿真软件，用它来模拟单片机硬件系统。由于软件的灵活性，可以克服实验箱硬件电路固定、实验内容难于改动等局限。整个实验设计都是基于计算机仿真技术的，除了计算机外不再需要任何硬件即可进行实验，这样有利于促成课程和教学改革，更有利于人才的培养。仿真技术的另一应用表现在学生的业余爱好上，比如目前的电子设计大赛，挑战杯等，学生完全可以利用计算机来进行仿真，先用计算机仿真出相应的实验模型，在计算机上进行模拟调试，最后用硬件实现。在整个过程中，学生可充分发挥自己的才能，通过大量仿真对比，达到设计目的，学生也可以大胆地反复调试，避免了损坏器件。在电子设计竞赛中，我们使用proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机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，在使用proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。 转贴于

另外，开展仿真教学对于我国的远程教学也是一种很好的尝试，有着重要的意义。

3.2 重新安排各类性质的实验，适量增加综合性、设计性实验

验证性实验是实验中最基本的，可以使学生巩固理论知识，它的实验内容相对简单，重点培养学生的基本操作、数据处理和计算技能，验证和加深对课本知识的掌握和理解。综合性实验则要求学生必须具有一定的专业基础知识和基本操作技能，能够运用某一课程或多门课程的综合知识，进而对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。目前工科高校中越来越多地提出课程设计也是为了加强学生对综合知识的运用。为充分调动学生的学习积极性和主观能动性，设计性实验也必不可少。设计性实验能加深学生对理论知识的认识，由学生自己负责计划和执行，充分提高了学生的思维能力、动手能力、分析和解决工程实际问题的能力[3]，发挥了学生的主观能动性，设计性实验的完成可以充分借助于计算机仿真技术来完成。

验证性、综合性、设计性实验相结合，培养了学生基本的实验技能和方法，同时又促进了学生的创新思维，打破了原有实验教学附属于理论教学的模式，建立与理论教学并行的，既相对独立、又相互联系的实验教学体系。在某些应用性强的实验教学中，综合性和设计性实验的比例至少要达到60%以上，同时设计性实验最好要跟得上科学技术的发展。一方面保证基本实验技能训练，另一方面，实验内容应与当今先进技术的发展相结合，适应社会发展的需要，将科研成果转化为实验内容，提高实验的先进性和代表性。那么，工科院校中一方面加大实验器材的投入，提高实验教学条件，开设先进的实验内容，提高学生的积极性，使学生适应当今社会的发展；另一方面，要充分利用现有的条件，引进先进的仿真技术，使得实验条件进一步升华，充分发挥教师和学生的主观能动性和创新能力。

3.3 硬件软件都要抓，都要硬

计算机仿真实验虽然可以准确地反映整个实验过程， 是一种新型的应用技术，十分有效，但是仿真技术不是万能的，它毕竟不是真正的实验，在许多场合仿真只能起辅助作用。也就是说不能用仿真实验来全部代替硬件电路实验，而是将仿真试验和传统的硬件实验相互结合，根据学校的实际情况和实验的情况灵活运用，虚拟实验不是万能的，如果所有的实验都用虚拟实验替代的话，学生在虚拟环境中实验会产生或多或少的不踏实的虚拟感，实践能力也不可能得到真正的提高。

3.4 加强对实验课教师的培训，通过培训交流更多地了解新的实验技术

在实验教学改革的同时，必然对教师提出更高的要求：一是教师也应加强专业知识和技能的学习，来提高自己的业务能力和综合素质，另外，不断更新专业知识的结构，了解前沿技术的发展也是必需的；二是高校中要大力创造条件促进教师经常参加基础理论知识的培训和实验的培训以及学术研讨会，从而扩大视野，更新教学观念，及时了解嵌入式系统发展趋势和动态，促进电子类实验技术的发展；三是要大力组织专业教师去积极申报相关的创新实验和科研项目，提倡以科研资金来促进实验室的建设，用科研成果去改进实验内容，同时可以提高教师的科研能力，在科研中更好地去锻炼自己，为实验教学服务。

4 结论

随着社会对人才要求的提高，大力推进实验教学改革迫在眉睫，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，将仿真技术应用到实验教学中可以充分调动学生的主观能动性，激发学生的创新能力，加快学生适应社会的能力，同时学习了先进的新技术。

参考文献：

[1] 丁美荣，柴少明.基于虚拟实验与真实实验整合的计算机网络实验教学改革[J].现代教育技术，2007，7(17):99-102.

[2] 孙晓明.土力学实验课程教学方法的研究与改革[J].黑龙江教育，2006(11):59-60.

第6篇：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7篇：仿真技术论文范文

论文摘要： 在分析专用数字仿真计算机的特点的基础上提出半实物仿真对仿真计算机和实时网络的需求，并且介绍相关技术的新进展。实践证明仿真工作站和实时网络方案是完全可以满足仿真发展需求的。

作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了50多年的发展，以广泛应用于国民经济和社会生活中。而作为计算机技术重要组成部分的计算机三维视景仿真技术，因其有效性、经济性、安全性、直观性等特点而受到广泛的应用。它是在计算机图形学基础上发展起来的一种仿真应用技术。

据最新统计资料表明，计算机仿真技术是当前应用最广泛的实用技术之一，虚拟现实（VR，Virtual Reality）是计算机世界最热门的一个词汇。视景仿真技术是计算机仿真技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用。

1 专用数字仿真计算机的特点

1.1 仿真计算机的用途和发展

围绕着对仿真计算机的计算速度、内存容量、接口等基本特性要求，在半实物仿真系统中先后采用了模拟计算机、数模混合计算机、专用数字仿真计算机等类型的仿真计算机。尤其是以AD100及国产YF-2为代表的专用数字仿真计算机在国内、外的一些制导武器半实物仿真系统中得到了广泛的应用。

1.2 专用数字仿真计算机的优点

以AD100及国产YF-2为代表的专用数字仿真计算机主要优点有：

① 采用异构同步并行多处理机、广播式数据总线方案解决了计算速度和存储容量问题；② 设计专用仿真语言，该语言简洁、编程方便，而且还集成了常用的数值积分算法模块，方便使用，同时还能够实现精确仿真计算帧时的定时；③ 提供高速A/D、D/A接口，开关量输入输出接口及数字量（DPM）等接口形式，实现仿真计算机同仿真系统的连接。

1.3 专用仿真计算机存在的不足

① 数字接口能力不足：该型仿真计算机虽然提供了较全面的接口形式，但主要还是以模拟量接口为主，数字接口仅能适用几种非主流总线形式（Q-bus等），而且在传输距离、传输速度等方面性能不佳，数字接口能力不足；② 维护性不方便：这类专用数字仿真计算机采用专用设计结构，与通用计算机有着较大的差别，硬件维护和软件管理需要配置专人，而且出现故障不象通用计算机那样容易替换，易影响试验进度。从人力资源配置和快速维护性上看有不足之处。

1.4 仿真计算机的新要求

随着仿真系统间的信息交换已开始转入以数字信号为主，专用数字仿真计算机在数字接口方面能力的不足就显示出来了。仿真设备控制、管理使用的计算机都是通用型的微机（含工控机），应用广泛且有着丰富的应用软件和接口形式，各种高速数字接口各具特色。因此系统应用的关键是迫切需要找到一个仿真计算机的新方案，既能保持专用数字仿真计算机的优点又能满足高速实时数字接口的需求。这个需求就是对航空制导武器半实物仿真系统中仿真计算机的新要求。

2 仿真计算机和实时网络技术的新发展

2.1 实时网络技术

高速数字接口的形式虽然很多，但在仿真系统中的应用还要考虑到系统中信息的共用性，即多个设备共用某些信息。如对目标信息来说，目标特征信号生成装置、目标运动仿真器、数据链传输仿真设备都要用。这是因为系统本身复杂，信息交换多和相应仿真系统设备规模大，耦合多。

考虑到仿真系统信息共用性特点，那些点对点的接口形式不易采用，而网络式、广播式的接口形式更容易满足要求。同时半实物仿真系统信息交换还要求各信息节点的信息要同步更新，换句话说，就是信息传输延迟要小。

经过综合比较分析，光纤反射内存影射式实时网络（RT-net）比较符合半实物仿真系统的技术要求。它们的共同特点是利用映射式的信息传送方法，某一节点的内容自动映射到所有节点， 这种映射是由硬件完成的，系统延迟小。高速、延迟小和信息更新同步的特点适合仿真的需要。这种网络一般有两种拓扑结构，一种是环行网，另一种是通过实时HUB连接的星型网。

理论上，HUB结构的网络数据到达各个节点的时间没有延迟，能做到信息同步更新。而且一个节点故障只影响本节点，不影响整个网络。这一特性对进行系统局部联试时非常有用，不必所有设备均开机。

RTnet的运行机制很简单，分布式计算机系统内，每台结点机上插一块 RTnet卡，卡上有双端口读写内存，通过驱动软件可以读写这些内存，当数据被写入一台机器的内存中后，RTnet卡自动地通过光纤传输到其他连在网络上的 RTnet卡的内存里，通常只需几百纳秒的时间延迟，所有RTnet卡上的内存将写入同样的内容。各成员在访问数据时，只要访问本地的RTnet卡内存即可。

RTnet适应的计算机总线形式一般都有PCI、MultiBus、VME等，在常用的操作系统，如DOS、WindowsXP、Windows2000环境下都可正常工作。

2.2 综合应用

仿真工作站替代专用数字仿真计算机本身难度不大，二者的软件内核基本一致，经过软件移植，几乎所有先前做过的工作都可以继承下来。仿真系统集成的关键是实时网络在系统中的配置和二次应用开发。有这样几方面的工作要做：

① 仿真工作站同实时网络的接口检查：虽然仿真工作站是基于通用工作站基础上设计的，但这种通用工作站与通用微机之间还会有些微小的差别。② 各仿真设备控制计算机的适应性修改：仿真设备功能各异，研制情况不同，其控制计算机的操作系统不统一，有DOS、WindowsXP、Windows2000等版本，因此相应的设备驱动板卡等不相同。为了保证网络系统稳定运行，简化应用开发工作，有必要对能够升级的设备控制计算机进行统一配置，还要对相应设备驱动卡、驱动程序进行更改。③ 共享内存分配表的建立：由于是共享内存机制，所以应对数据存储地址的统一分配，明确各个信息的读写地址。对系统中注册信息、节点状态标志、同步时钟等信息使用的地址也要进行规定。

总之，随着分布式计算机仿真系统、虚拟样机分布仿真系统的广泛开发和应用，实时网络技术做为一种快速的信息交换手段会得到更广泛的应用。

参考文献：

第8篇：仿真技术论文范文

关键词：虚拟仿真，3DMAX，GLStudio，Vega

 

1.概述

大学物理实验是物理教学中的一个重要组成部分，由于有些物理实验，特别是近代物理实验其实验仪器集成度高，操作步骤复杂，往往成为物理实验中的难点，再加上条件的限制，除实验课外，学员很难直接面对设备进行预习或复习，同时在预习中由于操作不善而损坏仪器的现象也时有发生，因此利用虚拟仿真技术，在计算机上仿真物理实验，来提高学员对物理实验的学习是十分必要的。采用这种技术，具有方便性、无破坏性、经济性以及高仿真性等特点，对学员掌握物理实验具有重要的意义。

对物理实验的仿真我们首先是对各个独立的物理实验进行仿真，然后再把他们集成到一个系统环境下。免费论文参考网。以下我们以夫兰克—赫兹实验为例来说明单个物理实验的仿真过程。实验仪器如下图所示：

由于原子能级的存在，当电子与原子发生碰撞并进行能量交换时，每次交换的能量就会受到原子能级的制约，因此我们就可以通过测量碰撞后电子能量的变化来验证原子能级的存在。由于本实验的集成化高，属于验证性实验，通过虚拟仿真几乎可以真实再现实验的整个过程。

虚拟仿真作为一种新型人机接口，不仅使参与者沉浸于计算机产生的虚拟世界，而且还还提供用户和虚拟世界之间的直接通信手段。它具备3个基本特征

（1）沉浸：这是VR系统的核心，指使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力。用户在虚拟操作训练场景中有“身临其境”之感。

（2）交互：指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键因素。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等，以用户的视点变化进行虚拟交换。这个过程中最重要的因素是实时性。实时性是指计算机能够响应用户的输入并立即改变虚拟场景的状态。免费论文参考网。

（3）构想：虚拟现实不仅是一个用户与终端的接口，而且可使用户沉浸于此环境中获取新知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思。把这种构思结果输入到系统中去，系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。

虚拟仿真的核心是建模与仿真。就建模与仿真本质而言，它是对真实物理系统在某一层次上的抽象。与实际的物理系统相比，用户在这个抽象模型上可以更高效、更节省、更灵活、更安全地对物理系统进行了解和设计。

2.系统分析与模型的建立

模型的建立分三维立体模型的建立和仿真面板的制作。免费论文参考网。对模型的建立本系统采用3D MAX建模工具对模型进行几何建模和行为建模。利用3D MAX软件来进行三维建模和纹理贴图，生成一个高逼真度的所需模型。首先我们用3D MAX建立夫兰克—赫兹实验仪、示波器、微机以及实验室模型，并在3D MAX中进行贴图，使所做仪器仿真度更高。

对于仪器面板，本系统采用的是GL Studio软件进行建模制作，比如夫兰克—赫兹实验仪的面板、示波器面板和微机显示屏上的显示画面都是用GL Studio来制作完成的，制作流程如图所示：

在第二个过程中，图片处理的结果是面板美观形象的决定性阶段；第三个阶段则是本实验仿真的决定性阶段，因为实验的操作响应、交互实现、实验现象的再现都是在这个过程完成的。这一过程又可分为三个部分来完成：（1）是夫兰克—赫兹实验的手动操作，这在GL Studio中一个面板内既可完成；（2）是利用微机采集数据来自动完成实验，得到实验数据并在V—I图中自动绘制数据曲线，在这个过程当中，可以在GL Studio中分别生成夫兰克—赫兹实验仪的面板和微机显示器面板的动态库，把它们作为元件在导入到另一个GL Studio中进行互联；（3）是将数据输出到示波器形成V—I曲线，这个过程的制作方式与第二部分相似。在第四个过程中主要是集成过程，Vega是MultiGen-Paradigm公司开发的一个面向对象的著名的虚拟现实平台，它包括图形环境Lynx，一套可以提供最充分的软件控制和最大程度灵活性的完整的应用编程接口，一系列相关的库和Audio Work2实时多通道音响系统。Lynx是Vega提供的带有图形用户界面工具集，并通过设定参数与相互间关系，可以实现简单的仿真应用程序，同时为虚拟系统的开发提供必要的支持，如模型、场景和交互设备等。

3.实验的最终集成

在单个物理实验完成之后，要把它们集成到统一的系统当中，我们的系统是用Visual C++作为软件平台进行集成。在VC中完成操作界面和目录，点击各个目录进入各个独立的物理仿真实验当中由于各个实验是独立的，因此过程的制作相对简单。

结束语

本文提供了一种使用3DMAX、GL Studio和Vega进行虚拟仿真系统开发的方案，这个方案是基于微机平台设计的，具有较好的通用性，它不受实验仪器的限制，给学员提供了一种较好的练习和复习的手段，其仿真度高，是其他预习和复习手段所不能代替的。

参考文献：

[1] 张秀山. 虚拟现实技术及编程技巧.国防科技大学出版社.1999

[2] 曾芬芳. 虚拟现实技术.上海交通大学出版社.1997

第9篇：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.