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三维仿真论文

三维仿真论文

三维仿真论文范文第1篇

关键词:物流系统仿真 多元平台 物流仿真软件

中图分类号:TP391.6 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)07(a)-0023-02

物流系统仿真是物流类专业的一门主干课程,是验证物流系统设计及优化的重要手段。该课程以概率论和数理统计为理论基础,以计算机技术和可视化技术为技术手段,通过对物流系统各环节进行抽象建模并进行模拟仿真,结合仿真结果进行数据分析从而得出结论,验证物流系统设计以及优化方法的可行性。物流系统仿真课程主要分理论讲解和软件操作两个部分,也有很多院校采用了案例教学法,以典型案例为切入点,在教授软件的使用方法的同时,融入基础理论。大部分院校都是基于某一种软件进行的教学,学生对于物流系统仿真的理解很容易拘泥于某一种平台。为了更好地培养学生在物流系统仿真建模中的抽象思维能力,并使学生更加深入透彻的理解物流系统仿真的实质,该文将从仿真软件多元化的角度,对物流系统仿真课程多元平台建设进行探讨。

1 物流仿真软件平台

物流仿真软件平台很多,其仿真特点及侧重点虽各有千秋,但仿真的思路及结果分析都大同小异。目前从仿真效果的角度主要分为二维仿真和三维仿真两种,二维仿真软件侧重系统流程的模拟,仿真的过程中对计算机的硬件要求较低,运行更为顺畅,而三维仿真软件仿真运行的效果更吸引人,在学习仿真的入门阶段更容易引起学生的兴趣。随着市场需求的发展,许多二维物流仿真软件的高版本也都支持三维效果演示,但是在建模初始阶段还是需要在二维空间进行操作。常见物流系统仿真软件如表1所示。

2 物流系统仿真多元平台整合

众多物流系统仿真平台各有特点及其适用环境,根据学习的难易程度及实际条件,选用了Flexsim、Em-plant和Anylogic3种仿真软件作为整合对象,应用与物流系统仿真课程的教学之中。

考虑到课程学时的限制,整合过程中并未将3种软件全部安排到课程的讲授部分,而是通过课程讲授、课程设计和毕业设计相结合的形式进行多元平台的整合,如图1所示。

(1)讲授部分。课堂讲授部分除了基础理论外,在案例教学当中以Flexsim软件为主,辅以Em-palnt软件。Flexsim软件在解决简单问题时可通过直接拖拽实体和属性设置的方式进行,操作简单,界面友好,可直接进行三维效果演示。通过案例教学培养学生的抽象思维建模能力并熟悉一般物流系统仿真软件的操作流程。在大体掌握了Flexsim软件的使用方法后,引入Em-plant软件,根据软件的特点,从流程仿真的角度针对Flexsim的类似案例进行建模仿真,讲授Em-plant软件的建模思路,及代码编写基础,实现课程讲授部分的两种仿真软件的结合。

(2)课程设计部分。课程设计采用分组的形式,给出实际的案例,分别应用Flexsim和Em-plant两种软件,通过数据调查、系统简化、抽象建模、参数设置、仿真运行、结果分析等环节,针对同一案例进行仿真分析,并比较两种软件的各自特点。

(3)毕业设计部分。毕业设计可用的时间较长,针对同一案例,在Flexsim和Em-plant的应用基础上,再加入Anylogic仿真软件,应用3种软件对案例进行现状仿真分析及优化方案验证。此阶段,学生对物流系统仿真已经有了较为深入的认识和理解,对于一般仿真的流程也较为熟悉,为较快掌握Anylogic软件提供了良好的基础。通过Flexsim、Em-plant和Anylogic三种软件的学习和运用,完成物流系统仿真多元平台的整合。

3 结语

物流系统仿真课程主要是培养学生的抽象思维能力和应用仿真软件解决问题的能力。单一平台的学习容易导致学生思维的模式化和对仿真理解的片面化,在一定程度上对学生的发展将会产生一定的束缚。通过物流系统仿真课程多元平台的建设,可以使学生对物流系统仿真有更为全面和深入的理解。

参考文献

[1] 陈雷雷.建模与仿真课程设计的教学实践与探索[J].实验室研究与探索,2014,33(7):210-213.

[2] 李晓栋.典型物流仿真软件特点简析与教改探讨[J].广东农工商职业技术学院学报,2013,29(1):59-62.

三维仿真论文范文第2篇

【关键词】水下机器人;视景仿真;运动模型;OGRE0.引言

发展海洋是新时代的必然趋势,水下机器人对海洋开发、海洋调查测绘及相当多水下作业都有举足轻重的作用。水下机器人系统的研究和开发中,仿真技术可以缩短其研制周期、提高研发质量和减少经费,避免因系统故障时导致其丢失的严重后果。三维视景仿真技术广泛应用于军事、航海、航空航天、游戏及医疗等领域,是集图形学、图像处理、模式识别、网络等计算机技术高度发展的一门综合性技术。

3Dmax与OGRE(Open-source Graphics Rendering Engine)是近年来得到迅速发展的嵌入Windows三维模型仿真技术。它性能卓越,API具有良好的可移植性。本文通过3Dmax建模和OGRE 3D引擎作为仿真平台,及Qt设计窗口,在Visual Studio2008环境下完成仿真。

首先配置好VS2008和OGRE开发环境,主要是一些插件和动态链接库,定义OGRE将要使用的资源,选择并设置渲染系统。通过初始化使用一些资源,并用这些建立一个场景,启动渲染循环。

1.仿真的一般流程

通常我们先用软件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等画出一维、二维及三维的仿真图形库。一些特殊的如仿生鱼水下机器人建立时图形仿真时用到了自由变形计轴变形及其他样条曲线理论的支持完成。到最后显示的视景仿真一般都是通过Vega或者OpenGL再通过Visual studio编译执行写好的虚拟现实代码等来实现仿真,而且3D仿真大都需要进行碰撞检测。为了设计窗口的方便可能运用MFC或其它工具来设计人机交互窗口,最终形成一个完整的仿真系统。

2.模型的建立

通过3Dmax所得到的水下机器人三维模型。

根据国际水池会议推荐,建立固定坐标系(惯性坐标系)和运动坐标系(附体坐标系)上图的水下机器人也将按此坐标系[1]。

由于完整的六自由度运动方程具有极强的非线性和耦合性,所以需要我们进行解耦进而进行求解。对于方程的简化与求解大多数专家并没有给出,不过我们通常根据不同的水下机器人的形状等特点来适当减少式中的未知量及个数,一般将各方向的运动都简化为平面运动。简化得到的方程式不但有的时候能让我们更容易的得到未知量来实现仿真,而且对于水动力系数等得求解也简单的多。三自由度、五自由度及六自由度的操纵性方程是最常见的,有的为了方便甚至直接简化为一维的线性方程,再通过一些其他的算法来趋紧真实的结果。

水动力模型相对复杂,最简单就是力、力矩对速度、加速度、舵角等的一阶偏导数即线性流体水动力导数。这里就不诸一列举各项研究所用的水动力方程,水动力系数的选取与获得现在一般是通过经验公式、拖曳实验及CFD技术。其中拖曳实验应该是最准确的,但是它也受到实验环境及未知因素的影响。CFD技术已经被张赫等人验证了其具有一定的准确性[2]。

其中附加质量及附加质量所形成的力及力矩经常被放到质量矩阵里面。张赫也提过用面缘法来对惯性水动力系数进行估算。张晓频采用现有的比较成熟的商业流体力学软件FLUENT模拟潜水器的粘性绕流流场,模拟阻力试验、斜航试验和平面运动机构(PMM)试验,求解操纵性水动力系数。建立多功能潜水器六自由度运动的数学模型,编写仿真程序,预报其操纵性能[3]。

带有均衡潜伏系统的数学模型的建立,推进器的推力模型,舵的水动力系数模型及升降系数模型,海流模型、海浪模型及带缆的数学模型等。这些模型有的时候对仿真系统的仿真结果影响不大,有的时候却是起到主要影响作用,因此我们要视情况而定以达到仿真的最佳效果。梁宵构建了舵、翼、桨联合操纵的微小型水下机器人运动仿真系统,讨论PDCE运动控制系统结构及主要组成部分并通过外场试验来验证其可行性及可靠性[4]。

3.视景仿真的应用

不论我们研究什么理论到最后都要进行试验的验证,仿真就是为了使得试验更简单,更直观,风方便,甚至可以做到一些现实中无法做到的假设试验。

张赫过定常流动和非定常流动这两种情况进行不同试验形式的模拟计算,在得到模拟结果的同时,给出相应循环水槽试验结果,最后做出对比结果的分析。其中定常运动包括模拟直航试验和模拟斜航试验,非定常试验包括模拟平面运动机构进行的五种操纵性试验。最后在结论分析中对上述三种数值计算方法进行了总体的比较和分析,并由试验结果给出了用于建立潜水器空间运动方程的各个系数。为了我们的研究需要,可以发挥我们自己的想象合理的去做仿真试验,会得到意想不到的好处与突破创新。

4.结论

建立了动力学模型,研究了对象的水动力性能,得到运动方程所需的水动力、重力、浮力、推进器作用力等,并在此基础上建立了以推进器为主要操纵方式的运动仿真系统,对水下机器人的运动完成视景仿真,得到视景仿真的效果图。我们不但可以做不同的试验来获得水下机器人的操纵性能、适航性及受力变化情况,还可以此来对其进行结构上分析与设计。之后我们还可以将水下机器人的高度智能化进行视景仿真来验证与设计。还可以对某些重要的系数进行参数识别的仿真实验,还要继续加强视景仿真的真实性,来适应需求更高的仿真。 [科]

【参考文献】

[1]贾欣乐,杨延生.船舶运动数学模型.大连海事大学出版社,1999.

[2]张晓频.多功能潜水其操纵性能与运动仿真研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文,2008.

三维仿真论文范文第3篇

硬件系统包括仿真服务器、数据库服务器、教员台、变电运维中心学员台、输电运检中心学员台、配电运维中心学员台、专业检修中心学员台以及网络辅助设备等。运维一体化仿真培训系统采用对等结构,教员台和学员台可以相互替换,通过屏幕分配器可将教员机、学员机中任意一台切换至投影仪显示,方便进行教学演示、竞赛考评。同时为了能够让系统在使用上更加方便、灵活,功能上易于扩展、升级,采用了一机多模的工作方式,教员台、学员台上均可实现所有仿真培训功能,各个计算机可以互相替代,一台或几台计算机出现故障不会影响整个仿真系统的稳定运行。系统的硬件架构如图2所示。

二、主要功能及特点

运维一体化仿真培训系统根据国网冀北电力有限公司所辖电网的生产实际与设备现状,将变电运维仿真培训功能、输电运检仿真培训功能、配电运维仿真培训功能以及设备检修仿真培训功能进行一体化设计,并与数字化电网生产管理系统、三维GIS系统有机结合,实现电网生产运行、维护、管理的全过程、全范围、全场景的仿真培训,满足“大检修”体系下国网冀北电力有限公司运维检修人员的技能与技术培训需求。主要功能、适用范围及对象如表1所示。

1.变电运维仿真培训功能在“大检修”体系下,变电运维人员不仅承担了原变电运行业务,还要负责变电设备的带电测试、维护检修等工作。因此,该子系统除了能够实现传统变电站仿真系统所具有的一二次设备建模仿真、倒闸操作、运行巡检、事故及异常处理等功能外,还增加了设备的C、D类检修、常规试验、安全工器具使用等仿真培训功能。新增仿真培训功能很好地适应了变电运维人员工作模式的转变,使培训更加具有针对性。变电运行及变电运维三维仿真场景如图3所示。

2.输电运检仿真培训功能该子系统对典型500kV、220kV、110kV输电线路、输电电缆等进行仿真建模,对铁塔、导线、金具、绝缘子等各种输电设备、线路场景、地理环境以及检测工具设备等进行全范围详细仿真,形成了交互式虚拟场景系统,可以形象地反映出输电设备的正常、异常及事故状态。输电线路运行人员、检修人员、带电作业人员以及输电电缆作业人员可以在相应的仿真工作场景中进行标准化作业训练,提高受训人员操作技能。输电运检三维仿真场景如图4所示。

3.配电运维仿真培训功能该子系统以10kV及以下城市配电网、配电线路、配电站、配电电缆为对象进行1∶1建模仿真。其中配电站仿真包括各类典型配电站仿真(如开关站、环网站、箱式变电站等)以及各种可操作的一二次设备的仿真(如变电所内断路器、闸刀、变压器、继电保护装置等)。配电线路仿真包括典型架空线路、电缆线路的仿真以及杆上变压器、闸刀、跌落保险、避雷器等一次设备的仿真。利用配电运维仿真功能可以对受训人员进行配电线路运行巡视、配电检修、配电带电作业、配电电缆作业等全过程动态仿真培训。配电运维三维仿真场景如图5所示。

4.专业检修仿真培训功能该子系统以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV电压等级的变电站典型设备、辅助设备以及仪器仪表等设备为仿真对象,对其整体结构和内部结构进行详细仿真。以专业检修(A/B级)和高压试验岗位技能为基础,以实际生产中标准化工作流程为依据,对各项检修以及高压试验工作进行全场景、全过程和全范围仿真模拟。可以实现专业检修和高压试验基础理论与基本方法、工作原理、工作流程及工艺标准等内容的仿真培训。专业检修三维仿真场景如图6所示。

5.系统主要特点运维一体化仿真培训系统在设计与功能实现上主要具有以下三个特点:(1)系统设计理念先进。运维一体化仿真系统的设计与实现着眼于“大检修”体系建设,改变了传统变电站仿真系统功能相对单一的设计,增加了变电运维、输电运检、配电运维、专业检修的仿真设计,使系统在培训功能及适用性上具有领先水平。系统大量运用3D可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术等先进计算机技术,把文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种素材进行集成,加之对作业流程的全方位、全过程、全场景的仿真,使系统具有更加丰富的表现力。良好的交互性、可操作性以及沉浸式、体验式的培训方式可以进一步强化受训人员对知识与技能的理解和掌握,提升培训效果。(2)培训功能针对性强。相较于其他传统的仿真系统,运维一体化仿真系统在培训功能的设置上更加具有针对性和适用性。根据“大检修”体系下运维检修人员的工作特点和岗位技能要求而设计的变电运维、输电运检、配电运维、专业检修四类仿真培训功能,使系统更加适应电力生产发展的新形势,更好地满足运维检修人员技术与技能培训的需要。同时系统采用单元制培训内容管理模式,可以根据学员自身的专业和岗位情况,提供定制的培训方案,进行有针对性的培训,提高培训效率。(3)培训模式新颖灵活。传统的培训模式忽视了成年人学习的固有规律,没有把理论与实际生产生动形象的结合起来,从而导致最后的培训效果不能令人满意。运维一体化仿真系统采用过关、对抗、自助餐式培训模式,学员可以自行选择培训内容,并以完成任务的方式,进入三维再现的实际生产场景中,进行相应的操作,然后系统根据各个知识点对学员操作内容进行考核。这种培训模式可以加深学员对理论及正确操作的理解认识,从而达到最佳的培训效果。

三、仿真系统的培训应用

1.运维检修人员培训运维检修队伍的技术水平和业务素质是保证电网安全运行、保证“大检修”体系建设顺利实施的关键。运维一体化仿真培训系统的主要任务是开展对一线运维检修人员及相关管理人员的安全生产、标准化作业以及事故分析处理等培训,使其提高安全生产意识,熟悉设备情况及业务流程,掌握正常工况、异常工况和事故状态下的操作与处理方法。贴近生产实际的培训内容以及有针对性的培训功能设置有助于全面提高运维检修人员的技术业务素质。

2.竞赛比武与技能鉴定运维一体化仿真系统具有一整套智能考核评价体系以及覆盖全面、内容丰富的理论和操作题库,可以对学员进行理论知识、技能操作和事故处理等方面的考核,并且全面科学地记录学员答题和操作的内容、过程、步骤等,准确、及时、科学、公正地给出评判结果。完善的考核管理与评估管理体系使该系统完全满足对运维检修人员进行考核的要求,适用于开展运维检修人员技能竞赛比武及职业技能鉴定等工作。

3.其他人员的培训随着“大运行”体系建设以及无人值班变电站比例的不断提高,监控人员在变电站值班的机会将越来越少。变电站值班经验不足导致部分监控人员对站内设备具体情况不甚了解。因此,在变电站内一二次设备的特性及运行特点、继电保护原理、故障及异常信号产生和上传原理等内容上,监控人员是存在培训需求的。运维一体化仿真系统能够实现变电站一二设备的精细仿真,形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程,恰好满足监控人员对该部分专业知识提升的需要,可以作为监控人员业务培训的有效补充,提高其技术水平与工作能力。同时系统还可用于新上岗人员的岗前培训,使其提高安全生产意识,在较短的时间内熟悉并掌握日常工作的内容、流程及基本技能。

四、仿真系统的教学应用

运维一体化仿真系统是开展培训的有效载体和良好平台,同时先进的系统设计及完善丰富的培训功能也对培训师的业务能力提出了更高的要求。打造一支结构合理、经验丰富,既有深厚理论功底,又对仿真技术有所研究的培训师队伍,是运维一体化仿真系统培训功能能否得到充分发挥,培训效果能否实现最大化的关键。国网冀北电力有限公司管理培训中心调动内部师资力量进行仿真技术的学习、研究,并成立创新工作室,打造一支由老中青相结合,跨部门、跨专业的高绩效团队,全程参与运维一体化仿真系统的开发、建设、使用及维护。在创新工作室的平台上,通过激励机制引导培训师在仿真技术研究、仿真课程开发、仿真课件制作、仿真教材编写等方面下功夫,拓展了仿真系统的思路,丰富了仿真培训内容,高效能地发挥了仿真系统的作用,提升了培训效果,促进了师资队伍建设。

五、结论

三维仿真论文范文第4篇

【关键词】计算机;三维仿真技术;水利工程;应用

中图分类号: TV文献标识码:A

前言

文章对计算机三维仿真技术的特点和在水利工程中应用的意义进行了简要介绍,对计算机三维仿真模拟技术的实现过程进行了阐述,通过分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对计算机仿真技术在水利水电工程中的应用研究进行了探讨。

二、计算机三维仿真技术的特点

三维仿真技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术,以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面,使之在感知行为的逼真环境中,获得一种身临其境的感受。例如《韶关市城市规划三维辅助决策系统》,利用地理信息系统、三维空间建模、遥感等现代信息技术,以数字地形数据、遥感影像数据、数字高程模型数据以及三维城市要素模型等数据为基础,在三维虚拟空间内实现局部的规划和建筑设计方案与区域景观的实时、多方案综合分析与决策。计算机三维仿真技术的特点如下:

1.可快速对多种施工方案进行比较:如对于某个混凝土坝工程的浇筑施工模拟,通过计算机仿真技术可在短时间内就能仿真模拟出若干个可行性施工方案,施工技术人员在分析模拟结果的基础上,再分析判断出对工程浇筑施工有较大影响的因素,获得浇筑施工过程中的关键时期阶段信息,据此便可提前做好充分的预防准备措施。

2.成本相对较低,与进行真实的模型试验不同,计算机仿真模拟技术是对原型结构进行虚拟模拟,不需要制作真实的原型结构模型,只需要相应的软件购买费用,而且购买一个软件后可相对的长期进行多方案的模拟计算,软件的重复使用率较高,使得应用成本低。

3.模拟结果的可靠性较高,计算机的高准确性决定了在软件系统模型设置正确,以及软件程序编制正确的前提下,工程相应的施工模拟仿真分析就会满足在进行模型的模拟仿真分析前预先考虑到的各种约束条件。

4.实用性强,计算机仿真技术可应用的领域极为广泛,只要能用数学方式进行表达和描述的问题模型,基本上都能够用计算机进行相应的仿真模拟计算。

三、计算机三维仿真在水利工程中应用的意义

1.提供可视化功能支持

三维仿真技术可以依靠相关的软件进行辅助操作,对水利工程规划方案和规划过程进行详细的系统设计,能够提供可视化的支持,能适当的对规划的对象进行高度、方向、颜色等方案筛选和比较,使得规划的决策更为科学、合理、直观。同时,相比传统的设计辅助图,三维仿真技术拥有更强的决策和设计功能,可以降低规划决策的失误率,规避设计所带来的风险。如,2006年9月,人民大会堂公映的大型传奇史诗影片《圆明园》,通过先进三维仿真技术,将“圆明园”真实的再现在世界人们的眼中。

2.多样化的数据服务

利用三维仿真技术进行三维模拟和三维仿真系统的设计,可以利用三维仿真系统查询相对对象的信息资料,为规划设计者提供水利工程的信息资料。在水利工程规划三维辅助决策系统中,在功能方面提供了三维基础功能、规划信息查询、规划方案评审、规划辅助分析、规划辅助设计、三维管网管理等六大功能,并利用现有水利工程综合管理信息系统和基础数据共享平台进行对接。

3.提高规划项目的管理效率

通过制作项目模型或者提供静态的三维效果图来展示项目的整体规划过程,这具有很大的局限性,无法完成规划对象的修改和管理。水利工程三维仿真技术可以设计一个可操作的三维仿真系统,为开发机构或城市规划单位提供高精度的数据服务和视觉质量。在需要修改或增减项目工程的过程中,可以直接导入或更新相关的数据信息,可以及时作出方案调整和实施,提高规划项目的整体管理质量和效率。

四、计算机三维仿真模拟技术的实现过程

计算机仿真模拟技术是以数学理论为基础逐渐发展起来的一门技术,对于客观现实的事物和问题,计算机并不能直接对其进行分析和处理,而是需要建立一个能反映待研究事物或问题的本质特征,同时还要求能被计算机所分析处理的”模型”。计算机仿真模拟技术的实现流程主要如下:研究对象特征分析,建立数学模型,计算机分析处理,获得仿真结果。在实际应用过程中通常表现为以下步骤。

1.建立模型:根据具体的研究目的和研究对象的特征,在进行计算机仿真模拟计算前,应先根据实际问题的特征确定一个适当的分析系统,并结合实际工程参数确定系统的约束条件和边界条件。再利用相关的数学、力学及其他相应学科的有关理论,把抽象出来的分析系统用一个数学模型表达式描述出来,即建立了相应研究问题的“数学建模”,模型建立的准确程度决定着仿真模拟计算结果与工程实际情况相符合的程度。

2.输入模型:模型的输入过程即是对上一步骤建立的“数学建模”结合软件的功能特点转化为计算机能够识别和处理的形式,这种形式所体现的模型内容,即是相应的“计算机仿真模拟模型”。建立和输入模型是进行计算机进行仿真模拟计算的关键环节。

3.仿真计算分析:将上面输入计算机的仿真模型载入相应的计算机计算模块中,按照预先设置的各种施工方案,来进行相应的仿真模拟计算,这便是所谓的“计算机模型的仿真计算”过程。

4.仿真模拟计算结果分析:仿真模拟计算的目的是为了反映一个问题的发展状况,仿真模拟计算的结果包含着系统对输入模型运行处理的信息,对这些信息的分析和评估是进行计算机仿真模拟研究的最终目标,因此我们应充分结合工程的实际情况,结合经验来分析和处理仿真计算的结果,使防止模拟能够指导真实的实际工程施工。

五、计算机三维仿真技术在水利水电工程中的应用研究

1.复杂地下洞室群施工动态可视化仿真与优化方法研究

地下厂房系统施工开挖量大,施工强度高,施工条件复杂,是一个极其复杂的过程。由于工序的作业时间的随机性,容易产生随机排队现象而影响其他作业;由于地下洞室系统纵横交错,布置密集,高差大,施工通道少,使得各工序配合与相互干扰错综复杂;在安排各个洞室施工先后顺序及隧洞施工顺序时,需要考虑对工程的总工期、围岩稳定、通风散烟条件、施工强度以及交通运输等问题的影响。各个洞室施工在时间、空间上的逻辑关系复杂,传统横道图难以直观地揭示其复杂的时空关系。因而仅靠设计人员采用传统的方法分析计算,难以确定合理的施工机械设备配套方案、制定合理的施工进度计划和施工组织设计方案,难以全面、快速、准确地掌握施工全过程。

2.水利水电工程施工导截流三维动态可视化仿真方法研究

水利水电工程施工导流设计和管理过程,往往需要涉及大量的数据及图形信息,如坝区的水文、地形、地质资料以及枢纽设计、施工场地布置和施工导流方案设计等各种数据及图纸。高效、简便地对这些信息进行管理,是提高设计效率及施工管理水平的关键之一。同时,施工导流方案设计是施工组织设计的重要环节,其设计过程复杂,对不同的导流方案很难进行直观的比较,所以实现施工导流形象直观的表达具有重大的现实意义。

结束语

计算机三维仿真技术已经实现了可视化,这对水利工程中的相关施工和维修检测中相关问题的解决具有实际意义,随着计算机三维仿真技术的进一步发展,它在水利工程中奖发挥更好的效果,让我们拭目以待。

参考文献

三维仿真论文范文第5篇

关键词: 《电子线路》 实例教学法 Proteus仿真软件 应用

1.引言

《电子线路》是高等院校中很多工科专业的专业基础课。该课程内容的特点是基本概念抽象、知识点分散、分析方法多样,以及器件类型复杂,并且随着新理论和新技术的不断涌现,使得该课程的内容多、难度大。因此,学生普遍感到难学[1]―[2]。课堂是理论教学中最重要的场所,传统的课堂教学十分注重思维的逻辑性,逻辑思维的优劣在很大程度上成了衡量师生教与学水平高低的重要标准之一。然而创造性思维必须是复合性思维,实例教学法以优秀的发明为发散源,让学生在理解实例的基础上,进行相关知识和思维的扩散。在思维训练的过程中学生很容易直接学习实例的思维特征,充分发挥其直觉、灵感、想象等非逻辑性思维的作用。这样的结果不仅对传统教育在思维培养过程中的缺陷进行了针对性补充,而且提高了学生的兴趣,发挥了学生的积极性和能动性,逐步使学生培养成逻辑思维与非逻辑思维并重的复合型思维。本文利用功能强大的电子设计自动化软件――Proteus对《电子线路》课程进行仿真教学,通过教学实例增强学生的感性认识,使学生消除对理论知识的抽象感,提高学生的学习兴趣。

2.Proteus仿真软件简介

Proteus软件是世界上著名的EDA工具(仿真软件),来自英国的Labcenter公司[3],由John Jameson在英国1988年创立。它是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。Proteus独一无二的仿真功能,在众多高校中广泛应用于科研、教学、设计和研发。Proteus提供了:(1)万种以上的元器件及多达30多个元件库;(2)多种现实存在的虚拟仪器仪表,如电压表、电流表、示波器、频谱分析仪、虚拟终端,等等,这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标,例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗,可尽可能减少仪器对测量结果的影响;(3)丰富的测试信号源用于电路的测试,这些测试信号包括模拟信号和数字信号;(4)先进的混合仿真系统(SPICE电路仿真器+数字仿真器+MCU仿真器),这是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核、基于快速事件驱动的数字仿真器及MCU仿真器的混合仿真系统,SPICE的使用使得能够采用数目众多的制造商提供的SPICE模型,目前该软件包含了6000多个模型。

3.基于Proteus仿真的实例教学

以《电子线路》课程中负反馈放大电路学习为例,来说明实例教学方法的应用过程。

首先,根据教学内容演示电路构建的过程明确电路所需要的元器件及如何使用这些元器件组成功能电路,利用Proteus软件搭建实例电路。选取晶体三极管两级放大电路,引入电压串联负反馈,在反馈之路上加上开关SW1,用于在基本放大器和负反馈放大器之间进行切换,如图1所示。

图1

其次,对进行电路仿真,利用Proteus的仪表功能,让学生直观地看到仿真结果。电路中开关SW1断开时不存在反馈,当SW1闭合时电路存在负反馈。在图1电路上的输出端放置探针C3(一),分别利用模拟信号分析图表、频率分析图表,以及失真分析图表观察没有反馈即基本放大器和负反馈放大器两种情况下的输出信号波形、频率特性,以及失真情况,结果分别如图2、3、4所示。从图1中可以直观看出引入负反馈后的输出正弦波幅值明显小于基本放大器的幅值,但图3显示负反馈放大器的通频带却被展宽了,并且图4中的非线性失真情况也明显好于基本放大器。因此,从仿真结果得出以下结论:(1)负反馈降低了电路的增益;(2)负反馈扩展了通频带;(3)负反馈降低了非线性失真。

(a)基本放大器?摇?摇?摇(b)负反馈放大器

图4 失真分析

最后,讲解电路工作原理,分析仿真结果。将放大器输出信号的一部分或全部,通过反馈网络回送到电路的输入端,并对输入信号进行调整,所形成的闭合回路称为反馈放大器;若反馈回来的信号使得放大器的净输入信号减小的反馈则为负反馈。为基本放大器的上限频率。

由此可见,单极点系统引入负反馈后,反馈越深,上限角频率越大,增益越小,但其增益带宽积维持不变,通频带的扩展是以降低增益为代价的。

(3)负反馈改善非线性失真,例如一基本放大器,输入正弦波信号时,输出产生非线性失真,引入负反馈后,输出失真将减小,原理框图如图5所示。但负反馈只能减小反馈环内的失真,若输入信号本身产生失真,反馈电路无能为力。

图5 减小非线性失真原理框图

利用Proteus仿真软件经过上述实例教学过程,学生总体能知道该负反馈放大电路由哪些部分组成、如何连接,以及负反馈对放大器的性能的影响,然后再进行原理上的讲解,从理论上分析仿真的结果。与传统的利用推导原理的教学方式,实例教学方法更加直观和形象,大大地提高了学生的学习积极性。

4.结语

我们通过采用基于Proteus电路仿真的实例教学方法可以强化《电子线路》课程中的基本概念、基本原理,进一步理解基本电路并掌握基本分析方法,有助于培养学生独立思考、钻研知识的能力,有助于提高学生灵活运用知识进行分析、综合、解决实际问题的能力。

参考文献:

[1]甘光明.《低频电子线路》课程教学方法探讨[J].长江大学学报(自然版),2004,1(4):155-156.

[2]沈田.电子线路课程教学探讨[J].湖北经济学院学报(人文社会科学版),2008,5(11):201-202.

[3]丁大为,朱军,许先,黄林生.Proteus在电子线路教学和实验中的应用[J].考试周刊,2011,(39):148-149.

[4]谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路(线性部分)[M].高等教育出版社,2000.