计算机仿真技术精选4篇

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计算机仿真【第一篇】

关键词：教学改革；计算机仿真技术；建模思想；人才培养质量

一引言

电机学是电气工程类专业的一门重要的专业课程，该课程具有很强的理论深度及实践性[1,2]。目前多数高校对电机学的理论教学进行了一系列的教学改革，且大多数引入了高端的应用型手机学习软件，诸如学习通和翻转校园等，这在一定程度上激发了学生的学习兴趣，然而针对高校电机学实验的教学改革并不多见，为提高学生对电机学理论知识的深入理解，电机学实验需要一次全方位的改革。基于此，笔者根据平顶山学院本科院校的重新定位，提出了以计算机仿真技术与实验平台相结合的电机学实验的教学改革，以培养工程应用型人才为目标，服务区域经济的发展。

二计算机仿真技术与电机学实验相结合的教学改革探索

（一）电机学实验的特点电机学是大学中重要的一门专业课程，其应用范围覆盖了电力、电子、工业控制等众多领域，在工业生产中占有及其重要的地位[3,4]。该课程的主要任务是研究各类电机的基本原理、基本计算和一般的应用分析。而电机学实验是本课程非常重要的实践环节，使学生能够在实践的过程中掌握电机的基本实验原理和方法，初步培养学生对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力。由于电机学课程涉及内容较多且专业性极强的特点，为使学生能够通过实验的方式理解专业性强的理论知识，作为实验的一线教师在教学方式上要采用贴合实际应用的教学方式，体现教而用的教学理念[5,6]。培养具有研究能力、实践能力和专业技能全面发展的应用型人才。

（二）计算机仿真技术与电机学实验相结合的作用计算机仿真技术利用现代计算机的优势，以低成本的方式能够很好的完成真实环境中较难完成的电机学实验的教学任务，且可以通过网络的手段实现电机模型和建模思想的共享，可以更加合理化的让学习利用网络教学资源，有利于让学生进行反复的无成本的操作和对理论知识的反复验证及设计，同时打破了时间及空间的限制，可以实现随时随地的进行电机模型的搭建及对理论知识的验证。为项目或任务驱动教学法以及翻转课堂教学模式的实施提供了有利条件[7,8]。

（三）电机学实验存在的问题电机学实验是电机学理论课程的重要教学实践环节，笔者根据自己多年来从事电机学实验教学工作，将从教学方法、教学内容的设置和教学资源开发等方面考虑，认为目前电机学实验主要存在以下几个方面的问题：1.电机学实验教学以传统的教学为主，授课方式单一，不利于调动学生的学习兴趣，这将导致学生掌握到的知识较弱，进而引发了学生对电机学理论知识的不理解。特别的对于电机学部分章节中的理论性极强且内容枯燥无味的情况，采用这种单一的教学方法显然非常不利于学生对理论知识的掌握与理解。2.大多数电机实验室内的实验设备笨重，价格昂贵且运行及维护的成本较高，尤其涉及到工业控制中使用的大功率型的电机还存在着人身危险的因素，若只采用传统实验教学内容已不能满足当前的需要，近些年随着数字控制技术的发展，电机的控制技术也得到了长足的发展，同时不同类型的电机层出不穷。如若紧跟时代的步伐，当前电机实验室不能得到大额的资金支持来满足对各类实验电机的需求，显然限制了学生对各类电机的实际应用，特别是对一些新型电机的使用更是无法保障，同时受到实验空间的限制，学校更无法为每一位学生提供足够的实验空间和实验创新的机会，这更加不利于培养学生的应用创新能力。

（四）改革措施和对策针对以上电机学实验存在的问题，从以下几个方面进行电机学实验的改革。1.完善课程体系由于需要在本科教育中引入计算机仿真技术，需要在课程建设方面进行完善。在学生的大学一年级阶段增设系统的建模与数值分析的相关课程，建模思想早早的植入于学生们的大脑内，为大学二年级所学的电机学做好铺垫。同时在大学的课程体系内需要引入与电机学相关的专业计算机仿真软件，将与电机学相关的计算机仿真软件的学习作为大学一年级的必修内容，且通过严格的考试过关来衡量学生对计算机仿真软件的掌握程度，对于计算机仿真软件的学习可通过项目驱动法的教学方式培养学生运用计算机仿真软件对相关电路的实践设计能力。2.计算机仿真技术应用于电机学实验中的改革针对以上问题2可知单纯的实验平台上的项目实验限制了每位学生的创新性设计思路，在实验平台上只是简单的进行一些项目的验证性实验，缺乏了对实验的理论深度思考。计算机仿真技术的引入能够更加直观的让学生发现电机电气模型中有关的电压、电流、转速、转矩等相关参数的实时动态变化，更加容易的找到电机调速等一般性规律，同时能够及时发现问题，解决问题。在实际应用中，以目前国内权威性较高的MATLAB仿真软件为例，该软件集成了几十种不同类型的电机模型，以此软件为基础而开发的电机学仿真模型，可以改变电机学实验中的单一实验形式，它可以使学生由被动地接受教师的灌输转变为主动地探究实验的真谛。并且在该仿真软件下根据同样的设计要求，可以很容易的在计算机界面上实现不同的解决方案，这就能调动学生的积极性和主动性，培养他们发现问题﹑分析问题和解决问题的能力以及他们的创新能力。另外除了课上的时间以外，学生还可以利用课下的时间使用计算机仿真软件继续进行相关实验。这就打破了实验时间和空间的限制，保证了学生有足够的空间和时间来完成实验，达到了“线上、线下”都可以进行的教学模式，解决了在原有实验条件下受到时间和空间的不足而影响学生质量的培养问题。

计算机仿真论文【第二篇】

关键词：计算机仿真；高职化工教学；优化

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）30-6842-02

高职院校是实用型人才的培养基地，其主要职责是培养学生的实践能力和提高其技术水平，从而为企业输送高质量的实用型人才。化工专业中有很多单元操作仅仅靠书本学习难以形成动手操作能力。靠化工实验能够在一定程度培养学生操作能力，但一般院校中化工实验设备较少并且简单，与实际生产相距甚远。因此，企业实习是该专业教学计划中不可或缺的一部分，但企业实习中也存在这样的问题：化工生产流程复杂，并且往往伴有易燃易爆、高温高压、毒气等危险因素，因此没有操作经验的学生一般只能观摩，动手操作的机会很少。这在一定程度上削弱了实习的效果。

计算机化工仿真是通过计算机模拟出化工生产过程的操作单元。学生通过计算机仿真训练，能够掌握每个操作单元的特点，提高了分析能力和操作水平，这比实验室操作更加贴近生产，比企业实习更加安全有效，是一种行之有效的实践教学方法。

1 化工仿真技术

化工仿真技术是以软件为基础，将生产过程中的操作单元以动态数学模型的形式模拟出来，以完成如何开车、停车、及常见的事故处理的全过程[1]。具体来说就是将化学工业中的典型单元操作如：离心泵单元、液位控制单元、换热器、管式加热炉、精馏塔、吸收解吸单元、离心式压缩机、真空系统等，此外还包括大型的合成氨、常减压蒸馏、催化裂化反应等流程工段。化工仿真技术是计算机与化工的有机接合。其主要的仿真原理有：系统仿真、过程系统仿真和DCS仿真系统。

系统仿真

系统仿真是运用物理或数学模型代替实物进行实验和研究的一种技术，分为数字仿真和物理仿真两类。数字仿真以实物的运行规律为依据，建立数学模型而后在计算机上进行研究。物理仿真则是以实物为基础，然后按一定比例或规律进行放大或缩小建立物理模型，并以此模型为研究对象进行研究。相比之下，数字仿真灵活性更强，能够对相反的动态特性模型进行研究，是一种经济且有效的研究方式。

过程系统仿真

过程系统仿真是对过程系统的数字仿真。其对过程系统的动态特征进行数字建模，然后再将数学模型在仿真机上体现，从而在仿真机上实现对过程系统的研究。过程系统仿真由过程系统、数学模型和仿真机等三个主要部分组成。通过建模和仿真将三部分联系在一起。

DCS仿真系统（集散控制系统）

DCS（Distributed Control System），简称集散控制系统，特性是使用多台计算机分散控制、操作，实现控制回路分散化、数据管理集中化的控制系统。将事故的危险性大大分散。

2 仿真技术在化工教学中的应用

计算机仿真技术运用到高职化工的教学中，学生能够感知真实的化工生产环境，调动了学习积极性，使学习过程更具个性化，提高了学习效率。 仿真技术又优化了化工类实验与实践性环节的教学过程，有助于对学生综合能力以及化工实际操作技能的培养[2]。

以煤为原料的合成氨工艺流程的仿真界面为例，如图1所示。该课件以小合成氨生产中煤制气工段为基础，提供了该工段的生产原理、设备结构图、设备照片、过程控制、样品分析方法等详细的技术资料，学生能够通过该仿真学习，掌握合成氨工艺的理论知识。同时课件还提供虚拟生产、工艺计算、现场录像等模块，能够让学生如同在工厂操控室一样，对过程进行操作与数据分析，这极大地提高了学生的实践操作能力。

3 计算机仿真在教学中的优势

计算机仿真能够让学生比书本上更直观、具体地认识化工生产过程，又避免了在工厂实习的一些弊端，在化工教学中有着独特的优势。主要体现在以下几方面：

1）化工生产系统一般都是大型工业系统，生产连续性强。学生不可能在工厂中学习反复开停车等操作。而在仿真教学中学生在计算机上可以反复停车、开车甚至设计故障，充分培养了学生的动手能力。

2）仿真实验主要在仿真机上进行，通常用软件形式体现。传递复制极为方便，大大地节省能源、材料、人力。

3）动态仿真数学模型可以产生被仿真系统受到各种外部扰动或操作变化的动态响应，即模型的预测性。

4）仿真软件大多提供参数设定、报警记录、数据记录、成绩评定等特殊功能，有利于教师了解学生掌握情况，便于实施各种新的教学与培训方法。

5）仿真机上可以做一些现实情况不允许作的实验。在计算机上学生可以设定各种参数的极限状态来学习复杂生产过程的运行情况，也可以做一些破坏性的试验，而不会造成任何损失。这都有助于提高学生分析和决策能力。

4 仿真教学优化的思考

化工仿真在对学生实际操作能力的培养上具有无可比拟的优势，在教学过程中如何把这一优势发挥更好呢？笔者有以下几点思考。

课程安排优化

首先要优化课程安排[3]，增加仿真教学与理论教学的互动性，使学生不仅从理性上认识化工单元操作，也能从仿真教学中获得具体操作、处理能力。比如仿真课程与化工原理同步，如化工原理课程从理论上学习了离心泵之后，仿真教学随之进行，那么学生在仿真课程中能够加深对离心泵原理理解的同时，增强操作实践能力。

再者，仿真教学与工厂实习结合起来。如果学生直接从课堂走到工厂，面对复杂而又危险的生产环境，往往不知所措。在实习之前，针对性的进行几个单元操作的仿真教学，使得学生对生产工艺有一定的认识，到工厂后结合实际情况，能够加深对理论的理解，也提升自身在复杂生产工艺条件下的决策能力。

教学资源优化

计算机技术飞速发展，智能手机也在学生中迅速普及。一方面我们要完善学校教学资源，如购置一些新的仿真教学软件，使得仿真教学能更加贴近实际生产。另一方面，建议仿真教学的软件开发者，可以结合现在的智能手机普及情况，开发一些经典单元操作的手机应用，学生在课堂上随时能通过手机应用来学习，从而使理论学习变得具体、形象、可操作。

教师自身技能的提高

高职院校注重对学生实践能力的培养，这要求老师不仅要有扎实的理论基础，也要有丰富的实践经验。高职教师应该注重提高自身的动手操作能力，对每个化工单元操作做到成竹于胸。在理论教学过程中，也应该重视对学生操作能力的培养。

化工仿真教学是衔接课堂与实际生产的桥梁，能够培养学生分析和解决实际问题的能力和提升其操作技能，是高职化工教学的重要组成部分。用新的技术手段，使得学生能够更直观的理解生产过程，是计算机仿真在化工教学中的发展方向。

参考文献：

[1] 侯焕福。化工仿真在化工专业教学中的作用[J].中国教育技术装备，2012（24）：121-123.

计算机仿真【第三篇】

关键词 RTDS电磁暂态仿真；计算机机电暂态仿真；混合仿真；设计

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0062-02

近年来，电力系统数字仿真技术有了突破性的进展，实现了许多具有代表性的系统仿真，如HYPERSIM及DDRTS等其他全数字实时仿真，在国内外应用最为频繁当属RTDS。目前复杂的直流系统已经不能通过传统机电暂态模型进行分析，应构建准确的电磁暂态混合模型和机电暂态，展现非线性元件在大系统中的影响作用，进而实现对大系统的实时仿真，发挥RTDS电磁暂态仿真的作用。

1 混合仿真平台整体设计

混合仿真平台整体设计强调混合仿真的准确率，计算机机电暂态仿真会在混合仿真中与RTDS电磁暂态仿真以同步的方式进行接口和交换边界等值参数。图1为混合仿真平台硬件基本构成，主要包括三个方面：计算机、RTSD、智能接口卡。

1）计算机，本文研究采用的快速机电暂态仿真是程序，计算机中所含的总线接口具有实时仿真能力的电力系统机电暂态仿真程序，具有桥高的计算效率。

2）RTDS（Real Time Digital Simulator），实时数字仿真仪，它与一个飞行模拟器很详细，用户可以研究电力系统装置和网络上的干扰所带来的影响，防止出现故障或断电现象。RTDS是“实时的”模拟装置，强调电力系统的运算法能被计算得足够快，进而可以连续地产生输出，实际网络中的情形正是电力系统的输出结果。它所实现的电磁暂态实时仿真是为了完成重要设备和局部系统的仿真需求，为了更好的实现数据交换，重要设备中的输出通道与接口卡相连便能实现上述所需。此外，接口电气量求取和相关形式转化，大部分依靠RTDS侧所建立的机电侧电网等值模型。本文研究中所采用用户自定义中的逻辑判断功可满足混合仿真的数据处理所需。另一方面用户自定义组件能实现变诺顿等值电路和时变串并联支路等。

3）智能接口卡，电磁和机电两侧接口数据的处理和传输都可通过智能接口卡实现，尤其利用其中相关数字信号处理器可以实现数据传输控制和交互时序控制等，接口卡通过FIFO内存与计算机交换数据，具有较高的扩展能力。

2 混合仿真接口方案

基于计算机机电暂态仿真、RTDS电磁暂态仿真接口基本原理

将原系统进行初步建模后会选取需要详细仿真的部分和需要规模化仿真部分的接口，前提是按照需求划分。前者实现电磁暂态仿真需建立电磁暂态模型并连接外部控制装置，后者实现大规模的机电暂态仿真需建立相应的机电子网模型，两种暂态仿真实现实时的数据交互还需构建计算机机电暂态和电磁暂态仿真相结合。

1）电磁暂态仿真。电磁暂态过程与短路等故障有关，涉及工频电流、工频电压幅值等，对其进行仿真的目的就是分析系统中可能会出现的暂态过电压故障，如波形畦变或谐波，通过合理设计所得到暂态过电压和过电流相关电力设备来确定是否能正常安全运行。由于电磁暂态过程变化较快，数量级属毫秒～秒级别，进而得出暂态过程产生原因，电力系统正常运行的时候处于稳定状态，各种扰动造成了电力系统进入暂态，一般引起电力系统中事故扰动最常见的有短路故障和系统内发电机、变压器、电动机等原件上发生不同相之间的短路故障。所以在分析故障时要考虑输电线路或电磁耦合参数引起的波过程，在分析计算电磁暂态仿真可采用时域瞬时值的方式。电力系统电磁暂态仿真的微分方程十分复杂，大部分为网络中广泛存在的电容元件等构成的微分方程组的求解，对电力系统的电磁暂态模型仿真规模有一定的限制，具体方程见式（1）。

其中，电网等值导纳矩阵为“G”，为常数矩阵，其改变只在拓扑结构有变化时。各节点注入电流组成的列向量为“I（t）”。t时刻电网节点电压相量为“U（t）。各元件及相互之间电压及电流关系都通过此方程式有了明确反映。在求解该时刻各元件的电流和电压时可在各等级电流源都已知的情况下运用可对等值计算网络进行求解。

接口关键技术

计算机机电-RTDS电磁暂态混合实现仿真的核心问题就是接口处理，也关系到是否能成功实现混合仿真。接口算法主要涉及到以下几方面内容。

1）接口位置的选择。HVDC和FACTS装置电力系统接口位置通常在连接变压器一次侧母线处，有利于数值计算的稳定性，一定程度上还缩小了电磁暂态仿真范围，减轻了电磁暂态仿真的计算负担，除此之外，在电磁暂态仿真中包含了换流母线附近滤波器、补偿装置等设备，可有更好的分析相关动态特性。目前混合仿真接口位置的选择都以手工静态划分为主，主要考虑数值稳定性、接口处负荷复杂程度等因素。

2）接口等值电路形式。在进行电磁系统仿真时必须选择合适的等值电路做好代替。一般机电网络的仿真规模较庞大，网络中的参数近似符合线性关系，可以直接运用传统诺顿等值电路来代替外部系统。但系统的谐波组特抗性在交直流混合仿真中不能真实反映机电网络的基波等值阻抗似，常存在谐波放大、高频特性等问题。而在对机电子系统进行仿真时，必须选择合适的等值电路做好电磁子系统的代替作用，由于电磁子系统中可能包含HVDC或其他非线性电子元件，有相对复杂的等值电路形式。因此，采用诺顿等值电路形式作为电磁侧的常规交流网络，可采用恒功率符合等类似形式，前提是以元件和网络特性为主。

3）数据时序交互方式。设计合理的数据交换时序方案，一是为了实现机电暂态仿真的平滑连接，二是保证仿真结果的真实准确，其中计算机机电磁暂态仿真程序的计算步长毫秒级，RTDS电磁暂态为微妙级，当前串行数据交互方式和并行数据交互方式是混合仿真所采用的主要数据交换方式。

3 结束语

综上所述，混合仿真对计算精度和计算速度都有严格的要求，本文所构想的设计方案主要是针对大规模电力系统仿真，设计中充分结合机电暂态与RTDS电磁暂态混合实时仿真平台的特点，并与相关研究理论与工程试验相结合，有效降低对电压电流作为接口量时相位精度的要求，也相应减少电磁暂态的结算量和接口的复杂性，进一步提高混合仿真的实效性和可信度。

参考文献

[1]边宏宇，张海波，安然然，等。RTDS上机电暂态仿真自定义模块的研究与开发[J].电力系统自动化，2009，33（22）：61-65.

计算机仿真论文【第四篇】

情景教学

在高频电子线路教学内容中，概念多、难点多、数学推导多，同时还会涉及到非线性分析法，因此学生在学习过程中经常会觉得枯燥、难学。通过实验展示可以使教学中的难点得到化解。但在实际教学中，因为受到空间和时间条件的限制，在实际教学中实物演示受到了制约。在高频电子线路教学中要找到教学过程中的教学难点、抽象点，要准备例如振荡器平衡的调制系数、稳定条件等多个仿真实验，在课堂情境教学中应用，为学生在认识上提供更加便利的条件，提高教学效率。

课程统筹教学

通常情况下，在高频电子线路教学中，理论课与实验课是分开的，两者相互独立，这样在实际教学过程中难免会出现理论与实践脱节情况，主要表现在时间和内容上脱节，教学过程中的验证性试验无法在及时的加深学生对教学内容的理解，导致了教学效果大大降低。在教学过程中为了完整性经常会对一些操作简单、结论明显的实验也安排相应的实验环节，这浪费了实验课程。在教学过程中应当对这一现象进行合理改革，对课堂教学和实验教学中的内容进行统筹，课堂教学结束后，应当安排相应的验证性实验；部分理论课程可以在实验课程上进行，可以一边做实验一边传授理论知识。针对每个验证性实验，设计相应的仿真预习，利用计算机仿真代替实验内容，通过预习报告的方式完成。通过实践证明，采用此种教学方式不仅解决了教学时间，而且提高了学生在自我学习中的管理能力。此外，计算机仿真通过计算机对实验条件和环境进行了模拟，学生可以进行多次实验，并且可以对实验过程中的参数进行自行修改，这样不仅缩短了实验时间，而且对实验设备也起到了一定保护作用，避免学生在实验过程中因为操作不当而给设备造成损伤。

2仿真教学应用实例

Multisim11是高频电子线路教学中经常被应用的一种软件，仿真分析具体步骤如下：依据设计和原理创建电路原理图，然后依据实验情况对电路图选项进行设置，开启仿真开关，使电路运行，再借助仿真仪器，获取理想的仿真结果。解调、调制电路是组成通信设备的重要部分，解调和调制方式对系统的性能有着巨大影响，同时也是在高频电子线路学习中的难点。

普通AM（调幅）信号波形仿真

调幅是振幅调制的简称，调幅包括：抑制载波、普通调幅等，普通调幅是其中最基本的一种，其余调幅都是有普通调幅演变来的。依据调幅信号形成的基本原理，在Multisim11下创建普通调幅电路，开启仿真后可以可在双踪示波器上看到低频调制信号与普通调幅信号波形对比图。对直流电压V3进行调整，使电路调幅系数进行改变但V3与1V相等时，调幅系数将超过1，则为方正波形，发生调幅现象，已调波在经历检波后将无法恢复到原有的形态，属于严重失真，因此在实际教学中应当尽量避免此现象的发生。

二极管包络检波器仿真波形

二极管构成的包络检波器性能强，结构简单，因此被广泛应用与检波电路教学中，经过解调后输出的信号能够对输入信号的包络进行合理反映，仿真电路如图4所示。开启仿真，对电路参数进行调整，便可得到获得调解后信号与输入信号两者的对比。但在对电路参数调整过程中，如果没有对电路参数进行正确选择，二级管包络检波器在实际工作中极有可能发生负峰切割失真和惰性失真。因此，在实际操作过程中要注重电路参数的调整。

3计算机仿真应用需要做好辅助工作

（1）整合教学内容对课堂、实验教学内容进行整合，在使用计算机仿真前，教师需要做大量工作。首先，教师要对教学中的内容进行详细统筹。例如，在教学过程中，哪些部分课堂讲解的内容需要利用计算机仿真代替，哪些教学内容应当通过计算机仿真演示，又有哪些内容使需要通过计算机仿真对学生进行指导。

（2）编制辅助教学手册对高频电子线路教学内容进行整合后，教学应当精细编制辅助教学手册，对进行过程进行指导。辅助教学手册中的内容应当通俗易懂，计算机仿真的思路、目的、步骤等内容要言简意赅，便于学生理解和运用。

（3）改革考核制度考核是检验教学成果的主要手段，既然在高频电子线路教学中引入了计算机仿真，那么在考核中也应当有所体现。在考核过程中不仅要涵盖大纲的教学要求，同时也要加入计算机仿真考核。在考核上应当做出合理的改革，主要体现在总成绩的构成上。通过实践应用表明，合理的考核结构，不仅能够使计算机仿真教学在高频电子线路教学中起到更好的作用，同时对学生的学习起到了一定督促作用。

4结语