数字仿真技术范文

数字仿真技术范文第1篇

【关键词】 数字电路 EDA 教学改革 实验教学

“数字电路”是高等院校电类专业的一门重要的专业基础课，具有较强的应用性和实践性。因此数字电路的实验教学在课程中占有很重要的地位。传统的实验教学方法已经不能满足技术发展的需求。引入EDA仿真技术可以弥补传统方法的不足，加深学生对所学知识的理解，同时提高了学生的学习兴趣。

1 数字电路课程实验的现状

传统的数字电路实验多以验证性实验为主，配以少数的综合性设计实验，验证性实验如常用组合逻辑电路及常用时序电路等；综合性的设计实验往往以课程设计的形式进行。实验的方法是用面包板和导线进行搭接电路，配合试验箱进行调试，这就是实验的全过程。虽然传统的数字电路实验模式在培养学生实际动手能力等方面起到了一定的作用，但还存在一些不足。

（1）实验课时有限，学生往往只能在有限的时间内完成规定的简单实验，而加大实验难度重复验证则根本没有时间完成，达不到对所学知识举一反三的目的。

（2）实验经费短缺，实验的器件往往是重复利用，而且器件的种类也比较少，学生接触新产品、新器件的机会较少，难以适应当前电子技术的发展。

（3）数字电路课程设计内容相对复杂，需要大量器件来实现，设计过程中还要反复验证，因此设计周期长，效率低，器件的损耗也较多。

2 EDA仿真技术应用于实验教学的举例

2.1 Quartus II软件应用于数字电路的实验教学

以设计任意进制计数器为例来说明Quartus II仿真软件的应用。传统的实验教学是学生在实验室中先验证74160为十进制计数器；然后再利用74160自行设计任意进制计数器，并把结果利用LED数码管显示出来。这样做的结果是学生时间不够用，好多学生都没有时间去完成任意进制计数器的设计。即使完成，也是仅仅完成一个简单的设计。如果学生课下能利用Quartus II软件对要做的实验进行预习演练，并仿真看到结果，则实验课上就节省了大量时间，学生可以用节省的时间多做几组实验，加深了对所学知识的理解，提高了学生的动手能力。

以设计17进制计数器为例，学生如果课下利用Quartus II软件把原理图画出来（如图1所示），并且编译仿真后看到仿真结果，则会对所设计的电路充满信心，实验室开放时，把所设计的电路搭建出来即可，节省了大量时间，激发了学生的学习兴趣。

2.2 multisim软件应用于数字电路的实践教学

学生在做数字电路课程设计时，课程设计的内容相对于验证性实验要复杂的多，学生的设计量也较大。以数字钟课程设计为例，学生首先要构思，把简单的数字钟分为三个部分：小时、分、秒。学生要把每一部分设计完成，最后综合设计整体电路。如果只是在实验室进行，学生每次设计都要搭接实验电路，如果不理想则要拆掉重新再做，这个过程费时费力，器件的损耗也较多，可靠性差，效率低。因此如果学生能利用multisim软件在计算机中仿真验证自己的想法，则可解决上述问题。学生首先可以利用软件设计秒电路，设计好后仿真验证结果，如果不正确，则可以检查是否元件选择错误，如果元件没错则可以检查电路连接是否有问题，由于都是在软件中操作，所以省时省力，又因为是虚拟平台，元件也无损耗，当设计完秒电路后再设计分电路和小时电路，直至整个电路设计完毕，看是否满足设计要求。

因为软件提供了功能强大的元件库，学生可以在软件中任意选择元器件，器件来源不受控制，同时降低了器件的损耗率；因为是用软件仿真设计电路，学生可以反复验证自己的想法，查找原因及修改都很方便，省时省力，效率高；又因为是仿真结果正确后连接电路，所以硬件连接电路时很少出错，即使出错也不会是原理性错误，而其他错误如电路接触不良等则很好解决。

3 引入EDA仿真技术的好处

（1）提高了实验的可靠性及成功率。在一些复杂的电子技术实验中，经常会因操作不当或设备条件限制而观察不到实验结果，引入EDA仿真之后，实验操作就会变得相对简单，实验条件很容易改变，也方便查错纠错，同时也能够直观反映出电子设计可能存在的差错和时序竞争，并方便分析及解决这类问题，大大提高了实验的效率和质量。

（2）实验不再受课时和实验器材的限制。由于大部分工作是在软件平台上进行，加上计算机的普及，设计工作可以走出实验室，完全在这个虚拟的实验箱上实现；同时大大降低实验器材的消耗，减少了因操作不当造成的仪器设备损坏，节省了实验室的运行费用。

（3）提高了学生的学习兴趣。学会利用EDA仿真工具，大大提高了学生的学习信心，而且EDA技术是现代电子技术发展的反向，学生掌握这门技术就与现代电子技术发展同步，适应l市场需要，进一步激发了学生的学习兴趣。

4 结语

将EDA仿真技术引入到数字电路实验教学中，它将使专业基础课教学内容与世界电子技术发展同步，并使原有实验教学模式和教学内容产生飞跃，提高教学效率，摆脱传统的设计方法的思维模式。同时也培养学生的创新意识和创新能力，提高学生的竞争能力，适应市场需要。

参考文献：

[1]袁小平.应用EDA技术改革电子系列课程实验教学[J].实验科学与技术，2011.

数字仿真技术范文第2篇

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.

[3]段志浩.浅谈计算机三维动画技术在房地产领域中的应用及前景[J].广西土木建筑，2002（03）：192-193+142.

数字仿真技术范文第3篇

关键词：： 数字电路；实时连续仿真； 时间片分割

引言：

电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，正在由以仪器仪表为测量工具的传统分析方法逐步向以计算机为工作平台的虚拟分析方法过渡，同时由于社会对网络教育的强烈需求和相关技术的快速发展，使得虚拟电路实验和远程教育日益结合，成为网络虚拟现实研究的新热点。通过对相关技术进行了可行性分析，结合多年的教学实践经验，开发了虚拟电路实验平台，系统分为客户端的用户界面层、服务器仿真引擎的数据处理层、仿真层以及客户端和仿真引擎之间的传输层。其中实时连续仿真则是在开发的过程中遇到的一个技术难点。由于实时性和多用户同时仿真的需求，系统在后台采用了分割时间片的技术，并根据电路状态的连续性，在时间片的结束点保存电路状态，在开始点重置电路状态，从而支持实时连续的远程电路实验。

一 虚拟实验的研究现状

虚拟实验分为有实验室支撑的实验模式和没有实验室支撑的实验模式。前者是一种"虚拟仪器版面一硬件设备"操作的模式。后者没有真实的实验室作为支撑，全部使用仿真技术、虚拟现实技术以及网络技术等高科技手段创造虚拟实验环境，实验者像在真实的环境中完成实验的各个环节，比前者更经济，更容易建立实验系统，也更方便实验者，是目前乃至今后的主要发展方向。电子电路虚拟实验作为虚拟实验的组成部分，也得到了快速的发展。而针对远程教学的仿真软件，或者着重于多媒体演示，功能简单，交互性差，或者没有强大的后台支持。远程教学仿真软件不能利用单机版的仿真软件，建立功能强大，交互性强，能够实时连续仿真的远程虚拟实验平台，使得远程实验教育难以得到有效发展。

二 虚拟电路实验平台的系统构架设计

要设计的"虚拟电路实验平台"系统，硬件构架采用B/S结构，用户通过装有Flash插件的浏览器与实验平台交互，搭建电路，并观察输出结果。用户信息和实验信息保存在MySql数据库中，后台的核心XSPICE仿真软件，进行仿真计算。系统的软件构架设计如下：1）界面层采用多媒体技术构造实验板及各种元器件，用来与用户交互并显示仿真结果。2）传输层通过socket传输XML格式的实验数据，实现客户端与仿真引擎的数据交换。3）数据处理层解析XML格式的用户实验操作的数据，并转换为.Cir文件所需的语法格式；构造XSPICE所需的仿真输入文件（.Cir）；分析XSPICE仿真后的输出文件（.Out），提取实验所需数据； 以XML格式封装仿真数据，准备发送。4）仿真层调用XSPICE进行仿真计算。XSPICE是一个优秀的电路仿真软件，它把Cir文件作为仿真参数文件输入，由仿真程序运算后得到仿真结果，输出到Out文件。

三 实时连续仿真技术的实现

在基于仿真的远程电路虚拟实验系统中，往往需要使用电路仿真软件，如SPICE、XSPICE等，通过它们的瞬态仿真功能获得电路输出数据，先仿真电路状态变化的全过程，再输出全部仿真结果。在电路实验中，模拟电路虚拟实验往往瞬间就可以达到稳定状态的，之后电路状态就不再变化。像这样的电路，在进行仿真的时候可以只显示电路达到稳定之后的状态，也就是只显示一次。正好符合SPICE、XSPICE等仿真软件的要求。类似的还有自动脉冲输入的数字电路。下面以接有自动脉冲输入的时序逻辑电路为例，讨论实时连续仿真技术。

1.分段仿真原理。真实情况下的实时连续仿真，实验者只要按下仿真开关，电路就会源源不断地把数据显示在界面上。但是仿真引擎使用的XSPICE并不是一个实时连续仿真软件，在使用XSPICE进行电路瞬态仿真计算的时候，必须等到XSPICE仿真结束才能得到仿真结果，进而分析显示。而XSPICE的这种功能特性与虚拟实验中所要求的连续不断地计算并显示电路输出数据，并能根据用户的交互实时作出响应是有矛盾的。为此，可以采用分段仿真的方法，即设定一仿真时间段tb，仿真引擎让XSPICE每次瞬态仿真只计算tb 时间长度的电路输出数据，然后将数据发送到客户端，客户端则按照结果数据中的时间戳在相应的时间点上改变显示输出。等到tb时间之后，客户端得到的数据显示完毕.仿真引擎再计算下一个tb 时长度的电路数据并发送给客户端。

在电路实验教学中，多数电路并不复杂，输入时钟信号的频率也不太高，因此基本可以满足这一要求。仿真引擎每次仿真一个时间片的数据，并把它传送给客户端，客户端以仿真结果中的时间戳为序，把数据保存在一个FIFO队列中，然后根据时间戳依次从队列中取出数据进行显示。当客户端发现队列中的仿真数据即将被显示完时，就发送一个队列空的请求到仿真引擎。考虑到网络传输时间和仿真程序的运行时间的消耗，客户端发送继续仿真的请求需要有一个时间上的提前量，尽量避免出现冒泡FIFO队列已空，而客户端还未收到仿真引擎的下个时间片的仿真结果，导致显示出现停顿的情况。

2.电路状态重置。由于时序电路的输出是由电路的输入和当前状态决定的，因此在进行分段仿真时，必须保存每个时间片结束时的电路状态，并在下一个时间片的仿真开始时用它来设置电路的初始状态，从而可以保持在整个仿真过程中电路状态的连续。可以把第i个时间片的t时刻的电路状态表示为：

Sit=[αφ]，i∈[i，+∞]，t=[0，tb]其中 α=[α1，α2，…，αn]T 为各触发器状态，n为电路中的触发器数，φ= [φ1，φ2，…，φm ] 为各输入时钟脉冲源的相位，m为电路中的输入源数。那么时间片i中，t时刻的电路状态与0时刻电路状态的关系是：Sit=F（Si0，t），其中F是由实验电路决定的状态变换函数。

3.用户交互。上述仿真算法中，整个仿真过程被分割成一个个时间片来分段仿真，每一个时间片的仿真结果是在认为这个时间片内没有用户交互，实验电路的结构和参数没有发生变化的情况下得到的。然而，用户有可能在一个时间片的任何时刻对实验电路进行操作，例如调整了信号发生器的信号输出频率或者幅度、按下了电路板上的按钮等。在发生了用户交互的情况下，由于电路已经发生了变化，有可能导致电路的输出也发生变化，因此这个时间片中剩余的还没有显示的数据就将成为无效数据。所以当发生用户交互时，客户端需要清空未显示的数据队列，向仿真引擎发送交互请求，并传送交互时间t1，仿真引擎根据发生交互的时间点，可以根据当前时间片的输出数据计算出t1时刻的电路状态St1i，其中i是发生交互的时间片编号。

四 结束语

由于目前流行的电路仿真软件或是不支持连续仿真和实时交互，或是不支持远程虚拟实验，为此设计并实现了实时连续仿真平台，该技术从功能上和效率上都能基本满足广大学生用户的需求，但是还存在可以改进的空间。由于该系统是网络应用软件，提高后台效率是项目下一步的工作重点。

数字仿真技术范文第4篇

关键词：数字电子技术；Multisim；仿真；实践教学；理论教学

中图分类号：G431文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0200-02

作者简介：孙利华（1979-），女，硕士，中国地质大学江城学院讲师，研究方向为电子和EDA技术。

0引言

数字电子技术是高等院校电子信息、通信、自动化类专业的一门学科基础课，实用性很强[1]。该课程的教学目标是让学生理解数字电路的工作原理与逻辑功能，掌握数字电路的分析与设计方法，最终能根据要求设计出较合理的电路。所以，该课程既包含了逻辑性强的理论又包含了很多具体实践应用环节。在讲授数字电子技术时要特别注意理论与实践教学结合，但实际教学中受实验硬件条件的限制，实验课课时安排较少或时间安排不合理，无法做到老师讲的同时让学生操作，使学生缺乏对基本原理和概念的直观认识。Multisim 软件为数字电子技术课程教学提供了一个很好的平台，可作为传统教学手段的有力补充。借助Multisim 软件对数字电路工作进行仿真演示，使理论和实践教学内容更加紧密地结合起来，既可以提高学生的学习兴趣，又能帮助学生更好地掌握数字电子技术的基本理论，为后续课程打下坚实的基础。

1Multisim10概述

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim向用户提供一个全方位功能强大的电子虚拟实验平台[2]。软件自带了型号丰富的元件库和功能齐全外形逼真的各类主流虚拟仪器，可完成对模拟电路、数字电路、单片机电路的设计与仿真调试，用户只需轻点鼠标即可观看到逼真的电路运行。该软件简单易学，利于激发学生的学习兴趣，目前已被广泛应用到各高校电子类课程的教学中，取得了良好的教学效果。

2Multisim10 在数字电子技术理论教学环节中的应用

数字电子技术理论教学目的是帮助学生掌握数字电子技术的基本概念和理论。传统教学方式采用多媒体课件加板书，学生缺乏对数字电路的直观认识，教学效果欠佳。特别是在讲授编码器、竞争与冒险、触发器等难以理解的内容时，学生会因为不理解，要么死记硬背，要么丧失学习兴趣。若引入Multisim软件进行仿真，可以帮助学生更好地理解概念。

基本RS触发器是进入时序电路学习的第一个内容，是学好时序电路的关键，但学生往往难以理解基本RS触发器的工作过程，特别是触发器“不定”的工作状态。教师可以在Multisim软件中搭建如图1所示电路，由两个与非门构成基本RS触发器[3]，借助小灯泡的亮与灭来演示RS触发器的“置1态”、“置0态”、“不变”和“不定”四种状态。其中，当R、S均置0时，触发器的输出都为1，两个灯泡都等于1，当R、S都回到1时，两只灯泡则不停地交错闪烁，可以告诉学生这就是“不定”的状态，让学生对该状态有了直观认识，帮助他们理解和记忆触发器的工作原理。

3Multisim10在数字电子技术实践教学环节中的应用

把Multisim10应用到实践教学环节中可以开展一些学校实验室因为实验设备、经费等方面原因无法开展的实验；可以避免真实实验操作可能带来的未知风险；可以提高实践环节中实物搭建电路的成功率，降低仪器和元件的损坏率。

3.1验证性实验

验证性实验一般是让学生在试验箱上验证数字电路的工作原理，以加深对基本概念的理解。试验箱上已集成好所有元器件，学生要做的工作就是根据实验指导书用导线把器件连接起来，往往是电路接了一遍，仍然不了解工作原理。若能在使用试验箱前先在Multisim

中对电路进行仿真，有助于学生理解电路的原理，不仅了解应该怎么接电路，还能知道为什么这么接。以集成计数器74LS190逻辑功能验证实验为例，可以在实验前让学生在仿真软件中搭建如图2所示电路。当把开关E置为0，F置为1时，电路实现十进制的加法计数器的功能。通过电路仿真可以帮助学生了解74LS90芯片各引脚的功能，知道每个引脚应该如何接进电路，以及共阳极和共阴极数码管的区别，还可借助如图3所示逻辑分析仪仿真结果理解74LS90的QA、QB、QC和QC与时钟信号的对应关系。教师可以把仿真软件中的电路、虚拟仪器和试验箱上的元器件、仪器结合起来讲解，可提高学生在试验箱上搭建电路的成功率，降低元件的损坏率。

3.2设计性实验

在理论教学和验证性实验之后会安排设计性实验教学环节，也就是课程设计。一般要求学生根据设计要求，利用所学过的数字电路的设计与分析方法，选择合适的芯片，搭建电路并制作出实物。例如，设计一个汽车尾灯控制电路，要求：①假设汽车尾灯部左右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟）；② 汽车正常运行时指示灯全灭；③右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；④左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；⑤临时刹车时，所有指示灯同时点亮。学生拿到设计题目后，可查阅资料，首先在软件中搭建出电路，如图4所示，进行仿真以检验设计是否满足题目要求，仿真结果达到要求后再利用实物焊接在实验板上。该方式既能提高学生的电路设计能力，又可激发学生的创新精神，真正达到设计性实验的目标。

4结语

教学实践证明， 将仿真软件引进数字电子技术的理论和实践教学中， 可以把抽象的理论通过软件搭建的电路形象化，许多普通高校实验室中不易接触到的仪器设备可以方便地从软件中选用， 从而增强课堂教学的直观性和生动性， 加深学生对基本概念、原理的理解[3]，提升学生学习数字电子技术的兴趣和积极性， 培养创新精神，为后续专业课学习打下坚实的基础。

参考文献参考文献：

[1]郭映.Multisim仿真软件在数字电路教学中的应用[J].计算机与现代化，2010（7）.

[2]张新喜.Multisim 10电路仿真及应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[4]李若琼.Multisim在 “电工技术”教学中的应用[J].电子科技，2011，24（2）.

Application of Multisim in the Teaching of Digital Electronic Technology

英文摘要Abstract：According to the teaching characteristics that the basic theory of digital electronic technology course is boring，but has strong practicality，the Multisim simulation technology is applied to the teaching， make up for the shortcomings of the traditional teaching methods.By the application of specific circuit in the teaching the theory of digital electronic technology，validation and design experiments， elaborated the major role Multisim simulation technology plays in all aspects of digital electronic technology teaching.

数字仿真技术范文第5篇

【关键词】 Multisim11 虚拟仿真 数字电子技术 电子设计 辅助教学

1 引言

数字电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生数字电子技术方面的基本知识和基本技能，培养学生分析、解决数字电子技术相关的问题的能力。在以往的教学过程中，理论抽象不够直观，学生难以理解掌握，影响了自主学习积极性。而一般的多媒体教学也难以从本质上改变这种状态。随着计算机虚拟仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将数字电子技术中枯燥抽象的理论教学以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使“数字电子技术”的教学内容形象化。课堂教学不再局限与理论讲解，而是与仿真实践紧密结合在一起，既丰富了教学内容，又帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，进一步提高了课堂教学效果。

2 Multisim简介

Multisim是美国NI（国家仪器）公司开发的Electronics Workbench EDA（简称EWB）仿真软件，是早期EWB等版本的升级换代产品。该软件基于PC平台采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况及其相似的电子电路实验工作台，它几乎可以完成在实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

3 Multisim虚拟仿真在数字电子技术教学中的应用

3.1 数字电子技术课程教学现状

3.1.1 理论教学过程中“理论联系实践”有待加强

在以往的理论教学中，老师在黑板上一味灌输知识那种填鸭式的教学，在教学过程中教师往往很难充分调动学生的学习主动性，按照传统的教法，往往大半学期过去了，不少学生只知道各种数字器件的名称和内部电路原理，但不清楚学了有什么用，更不知道如何将这些器件组成所需的数字电子系统；又或者碰到非常抽象知识点，课堂教学总是难以直观讲解，学生对此类问题总是难以理解和掌握。这是因为教学中缺乏一个“展示”的平台， 这里的“学”也仅仅是学会老师所教的知识， 而更重要的学习的方法、自主学习的能力的培养却存在一定程度的缺失。

而在数字电子技术实践教学中，传统的教学方法是要求学生完成某些验证性实验，其内容、步骤等都是安排好的， 学生只要按照教师安排的顺序就能顺利完成实验。也许有学生有新颖的思路，但因受实验设备器件等限制也无法将想法实现。这样更进一步的限制了学生的设计性思维和创新精神的培养，学生分析问题、解决问题的能力难以提高。

3.1.2 课程设计时学生的设计思想很难达成

在传统数字电子技术设计时，要耗费大部份时间来分析和构建电路，然后用相应的仪器进行测量，这样设计耗时较长、效率较低，而且一旦出错，往往要重新更换元器件，参数修改也不方便，不利于设计者设计思路的延伸。因此数字电子技术课程改革以课堂和教师为中心的传统教学组织形式， 根据高职数字电子技术教学的特点，在教学过程中引入Multisim软件，把学生的理论学习、实践能力培养和综合素质提高紧密结合起来。

3.2 模型搭建及电路仿真

在组合逻辑电路中，由于输入信号传输到输出端路径和时间的不同，存在竞争，在输出端可能会出现不应有的干扰窄脉冲，产生冒险。该知识点相对抽象，学生往往难以领会。下面我们通过在课程教学中引入Multisim进行仿真分析：

3.2.1 竞争冒险现象分析

在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示仿真电路，观测示波器测试该电路是否存在竞争冒险现象。首先用代数法写出该电路的逻辑表达式：。

由表达式可以看出，变量A具有竞争能力，当B=1时，，电路会产生负干扰脉冲，存在冒险。用示波器观测输出波形，输出信号确实存在明显的竞争冒险现象的输出信号波形，如图1（b）所示。

3.2.2 消除冒险

（1）修改逻辑设计，增加冗余项。理论分析：修改逻辑设计，增加一个冗余项B，使，则即没有改变原逻辑关系，又消除了竞争？冒险现象。根据理论分析结果在仿真平台中修改电路，如图2（a）所示。用示波器观测，经过改进后的电路输出信号消除了竞争冒险现象的输出信号波形，如图2（b）所示。

（2）输出端接入滤波电容。根据理论分析，由于竞争？冒险所产生的毛刺脉冲宽度很窄，因此在对输出信号波形边沿要求不高的情况下，可以在逻辑电路的输出端（或级间）接入一个不大的滤波电容，以滤除产生冒险的窄干扰脉冲。我们在如图1（a）中的输出端并上电容C1（图中R1为逻辑电路的等效输出电阻），R1、C1量值的选取需经调试确定。在输出端接入滤波电容后的仿真电路，如图3（a）所示。此时再用示波器观测，输出端信号果然消除了竞争冒险现象的输出信号波形，如图3（b）所示。

4 结语

通过Multisim仿真平台，既能克服因仪器设备、耗材损耗等因素的限制，许多试验不能进行的困难，又可针对不同目的（验证、测试、设计、纠错和创新等）进行训练，培养学生分析、应用和设计的能力。基于Multisim的虚拟仿真系统也有利于教师不断改进教学内容，提高教学效果，使学生在掌握基础知识外，能更有效地发挥其自主学习能力，开发了学生的创新潜力。但它只能辅助数字电路教学，而不能完全代替理论和实验教学，还需要在今后的实际教学中扬长避短，不断完善。

参考文献：

[1]杨春玲主编.数字电子技术基础.高等教育出版社，2011.

数字仿真技术范文第6篇

关键词： 城市规划；城市仿真技术；虚拟现实

Abstract: In this paper, from the change of city planning under the background of the digital city, introduces the characteristics and the key technology of city simulation technology, describes its plays in the city planning work in the role and significance of.

Key words: city planning; city simulation technology; virtual reality

中图分类号：TU984文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

1 引言

随着城市社会科技的迅猛发展，社会对城市规划、建设和管理要求越来越高，这是由城市规划在城市发展中的战略地位所决定的。然而过去传统的城市规划中，主要以感性规划为主，存在自上而下命令式、强制控制等级式的管理体制，缺乏相应的客观性、独立性和权威性，公众参与的缺失，也影响了规划设计方案的科学性、前瞻性，影响了政府决策的宏观和全局性的把握。

随着计算机及网络技术的飞速发展和数字化潮流的掀起，基于数字城市平台上的虚拟学校、虚拟影院等应运而生。如何利用先进的计算机技术实现现代城市本身的数字化，是城市管理者、规划部门、公众所共同关心的问题，而城市仿真技术作为数字城市的支撑技术之一，也成为了当前各个领域所研究的热点。

2 数字城市背景下城市规划的变化

2.1城市规划设计理念的转变

随着数字化、信息化概念的不断深入，数字城市建设的不断发展，传统的城市规划理念也受到了强烈的冲击。传统老式的静态规划面临着向多阶段过程转化为一系列单阶段问题逐个求解的动态规划转变，从简单考虑资源配置的物质规划向全面考虑社会经济文化发展需要的精神规划转变，从集中式的由规划设计专家评审到规划设计人员、决策者和社会大众三者共同参与的协作式规划模式转变，从行政管理到法制化管理的转变。

数字城市的建立为城市规划提供了数字平台与技术基础。它一方面使城市规划所需要的一切信息通过数字技术表现出来，城市规划和管理人员能够从整体上了解和掌握城市各类信息，从更大和更广的范围研究和探讨城市发展的一般规律。另 一 方面，通过数字城市提供的多种分析手段和模型，对城市现象进行更多的定量分析，从而进一步提高规划的科学性、可操作性和前瞻性。规划和管理工作者的观念和逻辑思维也随之发生重大变化，从工业社会的物质生产方式转向信息社会和数字化社会的知识生产方式，思维从单一化转向了多元化。

2.2城市规划技术方法的转变

（1）获取信息的手段发生转变。数字城市具备了海量数据存储设备，高速宽带的信息传输系统和高效智能的处理系统，规划设计所需的大量数据也由传统的现场踏勘方式转变为室内数据处理方式，实现了城市规划的现代化。

（2）规划设计方案决策和表现方式发生转变。数字城市的建立，使得规划设计及规划成果的表现由原来的二维平面转变为可视化、动态化、形象化，使规划人员可以利用多种分析手段和模型对城市发展现象、过程、趋势进行量化分析和预测，使得规划方案更加科学、合理、准确。

（3）公众参与度发生转变。对于城市规划成果，利用可视化技术，通过网络展现虚拟城市景观，公众可以实时、在线参与城市规划，提出自己的意见和设想，在充分展现群众的参与权和监督权的同时，充分体现出了规划工作的公平、公正和客观性。

3 城市仿真技术

3.1 概念及特征

通俗地讲，城市仿真(Urban Simulation)就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。而“虚拟现实”（Virtual Reality）又称为灵境技术，是一种用来构建和体验虚拟世界的计算机技术。它具有实时的三维空间表现能力，自然的人机交互式操作系统并能给人类带来身临其境的感受。虚拟现实技术广泛应用在军事模拟、视景仿真、虚拟制造等方面。

城市仿真具备三个特点：（1）良好的交互性。提供了任意角度、速度的漫游方式，可以快速替换不同的建筑；（2）形象直观，为专业人士和非专业人士之间提供了沟通的渠道；（3）利用数字化的手段，使得数据更新和维护变得非常容易。

3.2 关键技术

（1）3D建模技术

为了实现基于Web的三维虚拟城市，必须建立大量相应的3D模型和2D纹理素材。常用的建模方式有：常规的语言编写3D模型、3DS建模输出3D模型、规划成果经过格式转换生成3D模型、根据2D信息进行3D模型重建等等。

（2）真实感图形的实时绘制技术

场景造型是构造虚拟现实系统的第一步，不同于传统真实感图形绘制算法，它追求的是图形的真实感和高质量，我们往往需要通过一些算法在“真实”和“实时”之间寻求一种平衡，常用的包括光亮度计算、纹理映射技术和实时消隐技术等，以满足我们的需要。

（3）立体声合成和立体显示技术

在虚拟现实系统中，如何消除声音的方向与用户头部运动的相关性已成为声学专家们研究的热点；同时，虽然三维图形生成和立体图形生成技术已经较为成熟，但复杂场景的实时显示一直是计算机图形学的重要研究内容。

（4）交互技术

交互性能的高低是衡量虚拟现实技术水平的重要标志。虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式，三维交互技术、触觉反馈是虚拟现实技术的难点。此外，语音识别与语音输入也是虚拟现实系统的一种重要人机交互手段。

4 城市仿真技术在城市规划中的应用

城市仿真技术应用于城市规划，可以为城市规划提供辅助设计、查询分析、成果展示、模型更新等技术手段。人们可以将城市设计方案放入虚拟世界，考虑这些规划方案对现实环境的影响，观察方案是否合理、与周边环境是否和谐，实现设计方案的推敲对比、评审，甚至实时地进行方案修改，同时结合城市规划、城市建设进程，通过进行方案评审和成果入库，动态更新城市模型，从而避免实际建造所消耗的资本和时间，对提高城市规划和生态环境，降低城市合理规划的成本，缩短城市合理规划的时间有着非常重要的意义。

（1）规划审批工作更具科学性。虚拟现实可视化，结合3D、GIS技术，具备了规划方案的多方案比较、对照分析、通视分析、空间信息分析服务，地下管网及城市网线布局控制显示功能，实现城市多维、多源、多尺度时态和动态数据的维护与更新管理，能解决规划审批工作中的诸多难题。

（2）多部门协同工作更具共享性。城市仿真应用系统可实现三维数据库动态应用与一体化管理，能为多部门提供便捷的城市立体空间数据信息共享，在根本上实现城市数字一体化管理进度。

（3）领导决策更具可依性。通过将具体项目在真实场景中进行多方案比较分析，提高了项目的可行性，也为领导层提供了直观、真实、科学的空间综合数据决策依据，提高了项目方案配比合理化水平。

（4） 规划建设更具民主性。虚拟现实可视化，能够实现网络与市民公示。市民通过在线浏览共享和查询分析，参与评论和投票，从而增加项目的民意性参与，树立良好的市政形象。

（5）城市在线宣传更具推广性。虚拟现实可视化，可以对特定场所进行高精度渲染，可以预设待开发项目的规划效果，为今后城市的在线宣传与投资政策起到了巨大的直观推动作用。

5 结束语

城市仿真技术作为信息技术中的一种新兴技术，正在逐渐成为帮助城市规划和管理的重要手段，它对于城市规划的影响不仅表现在对城市规划所需信息的采集、处理和利用方面，更为重要的是它改变了城市规划内部信息流程和规划部门与社会的信息交流与反馈机制，进而对城市规划管理体制产生深远的影响。随着网络技术和计算机软硬件的发展，城市仿真技术在城市规划管理中的应用将会更加广泛，同时，城市仿真技术还可以拓展到如市政管理、公共交通、环境保护、地产开发、公安消防等其他领域的应用，可以实现各种道路系统设计的三维立体仿真，包括高速公路线路选择、立交体系的仿真、城市交通仿真等，前景令人期待。

参考文献：

[1] 黄丽娜，庞前聪，费立凡.基于GIS的城市规划仿真系统开发与实现[J]. 国土资源科技管理，2006.

[2] 姜峰.数字规划中的虚拟现实技术[J]. 武汉大学学报（工学版），2004，37（6）.

[3] 石教英.虚拟现实基础及实用算法[M]. 北京：科学出版社，2002.

数字仿真技术范文第7篇

关键词：模拟电路；数字电路；仿真软件；静态工作点；动态分析；定时

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）20-4748-03

Application of NI Multisim 11 Simulation Technology in Analog And Digital Circuits in Teaching

BI Ke-ling

（Information Technology of Eastern Liaoning University， Dandong 118000， China）

Abstract： This paper introduces the characteristics of NI Multisim 11. The base case simulation circuit and digital circuit teaching are given in this paper the method for virtual simulation using the software. The use of NI Multisim 11 can make the teaching method more vivid and clear， improve teaching effect， help to improve students' innovation consciousness and practical skills， interest in learning.

Key words： analog circuit； digital circuit； simulation software； static working point； dynamic analysis； timing

模拟电路和数字电路是计算机、电子、通信和自动化等专业必修的两门实践性强的专业基础课程，随着科学技术的发展，两门课程在教学方法上也在悄然地发生着变化。传统的教学模式在授课时多采用多媒体课件大屏幕投影的方式进行理论讲解，通过实验课程巩固理论知识，主要是锻炼学生的动手能力，这样的方式存在着不足之处，如：授课时学生需要掌握的电路图都是直接通过幻灯片进行演示，学生对电路的工作原理及工作特点还没有进行分析，就进行到下一部分内容的讲解，使学生理解不够深刻。为了让学生更好掌握这两门课程，如果在讲授理论的同时，通过辅助的实验演示可以提高教学效率和学生的理解能力，达到事半功倍的效果。

NI Multisim 11是一款以Windows为基础的专门用于电子电路仿真与设计的仿真软件，适合于板级的模拟/数字电路板的设计仿真，它具有电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真和分析的能力，通过NI Multisim 11和虚拟器技术可以让使用者完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型和测试的一个完整的综合设计流程。在数字和模拟电路教学过程中使用NI Multisim11进行课堂虚拟实验演示、学生进行验证性实验以及课堂外、课程设计的设计，是一种非常好的理论联系实际的教学方法，也是培养和提高学生实际操作能力的有效工具。

1 Multisim11仿真软件的特点与应用

NI Multisim 11采用直观的图形化方式进行电路图输入，可以提高和改善教师的电路教学环境，通过将理论概念和硬件实现联系到一起，让学生更好地掌握知识。软件界面操作简单，易于学习。

NI Multisim 11具有直观的图形界面操作；世界主流的一万七千多种元器件；包含SPICE、RF、MCU等多种仿真能力；22种虚拟测试仪器；完备的分析手段，如直流工作点分析、交流分析等；支持多种类型的单片机芯片；完善的数学运算操作；呈现多种报告，如：详细的原理图统计报告；提供了转换原理图、仿真数据和仿真结果到其他程序的方法。[1]

2 NI Multisim 11仿真技术在模拟电路教学中的应用

共射极，共集电极和共基极三种基本放大电路是模拟电子技术的基础，但是对于初学者在理解上存在着一定的困难。如果在教学中采用仿真软件的器件和虚拟仪器进行演示，可以同学生直接观察、测量各种数据，进一步熟悉三种电路在静态工作点，电压放大倍数等方面各自不同的特点。下面以共射极基本放大电路为例介绍一下NI Multisim 11的使用[2]。

2.1 共射极基本放大电路原理图

图1为共射极基本放大电路图。

2.2 静态工作点分析结果

图2为共射极基本放大电路。

通过静态工具点的分析可以看出晶体管Q1工作在放大的状态，当然也可以用数字万用表来测量这两个结果。

2.3 动态分析

通过上面的电路图可以看到提供电流是一个10mv、频率为10kHz的交流电压信号，接下来可以使用示波器来来测量一下输入及负载的波形，示波器产生的波形图如图3所示。

通过上面的电路图以及波形图，Channel A和Channel B的比例值，可以得到这个输入的交流电压信号和负载端的电压信号的幅值，这样大家也可以看到Q1的放大状态。同样这些值可以由数字万用表测量。

在教学和实验过程中，使用NI Multisim 11进行仿真实验，可以灵活的改变各个元件的参数，直接观测所得的仿真结果，用来弥补实验设备型号的不足，并且可以克服实验设备易损坏、实验场地空间不足等一系列的困难，提高学生们分析和解决问题的能力。

3 NI Multisim 11仿真技术在数字电路设计中的应用

在数字电路中，学习脉冲整形时对学生来说理解记忆起来较为困难。下面通过一个基本的555定时器构成多谐振荡器的实例来说明一下NI Multisim 11的基本使用方法[3]。

3.1 使用NI Multisim 11绘制原理图

图4为555定时器构成多谐振荡器。

3.2 观察振荡器的波形图

通过示波器可以看到产生的方波波形，通过改变元件的阻值就可以让方波发生变化。

示波器产生的波形如图5所示

555定时器在接成多谐振荡器时，用到了模拟和数字电路的知识。555定时器只需使用少量的元件就可以接成多谐振荡器，使用非常方面，被广泛应用于脉冲波形的产生与变换等方面。

4 总结

使用NI Multisim 11仿真软件教学，能够快捷、完整地构建出实验所需的原理图，能够对实验过程进行仿真，并且实时准确显示实验结果，是目前提高教学效率和效果的一个有效方法。通过仿真软件可随意进行设置元件参数值，分析电路的特点，老师和学生都不必担心元器件的损坏，让学生有信心做好每一个实验，同时激发学生的学习兴趣，加深对模拟和数字电路知识的理解。该软件会成为电子教学中的强有力辅助工具。[4]

参考文献：

[1] 王冠华，Multisim 11电路设计及应用[M].国防工业出版社，2010.

[2] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].4版.高等教育出版社，2006.

[3] 阎石.数字电子技术基础[M].5版.清华大学出版社，2006.

数字仿真技术范文第8篇

关键词： 电力系统； 数字式； 全光纤； 保偏光纤； 电流互感器； MATLAB仿真

中图分类号： TB 971文献标识码： Adoi： 10.3969

引言随着电力系统的不断发展，对互感器的要求越来越高，而传统的电磁式电流互感器在运行中渐渐暴露出一些严重的缺点，已经很难满足数字化电站的要求。目前的市场情况是，电力系统广泛采用的仍是电磁式电流互感器，它有以下特点：（1）一次绕组中的电流完全取决于被测电路的一次电流大小而与二次电流无关；（2）它的二次绕组与测量仪表、继电器等的电流线圈串联。由于测量仪表和继电器等的电流线圈阻抗都很小，因此它的正常工作状态接近于短路；（3）它在运行中不允许二次侧开路。如果二次侧开路，则二次电流值为零，这时电流互感器的一次电流全部用来励磁，铁芯中的磁通密度将会大幅度增加，从而引起铁芯中的有功损耗增大、铁芯过热，最终导致电流互感器损坏。同时由于铁芯磁通密度剧烈增加，故互感器的二次绕组中的感应电压峰值可达到数千伏之高[1]。如此高的电压必将对设备绝缘和运行人员的安全都造成危险。为了有效防止电流互感器的二次侧开路，对运行中的电流互感器，当需要拆开所连接的仪表和继电器时，必须先短接其二次绕组，进行泄放电。上述电磁式电流互感器的特点表明：传统式电流互感器绝缘结构复杂、尺寸大、运行成本高、造价高，最重要的是测量准确度无法保证。因此，研究新型的数字全光纤式电流互感器以取代传统电磁式电流互感器已成为社会发展的一个必然趋势，所研究的系统是基于法拉第效应偏振态调制的全光纤电流检测系统，采用的传感元件为保偏光纤制作的电流传感头。1全光纤电流互感器系统原理目前光纤系统主要选用半导体光源，其主要原因是：半导体光源的发光波长在光纤的低损耗窗口中传输，电流注入发光可以进行强度调制；光源体积小，发光面积可以与光纤纤芯匹配，从而提高光源与光纤的耦合效率；可靠性高，高温下可以连续工作；响应速度快，光束的相干性好，适合于高速率、大容量的光纤系统；具有结构紧凑、重量轻、使用方便、工作寿命长，单色性好等优点。全光纤电流互感器是基于法拉第效应偏振态调制的原理来实现对电流的测量的[2]，系统结构框图如图1所示。工作时光源发出的光经过耦合器后由光纤偏振器起偏，起偏之后进入图1全光纤电流互感器的系统框图

Fig.1The system block diagram of the

allfiber current transformer传感光纤即保偏光纤之中。保偏光纤缠绕在通过大电流的导线周围，由于传输中的大电流产生磁场，以及保偏光纤中的法拉第磁光效应偏振态调制作用，偏振光的偏振态发生改变，携带偏振态信息的偏振光经过检偏器之后，进入光电探测器。光电探测器接收到的是电流信号，需要再通过转换电路转换成电压信号，鉴于光电探测器接收到的信号只有微安数量级，所以还必须进行信号放大与电路调理，最终经过比例因子转换得到光纤电流互感器的电流信息。2全光纤电流互感器系统建模对利用保偏光纤作为大电流传感头的全光纤电流检测系统进行琼斯矩阵分析[3]，可以得到：E=J′AJ′FEin（1）假设检偏器与实验室坐标系的夹角为γ，则检偏器渥拉斯顿棱镜的Jones矩阵为：J′A=cosγsinγ

数字仿真技术范文第9篇

关键词:液压 仿真技术 应用与发展

中图分类号:TP27 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0097-01

仿真技术是液压系统设计的必要手段,已经被业界广泛认可。液压仿真技术始于20世纪50年代,刚开始是运用传递函数法进行仿真,也只能分析系统的稳定性及频率响应特性,这是一种用于单输入单输出的系统的仿真技术。进入20世纪70年代后,随着液压流体力学、现代控制理论、故障诊断技术、信息化技术的发展,液压仿真技术也得到了一定发展,已经可以建立液压系统的分析数学模型。近年来,加快了复杂的液压系统的研究,这使得从以前对象单一的形式化模型及数字化信息空间的定量研究发展到对于对象建立起定性和定量相结合,将信息、智能集成在一个复杂的信息空间中的定性和定量的研究。液压仿真技术由三个部分组成:数据建模;模型解算;仿真结果分析。在我国,液压仿真技术起步比较晚,虽然取得了很大的进步,比如国内的液压软件仿真系统DLYSIM的研发成功,但是目前我国与国外的液压仿真技术还有很大的差距。

1 液压仿真技术存在的主要问题

目前液压仿真技术存在的主要问题有以下几类问题:结构要求更加复杂,系统建模不容易;技术要求更高,系统仿真的精度和可靠性不高达不到要求的水准;结构不断复杂化,仿真模型库不完善问题越来越突出;各类仿真软件不断被开发,但是仿真软件的通用性不好的问题大量存在;液压技术不断发展,客户对液压仿真技术要求越来越高等。而液压仿真技术目前主要有以下几个关键点:一是加强液压元件和系统建模理论的研究,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础;二是继续开展液压专用仿真软件的开发和研制,为行业提供更加方便快捷的仿真工具,提高整个行业的操作效率;三是提高仿真结果的精度,以满足越来越高的客户要求,使仿真软件更加专业化;四是提高行业设计人员的素质,提高创新发展的能力;五是优化输出结果的描述和分析的方法,让结果分析更加明确清晰,效率更高。

2 现代化仿真技术在液压系统中的应用

随着信息化技术的不断发展,仿真技术也越来越成熟,利用计算机和硬件编程作为工具来研究液压系统动态特性已经成为一种发展趋势。仿真技术是以计算机技术、信息化技术、系统编程技术及其应用有关的专业技术为基础,以各种相似原理和物理效应的设备为工具,利用一些假想的简化模型结构对实际情况进行模拟研究的一种技术。它综合了计算机、网络、故障诊断、液压驱动技术、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的最新成就,不仅可以用于产品或系统的性能测试,而且可以用于产品研制开发的整个过程及由多个系统综合构成的复杂系统。

随着仿真技术的发展,仿真类型也在不断丰富,根据计算机类型的不同,仿真可以分为模拟仿真、数字仿真、数字模拟混合仿真和全数字仿真。模拟仿真是传统的类型,它主要是以模拟计算机为主要工具,对液压系统的模拟进行运算和研究。而数字仿真是现代化的仿真手段,它是以数字化计算机为主要工具。

仿真技术在液压领域的应用主要包括以下几点。

(1)通过理论推导建立已有液压元件或系统的数学模型,用实验结果与仿真结果进行比较,验证数学模型的准确度,并把这个数学模型作为今后改进和设计类似元件或系统的仿真依据,深入探索液压系统的机理,为液压仿真技术的发展提供充分的理论基础,这也能很好的解决目前仿真模型库不完善的问题。

(2)通过建立数学模型和仿真实验来模拟现实问题,在建模时对于不同的情况我们要采用不同的方案,例如采用有限元分析,甚至有时候还要适当简化模型,这样来找到模拟计算难度和切合实际问题之间的平衡。然后设置相应的各种数据参数,在设置参数时,我们首先要进行理论上的选择,然后针对实际情况做出一些相应的修改。最后确定已有系统参数的调整范围,这样有利于掌握仿真的范围也可以缩短系统的调试时间,减少犯错的几率,也提高了效率。

(3)通过仿真实验研究测试新设计的元件各结构参数对系统动态特性的影响,要注重各个元件的配合和基本参数,如液压泵的压力、液压泵的排量和流量、液压泵的功率以及液压泵的效率等,确定参数的最佳匹配,提供实际设计所需的数据,并把数据整理入库,完善液压仿真技术的数据库。

(4)通过仿真实验验证新设计方案的可行性及结构参数对系统动态性能的影响,从而确定最佳控制方案和最佳结构。在这个过程中我们要综合所有应该考虑的因素,不仅仅是技术方面的,还有一些技术以外的重要因素,比如造价、环境状况和实现难易程度等。

3 液压仿真技术的发展趋势

3.1 创新建模方法

在整个液压仿真技术中,建模是一个重要的基础,一个正确的模型,可以很好的反应需要解决的问题和得到想要的数据。因此应大力发展系统自动建模技术、一体化开放性的图形建模技术、具有在线自动调试功能的建模技术和采用高精度自适应的模型,来提高模型的可操作性和准确度,为液压系统的分析提供技术支持。

3.2 开展人机交互的仿真研究

人机交互技术已经成为信息化技术追求的目标,不仅是仿真技术,其他计算机技术也在加大这方面的研究。人机交互旨在提供更好的操作技术,使操作更加方便,也更加智能化。

3.3 进行面向对象化的仿真技术研究

面向对象化的仿真技术是近几年发展起来的新型技术,它突破了传统的仿真方法的观念,它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型。它分析、设计和实现系统的观点与人们认识客观世界的自然思维方式一致,因而增强了仿真研究的直观性和理解性。

4 结语

随着信息技术的发展,我国液压仿真技术也越来越成熟,但是还有很多关键问题还有待解决和提高,所以我们要不断创新液压仿真技术,加强对整个行业的重视和投入。液压仿真技术正在朝着智能化、数字化方向发展,相信不久的将来液压仿真技术会带给我们更多的惊喜。

参考文献

[1]王士刚.液压系统动态仿真模型可视化建模技术研究[J].大连理工大学学报,2004(2).

[2]程安宁．液压仿真技术的应用与发展[J]．机床与液压,2007(5)．

数字仿真技术范文第10篇

关键词 动态系统；计算机仿真；仿真建模

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0036-01

1 计算机仿真技术

计算机仿真技术即利用计算机制作真实系统模型，用来进行系统评估的技术手段。具体说就是将真实系统作为仿真模型的根据，通过运行具体仿真模型和对计算机输出信息的分析，实现对实际系统运行状态和变化规律的综合评估与预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。随着计算机技术的快速进步，计算机仿真技术主要是用来进行系统分析和设计，应用于多项领域。计算机仿真技术作为一种可以客观分析现有系统运行状态和评价现有设计系统性能的技术手段，在很多领域（例如航空航天、经济管理、通信网络等）的发展中起到极为重要的促进作用。可以这样说，计算机仿真技术已经成为现代和高科技产业中不可或缺的进行系统分析和研究的一项关键性技术手段。

由于在实际的操作过程中，需要根据实际情况来选择合适的计算机类型，因此根据在仿真过程中采用的计算机类型以及计算机仿真技术的发展过程，可以将计算机仿真技术的类别划分为模拟机仿真、数字机仿真和模拟―数字混合机仿真。计算机仿真技术在20世纪50年代兴起，模拟计算机是当时采用的主要计算机仿真技术，其工作原理是：在仿真系统数学模型明确的前提下，通过一系列运算器和无源器件建立一个仿真的电路，通过这个仿真电路进行后期的实验研究。但是，随着计算机数字化的快速发展，在20世纪60年代后期，计算机仿真技术开始由模拟形式转变为数字机仿真。但是，航空航天等大规模复杂系统的发展对计算机仿真技术提出更高的要求，传统的数字机对信息的处理能力等方面已不能满足仿真系统的需求。为了尽快解决这一问题，使计算机仿真技术能够为更多的领域提供最佳的服务，以数字机与模拟机混合而成的数字混合机应运而生。数字混合机不仅能够满足航空航天等复杂系统的应用，而且也极大程度的促进了这些领域的快速发展。而后仿真技术随着计算机技术的发展而迅速发展。

计算机仿真主要三个方面的内容组成：一是系统；二是模型；三是计算机。而这三方面的内容主要是通过仿真实验、仿

图1 仿真三方面内容之间的关系图

真模型的建立以及系统模型的建立相互联系在一起的。图1描述了这三者之间的关系。

在模型活动的基础上，可以将计算机仿真的全过程划分为下面三个阶段。

1）计算机模型的建立，通过建立系统的数学模型，可以确定系统的原始状态，计算机模型的准确建立是计算机仿真系统有效性的基础技术。2）计算机模型的转变，此过程通过将数学模型转变成为相应的模拟电路等可以用计算机语言表达出来的仿真模型，并通过编写相应的数据处理软件，变成可以直接应用的计算机仿真工具。3）计算机仿真实验阶段，利用仿真输出信息与实际存在的系统信息进行比较，发现问题，对已有的系统进行改善和完善。

2 仿真模型的建立

模型分析之所以得到广泛的应用成为现代科学研究最常用的方法之一，是因为它可以根据实际系统抽象或是对事物本质的描述来建立简化的数学模型或物理模型，这种模型与实际系统之间存在同构或同态关系的，我们就可以通过此模型来分析实际系统，进而对实际系统进行合理的控制和优化。下面主要详细讨论两种形式的仿真建模。

首先针对连续变量动态系统的仿真建模是由时间驱动，状态连续变化等一类物理系统。根据系统中时间和取值方式，可以将连续变量动态系统划分为连续时间动态系统、离散时间动态系统（工程采样系统是最为常见的系统）和连续-离散时间混合的动态系统等多种类型。同时，对连续变量动态系统仿真系统常用的数学模型有多种，最常见的是常/偏微分方程模型，另外还有滑动平均（MA）模型和受控自回归滑动平均（CARMA）模型等。

其次，离散事件动态系统（DEDS）的仿真建模。离散事件动态系统多是人造系统，相对于其他系统离散事件的变化关系较为复杂，常规的方程模型难以较准确的对其进行描述。人们针对离散事件动态系统模型的设计方法进行了多方改进，自20世纪80年代初以来出现了多种形式。例如，常见的依据事件发生时间对所考察对象变化过程的分析而言是否有必要这一条件作为研究范围，将离散事件动态系统划分为：带时标的离散事件动态系统（TIM/RTIL模型、双子代数模型等）和不带时标的离散事件动态系统（Petri网络模型、过程代数模型等），同时也可以依据系统输入信息以及状态演变的确定性与否，将其划分为确定性离散事件动态系统和不确定性离散事件动态系统模型。

从现有的很多文献以及不同种类的离散事件动态系统（DEDS）描述来看，离散事件动态系统模型的建立和分析研究仍不完善，有很大的发展空间。此系统模型种类多，那么在模型种类之间就需要必要的转换关系，对每一种模型的描述方式通常仅适用于一种或是几种问题。

分析目前已有的系统建模方法，离散事件动态系统最常用的方法主要包括网络图或事件图法和形式语言与自动机方法等。虽然离散事件动态系统模型的建立为离散事件动态系统的仿真创造了条件，但是并不是所有的离散事件动态系统模型都能直接用于计算。例如，常用的GSMP模型，可以用于描述多种模型方式不具备的或是很难描述的复杂过程，但GSMP模型在计算机上的实际应用却很复杂，需要专业的相关知识。离散事件动态系统仿真的核心问题是仿真模型的有效性，保障与真实系统行为具有某种同构或同态关系。在CVDS中的方法是使用以物理规则为根据，通过方程式的方法来描述模型设计，这样并不完全适用于离散事件动态系统仿真模型的建立。另外一方面的问题是由于离散事件动态系统多是人造系统，变化形式表现出复杂的非线性。随着需求的不断变化计算机仿真技术需要不断的改进，针对不同时间要选择适当的模型。

参考文献

[1]胡峰，孙国基.动态系统计算机技术综述（Ⅰ）：仿真模型[J].计算机仿真，2000（1）.

[2]吕雁.计算机仿真与建模技术综述[J].电子科技杂志，2001（11）.

[3]蔡洁华，路多.动态系统计算机电源仿真技术研究[J].计算机光盘软件与应用，2013（13）.

[4]胡峰，孙国基.动态系统计算机仿真（下）[J].导弹试验技术，1999（3）.