仿真教学仪器分析论文范文第1篇
关键词：仿真系统;轨道交通;培训;教学;功能设计
引言
近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，城市化进程的不断加快，轨道交通因其无污染、低噪音、高速度等等优点，被越来越多的城市采用，已经成为现代化城市建设的标志之一。城市轨道交通是指利用轨道作为车辆导向的运输方式。并以客运为主，以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称，一般包括有轨电车、地铁，轻轨交通、单轨交通和市郊铁路5种子系统。然而由于轨道交通行业的特殊性，操作人员既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作试验，也不允许人为地设置学员观察处理，这就使得操作员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到炼。传统采用的方法是通过书本讲授，在图纸或模拟板上练习操作和进行习，以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力，虽都起了一定的作缺乏真实感，培训效果不佳，一旦事故来临，因运行人员见得不多，往往乱，不知所措，常常处理不当，造成事故扩大。为了解决上诉传统培训过程中所出现的问题，我们设计了改仿真培训系统，伴随着计算机技术、系统工程与科学的迅速发展，仿真技术已经渗透到各行各业，并发挥着重要作用。因此，仿真培训是一种现代化的、高效率的培训手段，是提高操作工技能的一种有效途径。
采用先进的计算机系统模拟轨道交通的供电系统的运行模式，正常状态下的的倒闸作业以及事故状态下的处理手段，该系统建立的目的是为了培训从事轨道交通的员技术操作技能和在设备维护人员的故障判断能力，通过仿真培训，使工作人员短期内掌握日常正常操作和常见异常状态下的出来操作流程，掌握设备的操作流程和异常设备的处理方法。
1轨道交通仿真系统的硬件结构
仿真培训系统主要包括教师机、学员机、模型服务器三个部分，结构如图1所示。殊需要，教员和学员，不应该是“一对一”的关系，而是应该能同时满足几位甚至几十位学员同时独立地接受仿真培训，故采用“一对多”的方式，教员通过教员机给各个学员下达指令，学员在独立的学员机上完成操作。教员站与学员站通过互联网连接。
仿真培训系统采用了C/S结构，运算服务器是实现各种逻辑运算的核心设备，在系统仿真运行过程中，它将实时实现自动进路办理、进路搜索、进路解锁、列车自动驾驶、自动防护、车流管理等的运算功能。运算服务器采用高性能的工作站或计算机充当，教师机和学员机使用普通PC机。
2轨道交通仿真培训系统的软件结构及功能
本仿真培训系统的软件有应用服务器、教员机和学员机上的软件部分组成，这些软件之间相互协调工作，最终实现仿真培训的目的。客户端与服务器端的数据交互采用OPC通信技术。模型服务器端配置有工艺模拟软件，可动态响应教师机和学员机的操作指令，产生仿真数据。
2.1学员机结构及功能
学员机由多台PC机组成，主要进行轨道交通的理论学习，以及培训技术人员操作技能和故障判断能力，主要包含以下几个功能。
2.1.1顯示功能
(1)显示教员站发送过来的各种信息提示
(2)查看图纸功能：在屏幕的右上方设置了查看按钮，方便学员随时查看故障信息以及图纸，使学员能够通过图纸更快捷的找到故障。显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。
2.1.2报警功能
当教师选择题目并确认出题结束后，学员机弹出所对应故障的报警界面，并将运行人员需对检修人员提供的信息显示给学员，方便学员对故障的判断，学员了解题目后，选择“开始答题”。
2.1.3操作模块
负责响应学员的操作命令，通过对学员的各项操作进行采集后，传给逻辑运算服务器，实现相应的逻辑运算。
2.2教员机结构及功能
2.2.1系统管理功能
教师可以对学员机和教员机的IP地址及输出端口令进行修改，设置教员机和学员机的密码，增加题目或修改已有故障题目，以及教师机可发送信息的编辑工作。
编制多种教案，灵活设置各种事件，选择各种教案进行演示、培训考核和研究。
2.2.2教师出题功能
各种障碍或异常情况的设置，故障设置：可利用鼠标在教练机界面的示意图上选定单个或多个系统部件发生故障或异常通过该模块处理使所选部件的状态信息发生相应变化传送至图形显示模块同时生成故障操作参考即故障的相应处理流程传送至评分模块。
2.2.3显示功能
显示主控系统的示意简图及电力设备机电设备，备报警设备示意图等，根据操作处理模块传送来的数据信息在对应工作站界面的示意图上设置不同的颜色或符号更直观地表示状态的变化动态反映出系统的运行情况。
2.2.4教师演示功能
教师可以选择所要启动的学员机和要演示的题目，确定出题以后，被选中的学员可以通过学员机的屏幕或者是大屏幕投影学习教师在教师机上的整个操作过程。
2.2.5教师机监控功能
当教师出题结束后，教员机自动转到监视界面，可以通过窗口统一监视或单窗口分别监视学员的操作情况，并可以对学员发出警告和其他提示信息，若学员出现严重错误，教师可以直接结束学员答题。
干预学员的操作过程，培训过程中，教员可以方便的设置、修改、插入、保存和删除各种事件、下达调度命令。
3系统特色
3.1学习模式
3.1.1教学模式
教学模式，主要包括轨道交通领域的信号、通信、电力、环境与设备系统、防灾自动报警系统、自动售票、屏蔽门、乘客资讯等系统的自动化技术的讲解，可以通过教员制作课件，通过讲课模式或是实际演示来实现这些轨道交通知识的讲解。还可以通过监控软件，使得一个指导教师能够同时指导多个学生的操作，各个学员可以同时独立通过各自学员台访问教师台，观看教员的实验演示，教员也可以随意切方便的通过监控软件查看学员的仿真实验操作窗口。
3.1.2自学模式
在学员机加上教师教员系统，便于学生把课堂上教员设计的教案重演，达到自我学习目的，且每个学员之间互不干预。
3.2培训模式
培训内容以关联的方式存放，这样使学员在学习某个部分的内容时，可以调用其他部分的内容，例如：在培训轨道交通的供电设备维护界面时，可以通过点击设备名获得该设备的电路图等相关内容，这种关联方式与人脑的思维关联性相似，所以更适合培训的需要。
在该系统的培训中，为了使仿真过程更加趋于现实环境，
我们还设计了两种培训模式：分工培训和协作培训，分工培训，就是学员独自完成教员分配分任务，以下是对协作培训的具体介绍。
协作培训。轨道交通中，许多工作需要多人协同完成，故培养和提高工作人员的协作能力是及其必要的，在该仿真培训系统中，引入轨道交通系统的协作特点，实现协作式培训，提高了仿真系统的真实性。
协作培训包括协作学习和协作操作，协作学习是通过小组或团队的形式组织学习，学员A解决问题时，学员B担任教员，其他学员观测他们解决问题的方法及过程，注意他们解决问题的技巧以及在该过程中的不足。协作操作是模拟现实中值班人员协同完成操作任务的一种演习。图3是以地铁中倒闸为例，实现学员的协作操作。
为实现协作机制，采用OPC技术实现学员间操作信息的传输，使客户端与服务器端通过OPC实现网络间的连接和数据通信，
4结语
综上所述，本文利用了计算机仿真技术，设计了一个轨道仿真培训系统，阐述了仿真培训系统的体系结构、软件结构和主要功能，轨道交通仿真系统为轨道交通的工作人员提供了一套生动的培训教材，强化了操作人员和维护人员对新设备新技术的学习能力，提高了工作人员的技术水平，提高了轨道交通的运行的安全性。通过仿真培训，可以缩短工人的技术培训时间，提高在岗职工技术素质和处理事故的应变能力。
再者，这种方法使培训效果与实际需要相吻合，又避免了对现实作业的干扰，对于一些特殊的领域还有助于节省费用，减少危险。如宇航员、深海潜水员、各种运输工具的驾驶员等，仿真培训正在越来越多的工作中广泛运用。
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仿真教学仪器分析论文范文第2篇
摘要：仿真实习是热能与动力工程专业实践环节的重要组成部分，在应用型人才的培养上发挥了积极的作用。要加强仿真实习课程建设和教学改革，合理安排教学内容，仿真实践与专业知识相结合，激发学生参与实习的兴趣，充分调动学生的积极性。仿真实习不仅能够培养具备扎实专业基础和良好操作能力的热动人才，在一定程度上也有利于教师综合素质的提升。
关键词：仿真實习;热能与动力工程;实践环节
企业竞争激烈、学生就业形势严峻的大环境，使得高校的人才培养也面临着巨大的挑战。热能与动力工程专业作为我国传统的工程专业，其跨学科、综合性强、重实践的工程教育背景决定了实践环节的重要性。经过本科四年的学习，热动专业的学生除了要求具备完善的专业知识和技能外，也要对电厂设备和系统的启停操作、实际运行调整以及事故处理分析的方法、步骤等有较为深入的了解。如何提高学生的创新能力和动手能力，培养学生分析和解决生产实际问题的能力，实现专业知识与实践技能的全面发展，既是现代社会对应用型人才提出的要求，也是高校实践环节改革的方向。
一、传统生产实习的困境
火电厂设备众多，系统复杂，仅仅通过课堂讲授理论知识是远远不够的，热能与动力工程专业的学生在校期间还必须经过一系列实践环节的训练，如认识实习、生产实习等，实习的主要目的就是让学生将课堂学到的理论知识与生产实际结合起来。我校早期的生产实习都在校外电厂进行，但近年来受到企业条件、实习经费等多种因素的影响，生产实习实践环节的安排与实施出现问题较多，极大的影响了教学效果，主要体现在以下几个方面：
1.联系单位困难
热动专业的实习基地一般为电力企业及相关行业，这是由热动的专业性质所决定的。但现在的电力企业普遍不愿意接收学生进厂实习，原因有二：一是安全问题。电力企业必须把生产安全放在第一位，而大学扩招使热动专业的学生人数也随之增加，大批学生进厂实习会影响到企业正常的生产运行，给企业管理带来不便。尤其是有些学生纪律性不强，可能会带来安全隐患，一旦发生生产事故，厂方责任重大，实习学生的表现也直接影响到下一届学生的实习安排。二是经费问题。随着经济意识的增强，实习厂方不再像以前那样无偿接收学生实习，实习费用年年看涨，而学校分配给实习的经费却多年不变，老师联系实习单位得在有限的经费范围内，无疑限制了实习的安排和内容。
2.实习效果不佳
生产实习的学生进厂后一般先接受厂内工程师的安全教育，然后分成小队，在师傅和实习老师的带领下参观厂内设备，结合电厂生产实际情况，了解电力生产流程，并安排早、中、晚三班的跟班实习，体验电厂生活。由于现场条件的限制以及出于安全问题的考虑，学生只能观看运行人员的操作，自己动手机会极少，无法亲身体验，走马观花式的实习结束后学生只有一些笼统的印象，对电厂设备和系统运行仍不甚了解。
生产实习任务一般由新引进的年轻教师承担，这些教师多为博士，理论知识扎实，但从学校过渡到学校的经历使得他们的工程经验普遍不足，对电厂的实际运行了解不够深入。在带领学生进行生产实习的过程中，往往只能起到带队和管理作用，不能就电厂的设备、系统和运行做准确而详细的指导，在一定程度上也影响了实习效果。
传统的现场实习存在以上种种问题，其局限性日益突出，而仿真实习则恰好弥补了传统实习环节的不足，可让学生动手操作，亲身体验，同时有效节约了实习经费。
二、仿真实习的必要性
仿真实习以火电机组仿真系统为实训平台，为热能与动力工程专业的学生提供一个能够模拟现场环境和机组运行的实践场所，有效地解决了传统现场实习“只能看不能练”的难题。仿真系统通过建立火力发电厂热力系统和控制系统数学模型，能够真实的模拟火力发电厂全过程，展现机组在各种工况下的动静态特征和变化趋势，进行各种条件下的冷热态启动、正常停机、运行操作、常规试验、事故处理以及运行过程的参数监视等，所有操作均与电厂实际情况相同。
通过仿真实习，学生可全面了解仿真机组的热力系统、热工控制，了解机组中的锅炉、汽机、发电机设备的结构、功能、特点及整体布置，掌握机组启动、运行的基本操作，对于简单的故障能够进行及时正确的分析和处理，培养责任感和应急能力，极大的增强了学生的实践能力。
仿真系统所建立的严格、精确的数学模型，包含了热动所有的专业知识，通过仿真实习，学生不仅可以提高运行操作能力，还能巩固专业基础知识，传热学、工程热力学、泵与风机、锅炉原理、汽轮机原理、热工过程自动控制等，将专业知识与实践知识有效的结合起来。
三、仿真实习的内容和特点
随着仿真技术的进步和发展，火电机组仿真系统的操作界面、报警画面、操作方法均与实际电厂的集控室一致，对于仿真机无法实现的就地操作，则通过计算机模拟的方法实现。仿真系统操作主要是锅炉侧和汽机侧，锅炉侧界面包括锅炉主菜单、锅炉就地主菜单和BMS（燃烧器管理系统），汽机侧分为汽机就地主菜单和汽机主菜单，汽机就地主菜单中主要是控制一些就地阀门，循环水泵和手动门。操作系统主要有：主蒸汽系统，凝结、闭式水系统，给水除氧系统，密封油系统，高加、低加系统，水、氢冷系统，汽封、真空系统，开式、循环水系统，润滑油系统，给水泵系统，本体疏水系统，EH油系统，汽轮机进水检测系统，辅汽热控系统，小机热力系统，汽轮机危急跳闸系统。
生产实习过程中学生分成两组，一组由老师带领去校外电厂实习，一组留在校内机房进行仿真实习，两组一周后交换。仿真实习内容主要包括：熟悉仿真机组锅炉部分、汽轮机部分的操作界面，进行启动前的检查和准备工作;锅炉侧上水、炉底推动、吹扫、点火、磨煤、升温升压并网带负荷;汽机侧冷态滑参数联合启动、并网、带负荷;运行过程中主要参数的监控;根据参数变化调整工况;出现故障时的分析和处理，滑参数停机等。
四、仿真实习实施建议
由仿真实习和现场实习共同构成的热动专业生产实践平台，在理论与实践相结合的一体化教学中发挥了重要作用。如何充分发挥仿真技术的优势，培养优秀的热动人才，是热动专业生产实践教学改革中非常有意义的研究课题。
1.合理安排课程内容和考核方式
热动专业的学生已学过锅炉原理、汽轮机原理、热工控制等课程，因此在仿真实习中应避免这部分知识的重复，将实习重点放在机组启停方式、运行中的调整和维护、辅助系统的运行、常见故障的分析和处理方式等方面。仿真系统的某些界面，如风烟系统、给水除氧系统等，能够全面反映系统构成、工作原理，是需要详细讲解的部分，要使学生将所学的设备联系起来，形成对电力生产流程的整体认知。仿真实习的目的在于，加强学生的工程素质，提高学生的实践能力，使学生在掌握理论知识的基础上，进一步提升职业素质，增强就业竞争力。
考核主要从理论学习、实际操作、平时表现三方面入手，有理论考试、答辩等考核方式，最终成绩要将考试成绩、答辩成绩、平时成绩进行加权平均，所得结果能够比较科学的衡量学生个人表现。
2.仿真实践和专业知识相结合
仿真实习要求学生按照操作规程进行操作，但并不意味着仿真实习只是练习实际电厂值班员的操作步骤。如果教师把仿真实习等同于认识实习，过于注重机上操作步骤而忽视了步骤后面的专业知识，那么学生在老师的指导下也只会机械的走固定的程序，“知其然而不知其所以然”，背离了仿真实习的初衷。
在仿真实习的教学过程中，教师要把操作方法、步骤和理论知识结合起来，加强学生对专业知识的吸收。比如在讲解锅炉侧操作时，结合锅炉原理中所学过的锅炉的结构、特点，可采用提问式教学对学生进行启发，观察过热器和再热器的布置方式、掌握汽温调节方法，要给汽包上水形成通路，需要开启的设备和阀门以及需满足的条件，风烟系统中引风机和送风机的开启顺序是怎样的，点火前对炉膛进行吹扫的原因等。又比如进行汽机侧操作的同时，穿插讲解水蒸气的热力特性、汽机的变工况运行等。只有将仿真实习操作与专业理论知识结合起来，才能达到良好的教学效果，这也对指导实习的教师提出了更高的要求，在很大程度上也促进了教师综合素质的提升。
3.激发学生的兴趣，培养学生的责任感
兴趣是最好的老师，仿真实习教学也是如此。激发学生的兴趣，培养学生的专业认同感，不仅可以大大改善教学效果，也为学生毕业后走上工作岗位奠定了良好的基础。实习中可让每个小组的学生推选出“值长”，负责分配任务和协调运行。几个小组同时开始操作，小组之间暗暗竞争，看谁先并网发电，看谁出现的问题或者事故少。这样，学生的积极性都被调动起来，以准电厂操作人员的心态投入仿真实习中。
仿真实习不仅要培养学生的操作技能和应急能力，还要培养学生的协同合作精神。实习中的不注意会导致参数异常、操作失败等，可以分析原因，找出对策，而实际运行中操作的随意性所带来的往往是非常严重的后果，可能危及设备甚至伤害他人。在教学中穿插介绍电厂中由于人为因素造成的严重事故，给学生们敲响警钟，一定要把安全运行放在第一位，要时时刻刻想到自己的责任，为自己也为他人的生命负责。
五、结语
仿真实习作为热动专业实践环节的重要组成部分，在应用型人才的培养上发挥了积极的作用，取得了很好的教学效果。高校应充分认识到仿真实习在热动专业生产实践中的重要性，强化课程建设，推进实践环节改革。通过理论教学与实践培训相结合，促进学生参与实习的积极性，加强学生的工程实践能力，提升学生的就业竞争力，为能源行业输送理论基础扎实、操作能力突出的优秀人才。
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（责任编辑：刘翠枝）
仿真教学仪器分析论文范文第3篇
摘 要：通过单相桥式全控整流电路的具体实例，将Matlab/Simulink仿真技术应用于职业院校电力电子技术的实验教学。给出了单相桥式全控整流电路的仿真模型和电感负载下不同控制角的仿真波形，将控制角的变化对波形的影响清晰的呈现出来，参数的调整与设置非常方便。将仿真实践教学与课堂教学结合，直观、有效，使复杂的电力变化电路分析过程变得相对容易，激发了学生的学习兴趣，提升了课堂效率。
关键词：电力电子技术;虚拟仿真;Matlab /Simulink;整流电路
一、引言
电力电子技术是高等职业院校电气自动化专业的一门专业基础课，横跨电力技术、电子技术和控制技术三个领域，理论性、实践性都比较强。课程内容主要包括电力电子器件、电力变换电路和控制技术等内容。主要研究的是如何利用电力变换电路对电能进行转换、控制和优化，包括电压、电流、频率等参数的控制和变换。教学内容中，电能变换和控制是教学的重点，也是难点。由于理论较多，电路负载多样，控制角度不同，波形变化比较大，分析起来也相对困难。高职的学生在理解电路工作原理和分析波形时比较费力，容易混淆，学习的兴趣随着波形的变化慢慢消失殆尽。
实验是训练学生技能、提升理论水平不可或缺的手段。实物电路的搭接，是课堂教学的重要手段，也是电气工程、自动化等专业的学生所应具备的必不可少的能力。学院使用的教学平台是天煌教仪的DJDK-1型电力电子技术实验装置，平台采用的是挂件结构。在教学过程中有以下问题：1.实验装置采购于十年前，随着时间的推移，平台设备逐渐老化，实验过程中由于操作不当或者外部干扰，实验结果经常不尽如人意。比如在整流或逆变电路中，控制角度不一样，波形也不一样，经常出现实验结果和理论分析不符的情况。2.实验内容与职业教育不符，内容多以验证性的为主，学生通过外接挂件，要完成的工作是简单的接线、观测和计算。内容不具有综合性、创新性和设计性，再加上教学手段单一，教学方法落后，学生学习的主观能动性没有被激发出来，实验预期效果相对较差。3. 用电安全问题。大多数的电力电子实验是强电实验，或者弱电控制强电，实验过程中，经常会有学生由于操作不当，损坏实验器件和电气设备的情况，有安全隐患。基于以上原因，近年来，由于计算机和虚拟仿真技术的发展和进步，虚拟仿真系统成为学院电力电子教学的重要平台。
二、Matlab软件在电力电子技术仿真教学中的应用
由于电力电子器件所固有的非线性等特点，我们在对电力电子电路进行分析的过程中，常常遇到许多困难。Matlab、Pspise、Saber、Multisim等仿真软件为电力电子电路的分析提供了有效、方便的手段，简化了电力电子电路的设计和分析过程。这些软件提供了完善的元器件模型，并将各功能子程序模块化，学生只需简单的操作就可以建立和设计电路模型，易于操作。在教学过程中，常利用Matlab/Simulink中的电力系统仿真工具箱SimPower Systems对电力电子教学进行仿真实验，其具有建模简单，能动态显示仿真波形，結果易于观测等特点。利用Simulink工具箱可完成电力电子技术教学中的绝大部分的仿真实验，包括：单相相控整流电路、三相相控整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流调压电路等典型电路，学生还可根据课程需要设计简单的电路并进行建模仿真。将仿真软件引入实验教学中，充分发挥学生的想象力，让学生自己去设计和开发电路，并对电路进行建模、仿真、观测，极大地促进了学生主观能动性、创新思维和动手能力的提高。
三、典型应用电路的仿真
电力变换电路的电路结构相对复杂，在分析电路时其负载一般有电阻性负载、电阻-电感性负载和电阻-电感性负载接续流二极管三种形式。负载不同，流过负载的电压和电流也不同。在电阻性负载的分析中，由于电阻是线性元器件，流过电阻的电压和电流相位相同，分析相对简单;电阻-电感性负载中，由于电感器件的非线性，流过负载的电压和电流相位不同，通常情况下电压超前电流，并且控制角不同，输出电压、电流波形变化非常大，学生在分析时容易混淆。应用Matlab仿真软件，学生可自己动手设计应用电路，在同一虚拟示波器中观察不同负载，不同控制角下的输入输出波形，参数设置简单、仿真结果直观、方便对比。
下面以典型的单相桥式全控整流电路为例，介绍Matlab仿真软件在电力电子教学中的应用，重点介绍电阻-电感性负载时的仿真建模。
（一）单相桥式全控整流电路的电路结构及工作原理
单相桥式全控整流电路具有输出电压脉动小、功率因数高、整流变压器没有直流磁化等优点，在单相整流电路中应用广泛。
图1是单相桥式全控整流电路在不同负载下的原理图。图中四个晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4构成整流桥，u2是变压器二次侧电压，iVT1和iVT2分别为流过晶闸管VT1和VT2的电流，ud为负载电压，id为负载电流。图1中，电路的负载从左至右分别为，电阻-电感性负载、电阻性负载、电阻-电感性负载加续流二极管。
在单相桥式全控整流电路中，闸管VT1、VT2为共阴极接法，晶闸管VT3、VT4为共阳极接法。控制时要求桥臂上的晶闸管同时成对导通，其中VT1、VT4是一对，VT2、VT3是一对，VT1、VT4和VT2、VT3构成两个整流路径。在给触发脉冲时，要保证两组门极触发信号的相位保持180°的相位差。调节控制角，可以使电路输出不同的波形，输出电压电流的平均值、有效值、功率因数等参数也会跟着变化。
（二）单相桥式全控整流电路的仿真
1.仿真模型的建立
根据图1所示，用MATLAB建立的仿真模型如下：
如图2所示，其中VT1、VT2、VT3、VT4为四个晶闸管模型，ug1、ug2、ug3、ug4为四路脉冲信号模型，用来产生控制信号;电源电压为正弦交流电，幅值220V，频率50Hz;iVT1、iVT2、uVT1、uVT2分别是加在晶闸管VT1、VT2电压和流过的电流;id、ud用来观测负载的电流和电压;Scope为示波器，用来观测各路电压、电流和脉冲信号。
2.模块参数的设置
（1）模块参数的设置：交流电压源的峰值设置为：“220*sqrt（2）V”，频率设置为“50Hz”，电阻和电感的设置分别为：“1Ω”和“0.01H”。脉冲信号的峰值电压设置为“3V”，周期设置为“0.02s”，脉冲宽度设置为“10%”。相位延迟用于设置触发角，计算公式为t=T*（α/360）。在设置触发角时，VT1、VT4是一对，二者必须相同，VT2、VT3是一对，二者必须相同，且这两对触发角必须相差180°。以触发角是30°时为例，VT1、VT4触发脉冲的相位延迟设置为0.02*（30°/360°），VT2、VT3触发脉冲的相位延迟设置为0.02*（30°/360°）+0.01。其它模块参设为默认设置即可。示波器的端口数根据需要进行设置。（2）仿真参数的设置：将开始时间设置为“0”，终止时间设置为“0.1”，算法设置为“ode23tb”。
3.仿真波形
为了方便对比，分别给出了触发角为30°和60°时的仿真波形。
图3和图4每个图的输入输出信号都是9路，信号由上至下分别为：输入正弦波u2;加在晶闸管VT1、VT2上的触发脉冲信号ug1、ug2;流过晶闸管VT1、VT2的电压uVT1、uVT2和电流 iVT1、iVT2;以及加在电阻-电感性负载的电压ud和流过其的电流id。9路信号基本涵盖了电路中所有元素的电压或电流波形，在同一虚拟示波器中显示，非常清晰明了，也方便观察对比，利于学生分析理解，学生对理论知识的理解更透测了，大大提升了学生的学习兴趣。
四、使用效果
经过几个学期的对比，将Matlab /Simulink仿真技术应用在电力电子技术课程的教学中，呈现出了比较好的教学结果，主要有：
第一，现实中，实验用的显示器一般为双踪示波器，最多可同时观测两路信号，并且由于操作不当或者设备老化，经常出现实际波形和理论不符的现象，达不到虚拟仿真呈现的效果。将Matlab应用于职业院校的电力电子技术实验教学，通过一个虚拟示波器可同时观测多路需要观察的信号波形，方便对比，加深了学生对理论知识的理解。
第二，在控制角一定的情况下，通过电路的仿真，可将电路中电源、晶闸管、负载中的电压和电流波形很清晰的在同一示波器中显示出来，方便观察、对比，结果清晰、明了。
第三，在仿真过程中，电路参数可“任意设置”，可以任意设置控制角的大小，任意设置负载和其他参数，非常方便。设置完参数后可立即觀测波形。在之前的实践教学中，电路连接完成，设置负载参数后，需要计算、推导才能得出正确的波形，现在职业院校的学生对计算推导很不感兴趣，教学效果差，仿真教学增强了学生的自信心。
第四，之前的实验内容以验证性为主，挂件已经是定好了的，实验内容基本不能更改，或者可以改动的内容很少，内容不具有综合性、创新性和设计性。将Matlab/Simulink仿真技术引入电力电子教学，学生可以根据兴趣，自己设计电路并进行仿真，结果也易于观测，增强了学生学习的兴趣。
五、结语
本文以单相桥式全控整流电路为例，将Matlab/Simulink仿真技术应用于电力电子技术的实验教学。给出了单相桥式全控整流电路的仿真模型和电阻-电感性负载在不同控制角下的仿真波形，将控制角的变化对波形的影响在虚拟示波器中很清晰的呈现出来，参数的调整非常方便。将仿真实践教学与课堂教学结合，这种方法直观、有效、快捷，使复杂的电力变化电路分析过程变得相对容易，可使学生比较容易掌握电路的工作原理并进行简单的应用电路设计。在高职院校的电力电子技术实践教学中引入虚拟仿真技术，增强了教学的直观性、可视性、便捷性和灵活性，使学生的学习兴趣得到而激发和提高，提升了课堂效率，教学效果相对之前，比较令人满意。
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[6]陈丽茹.电力电子技术课程教学探究[J].中国电力教育，2011（2）：68-69.
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仿真教学仪器分析论文范文第4篇
（西安石油大学，陕西 西安 710065）
摘要：將计算机仿真技术运用于大学物理实验教学是提高教学质量促进物理实验改革的重要举措。仿真实验完善了物理实验的教学过程、丰富了教学模式，是新形势下科技进步的产物。结合西安石油大学仿真实验的教学实践，总结分析了现阶段仿真实验的教学特点和教学现状以及运行过程中出现的问题。通过阐述仿真实验的积极意义和不足之处，说明其在实验教学中的辅助地位，并给出完善仿真实验的建议。
关键词：仿真试验；大学物理实验；教学实践
一、引言
物理学对于人们科学素质的培养有着重要的地位，其中物理实验教学做为一门基础实验课程肩负提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新能力的工作，成为大学教育阶段人才培养必不可少的一部分[1]。传统物理实验教学由于受教学资源、教学时间等各种因素的限制，满足不了现阶段不断提高的教学要求。伴随着仿真技术的迅速发展，计算机仿真实验系统在物理实验教学中得到了广泛的应用。仿真实验系统是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其他相关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具创建的非实物形态的实验体系。在仿真实验中没有以实物形态存在的实验仪器，实验者通过对虚拟的软件进行操作得到类似于真实实验的实验结果，以这种方法去认知真实的世界[2]，虚拟实验环境下进行的计算机仿真实验，让物理实验教学走出实验室，在最大可能节约实验室硬件资源的同時，克服了实验教学长期受到场地、课时等等条件的制约 [3，4]，为大学物理实验开辟了开放性、设计性甚至研究性实验教学的新途径[5，6]。为了适应物理实验教学的发展，提高学生综合实验技能以及培养广大学生对物理实验课程的兴趣，西安石油大学于2013-2014学年第二学期开始将仿真实验纳入全校理工科物理实验课程教学大纲，形成了在传统物理实验的基础上结合开设仿真实验的综合教学模式，教学实践完善了物理实验教学方法和教学内容，提高了物理实验课程教学质量，仿真实验教学实践收到了良好的教学效果，在实践过程中出现的各种问题也值得我们思考和探索.
二、仿真实验的特点
仿真实验解决了实验室师资与学生规模失调的问题，仿真实验不受实验课时的限制，只要仿真实验服务器在运行，任何配有计算机设备和网络的地方学生都可以进行操作，延长了实验时间，具有可操作性强、重复性好的特点[7]。随着计算机软硬件及校园网的发展，大学物理仿真实验在开发技术和功能各方面都在不断提升，仿真实验软件利用组件的理念开发出物理仿真仪器库，使仿真实验实现了可自主设计实验方案，自主选择实验仪器，不仅满足了基础实验教学的开展，同时为设计性实验、研究型实验的开展提供了条件。仿真试验采用学生为主体、教师为主导的教学方法。学生根据不同测量结果的要求，可自拟实验方案，根据实验方案灵活选择实验仪器，激发学生实验兴趣的同时引导学生创新思维，创新能力的形成。仿真实验软件提供实验数据接口，能够得到实时实验状态，给出实验结果评判，实验灵活度高、针对性强，界面友好、实验指导信息丰富，实验提示栏在学生操作实验时，实时提示相关仪器的名称、功能、操作方法等信息，实验帮助文档融合了实验简介、实验原理、实验仪器、实验内容，实验指导。学生可在提供的实验提示信息及实验帮助文档的指导下顺利完成实验内容。
三、仿真实验教学现状
1.仿真实验教学内容。西安石油大学物理实验课程中要求学生在一学期的时间内除了完成实验室的八个必做实验项目外还需要在网上选作两项与本学期实验室实验内容不相同的仿真实验项目。仿真实验采用大学物理实验中心仿真实验室和远程服务器终端对学生开放的方法完成。依照逐步提升的层次化、模块化的教学体系，遵循基础性实验、综合性实验、设计性实验的发展顺序，依次对学生开放的仿真实验项目共计31项，界面主要包括：力学实验的5个项目、热学实验的3个项目、光学实验的6个项目、电学实验的10个项目、电磁学实验的3个项目、近代物理实验的4个项目。
2.仿真实验教学过程中出现的问题。首先是服务器稳定性的问题，西安石油大学物理仿真实验开设在大学一年级的第二学期，此阶段学生课程任务繁重，社团活动多，很多同学总是把两项仿真实验拖到最后的时间集中进行完成，造成仿真系统服务器经常瘫痪的现象，实验室就此现象升级服务器，并要求学生合理利用时间尽早完成仿真实验，不要出现学期末扎堆的现象，同时建议学生按照院系进行分时段登录操作，完善仿真实验系统的稳定性。
其次是软件的安全问题，部分学生反映在使用软件时出现登陆不了仿真系统大厅的现象，老师们和厂家沟通发现是人为更改了登陆密码，由于仿真系统使用的是同一个登陆用户名和密码，所以更改后出现原有密码失效的现象，后面经过对密码进行复位操作以及在数据库中新增一百个用户，暂时解决了登录失败的问题。为了维护软件的自身安全防止黑客的攻击，需要软件开发人员对软件进行不断修补和升级，维护正常的教学秩序，提高软件的安全性。
3.虚拟仿真实验教学平台建设。为进一步完善实验教学过程，提高实验教学水平，物理实验中心在原有的大学物理仿真实验基础上增添了物理实验预习评判系统和物理实验考试系统两项教学软件。物理实验预习评判系统是在大学物理仿真实验基础上，进一步加强虚拟实验的模型设计，建设在线实验预习环境。学生在课前通过预习系统操作仿真实验，了解实验原理、内容及实验仪器的操作方法，建立起对实验的直观认识和完成实验的思路。自动评判的预习成绩帮助学生及时了解学习效果，也有助于教师掌握学生预习情况，针对性的调整教学重点。
四、仿真实验教学展望
仿真实验以自身强大的功能特点在实验教学中得到了良好的教学效果，被越来越多的学科领域广泛应用，成为实验教学环节中必不可少的一部分。仿真实验带给实验教学最大的便利就是节约了实验仪器，灵活了实验时间、实验空间，给广大师生教学带来了实实在在的方便。但是仿真实验主要是对实验所需要的仪器和操作方法的模拟，不能充分体现真实的实验环境下的实验结果，大学物理实验课注重培养学生的动手能力，学习规范操作各种实验仪器以及应对实验过程中的实际突发问题。
在现阶段的仿真实验的建设实践中，应该注重将科研成果与教学相结合，将科学发展的成果融入到基础教学中来，我校物理实验中心实验教材中已经引入光纤光栅传感技术的部分研究成果，下一步在仿真实验项目中增加相应的研究型实验对于丰富和扩展学生的知识面，提高综合实验技能，加强学生的科学素质和创新意识的培养尤为重要。
参考文献：
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[2]陈守川，杜金潮，沈剑峰.新编大学物理实验教程[M].第二版 杭州：浙江大学出版，2008：321.
[3]王晓蒲，霍煎青，杨旭.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验，2001，21（1）：28-29.
仿真教学仪器分析论文范文第5篇
摘要：随着我国制造产业结构的优化升级，机械工程专业应用型人才的需求量增大。本文针对目前数控技术课程实践教学环节存在的教学内容较少、教学手段陈旧等问题，提出了一种基于项目驱动的“闭环式”实践教学改革思路，该思路以项目为主线、学生为主体，锻炼了学生发现问题与解决问题的能力，并通过实时反馈来反映学生的学习效果。通过教学改革的实施，学生的综合能力得到了提升，改革取得了一定的效果。
关键词：项目式教学;数控技术;实践教学;教学改革
0 引言
自2010年起，我国就已经成為全球制造业第一大国，但其竞争优势聚集在低端领域，在高端制造业领域方面竞争力明显不足。面对世界范围内新一轮的产业革命，我国先后出台了“中国制造2025”、“互联网+”等一系列重大国家战略，并明确以开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统为重要战略任务，以此来提高自身的制造实力，从而能够在全球化的竞争中拔得头筹。目前，我国绝大多数工科院校均开设了机械工程专业，数控技术作为培养机械工程技术人才的一门专业课程，可使学生获得丰富的机械、控制、检测、编程、数控加工工艺等方面的基础知识和综合技能;但不少高校的数控技术课程教学当中，实践环节相对薄弱，存在教学内容较少、学时较短、教学手段陈旧等问题，使得学生的动手实践应用能力得不到很好的锻炼。本文分析了数控技术课程实践教学环节中所存在的不足，提出了一种基于项目驱动的“闭环式”实践教学改革思路，该思路以项目为主线、教师为主导、学生为主体，使学生能够系统性的学习数控技术相关操作技能，并通过实时反馈来反映学生的学习效果，达到提升学生动手实践等综合能力的目的。
1 数控技术实践教学中存在的问题
数控技术实践教学的目的是通过该实践环节的学习，使学生掌握编制数控加工程序的方法，具备根据加工图纸要求编制数控加工程序并进行数控机床实操加工的能力，但实践教学的情况却不尽如人意。首先，实践教学环节多为验证性实验，往往是为了让学生能够更加直观的去感受和了解课堂当中的知识点，并不能很好的起到锻炼学生综合应用能力的作用。其次，验证性的实验缺乏一个统一的主线将其穿起来，学生学完以后不知道如何学以致用。最后，数控技术实践教学环节的实验设备主要为数控机床，因其购置费以及使用维护费较高，民办高校难以拿出大量资金来购置实验设备，若按照传统的现场实践教学方法，则会因设备台套数的不够导致无法满足每一个同学实践操作的需求，从而影响实践教学的效果。
2 数控技术实践教学改革思路
针对数控技术实践教学中出现的问题，本文拟从以下角度来进行实践教学改革，以期提升实践教学效果。
2.1 引入计算机仿真软件
目前数控加工编程软件很多，主要包括Unigraphics UX、MasterCAM、Powermill、Cimatron等。为了满足制造人才从设计到制造的培养连贯性的要求，我们需要引入一种集三维造型与自动编程于一体的软件。Unigraphics UX是目前使用度最广泛的编程软件之一，交互式CAD/CAM系统可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构，广泛应用于加工中心编程操作中，可以实现学生从三维设计造型到数控自动编程最后至模拟加工仿真的全过程培训。针对现场实操时设备台套数不够的问题，可以通过采用虚拟现实的数控加工仿真系统来解决。宇龙数控加工仿真系统利用虚拟现实技术，将实际的机床搬到了电脑中，学生通过仿真系统在电脑界面上完成原本需要在实际机床上才能进行的操作，降低了教学成本，并提高学生的学习效果。
2.2 引入项目式教学方法
数控技术实践教学是一个连续性的系统工程，包括了从零件图纸分析→确定加工方案→工艺处理→编制程序清单→程序校验→数控机床加工整个生产流程的教学。项目式教学突出的是以项目为主线、教师为主导、学生为主体，强调的是让学生从系统性的角度来自主地分析问题、解决问题。教学步骤一般分为以下几步：
①项目内容的确定和分配：遵循“实用性、可行性和综合性”的原则。实用性原则指的是项目的选择必须贴近实际生产实践，让学生切实体会到所学的知识确实能够学以致用;可行性原则指的是项目难度适中，能够让学生在经过一定努力的情况下完成;综合性原则指的是项目应包含与数控技术有关的所有知识点，通过一个项目能使得学生对所有的知识点进行一次梳理实践。
②项目计划的制定和实施：学生接到任务后，首先自由分组，然后按照教师的要求指定工作计划，将任务分解成图纸设计、数控程序编制、软件仿真加工、数控机床实操加工等阶段，规定各阶段的时间安排，具体任务分工等，形成详细的项目实施计划，并上交教师。在上交项目计划并得到教师认可后，学生即可根据计划安排开展项目。教师要注意自身的引导作用，比如在项目初期，利用案例教学法，对学生UG软件或宇龙数控仿真软件者进行必要知识和技能的培训，或者向学生推荐相关的参考资料等。
③项目结果的考核和评价：项目结果的考核和评价分为过程考核和总结考核两个部分。过程考核指的是学生在图纸设计阶段需要讲解零件的设计思路以及图纸的表达方案;数控程序编制阶段需要对零件的数控加工工艺进行阐述;软件仿真加工阶段需要进行程序的输入和现场演示等。教师在每次过程考核结束，需对学生小组的成果进行总结考核并打分。在项目结束后，学生还必须以小组为单位，上交项目完成总结报告，指导教师根据总结报告打总结分，最后将过程考核分和总结考核分综合，得到学生的综合分数。
2.3 引入闭环思想构建实践教学体系
在项目式教学实施过程中，为确保学生的学习效果，引入了闭环思想，构建了全新的实践教学体系如图1所示。从项目下达开始，经过了工艺分析、数控编程、模拟加工、实际加工等一系列的环节，下一个环节能否继续进行完全取决与上一环节结果的正确与否，比如没有合理的工艺分析就不能进行合理的编程，继而不能实现合理的模拟加工，最终会影响最终零件的实际加工，这样就形成了项目流程的闭环。
3 结论
为满足制造业的发展所带来的对应用型人才需求的改变，现有的数控技术实践教学模式已经不能适应。本文在研究了目前数控技术实践教学不足的基础上，提出了一种基于项目教学的闭环式实践教学改革思路（如图1），通过引入项目教学法这一主线，将数控技术实践教学的各个环节串联起来，并通过闭环的形式实时反馈学生的学习效果。经过实践，学生的实践能力得到了很大的提升，表明改革效果良好。
参考文献：
[1]张佳，王宏，陶彦辉，等.应用型本科数控技术课程教学改革策略[J].西部素质教育，2019（9）：191-192.
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基金项目：三江学院教学建设与改革项目（J18069），江苏高校哲学社会科学研究基金项目（2018SJA0502）。
作者简介：徐伟（1982-），男，江苏盐城人，高级实验师，主要从事机械专业应用型本科教育研究。
仿真教学仪器分析论文范文第6篇
1 构建“理论学习虚拟演练实操训练”的教学模式
我校PLC教学在探索中构建了“理论学习虚拟演练实操训练”三步曲的教学模式。该模式是在传统教学模式上增设虚拟演练, 运用虚拟现实技术将专业理论学习内容与模拟实物、各种仪器设备、环境等虚拟对象结合起来, 将各种实验通过计算机产生逼真图象, 让学生进入虚拟环境中模拟实操演练, 进行指令、元件的功能检测、调试, 从而获得视觉、触觉、听觉、动觉等多种感知, 然后到实际设备中进行实习训练来掌握真正的知识技能, 让学生有一种真实的感觉。这种教学模式让学生尝到更多成功的喜悦, 增强学生学习的自信心, 增加学生的竞争能力。
2 仿真教学能将抽象理论形象化、直观化
实现模拟场景中的仿真运行, 可帮助学生更好地理解PLC的工作原理要让学生对P L C的工作过程有全面的认识和了解, 除具备一定的编程能力, 掌握基本的编程技巧外, 还要让学生按照实际的控制要求进行仿真运行和调试, 从而找到程序中的不足和漏洞, 进行反复修改, 达到优化程序、熟悉编程的目的。而仿真教学软件就是这样一个能提供各种控制要求、仿真运行各种控制程序的教学平台。它操作简单, 利用虚拟设计, 模拟出各种真实场景。例如:交通信号灯控制、正反转控制、机械手、电梯控制等等。学生可以按照控制要求进行编程, 绘出梯形图, 并对PLC进行仿真运行操作, 在仿真运行中可以观察运行结果是否符合设计要求。同时, 在运行中还可以确认各个元件与程序的状态, 适时监控各个元件的工作过程。通过运行监控, 学生更好地理解和掌握PLC各个元件的作用, 巩固课堂上所学的理论知识。使得教学过程形象化、直观化。
3 仿真教学能节省资金, 降低实验风险, 弥补实验设备不足等问题
随着计算机应用的普及和发展, 各学校都建立起多个计算机实验室和多媒体教室, 只要给实验室的计算机上安装仿真软件, 就相当建立起了一个仪器设备种类齐全、电子元器件丰富的虚拟实验室, 要进行某个电路仿真, 只需要运行该软件, 根据实际控制电路, 转化为梯形图, 简单从计算机屏幕的元件库中调出所需的元件, 并联接成梯形图, 控制接通输入、输出电路, 即可开始仿真, 就可以和实物实验一样对电路进行测试分析。使用计算机仿真模拟, 具有经济、可靠、实用、安全、灵活、效率、可多次重复使用和成本低、风险小的优点, 使学生摆脱了实验室的局限性, 避免了实际电路调试的烦琐过程, 不用反复拆装元件、损坏元件;整个过程快捷方便, 省时省力, 把它应用到PLC课堂教学, 既避免了实验仪器的损坏与实验材料的消耗, 降低教学成本, 又能让学生完成各种与实际实验相似的实验实习, 学到相关的专业知识和专业技能, 为学校节省了实验实习和设备维修费用。同时, 许多实验设备, 在学校资金不足无力购买的情况下, 应用仿真软件让学生完成各项相应的实验实践活动, 采用虚拟仿真的手段, 以“虚”补“实”, 快捷方便, 省时省力, 弥补实验设备不足带来的问题。
4 实现理论教学与实验实践有机结合, 提高课堂教学质量和教学效果
传统的PLC教学, 要实现理论与实践有机结合同步进行, 往往需要的仪器设备较多, 实验成本高, 实验存在安全风险, 调试不方便, 实验效果不明显, 再加上学校实验设备不足等因素的影响, 很难做到理论教学与实验实践有机结合。应用仿真实验, 课堂教学只需把学生带到计算机房, 教师在进行理论讲授的同时, 应用电脑进行仿真实验演示给学生观察, 然后让学生在电脑上进行实验验证, 把理论教学与实验实践有机结合起来。课堂教学由原来以教师讲授为主的教学模式, 转变成老师讲授、演示与学生实验实践相结合的师生互动教学模式, 使原来抽象难学的理论知识, 变成趣味、形象直观、简单易学的科普知识, 学生从被动接受转变成为主动学习, 发挥学生学习的主观能动性, 培养并有效提高学生思维能力、综合分析能力及创新能力, 充分体现了以学生为主体的开放实验模式的特征从而有效激发学生的学习兴趣, 提高课堂教学质量和教学效果。
总之, 把虚拟仿真实验引入PLC教学, 既方便老师教, 又方便学生学, 使理论教学与实践实验有机结合起来, 有效激发学生的学习兴趣, 提高课堂教学质量和教学效果, 在实验教学中应用具有传统模式所不具备的优势, 但其缺乏一种实物实验的真实感, 并不能替代传统的实验手段。我们在教学中要将实物实验与仿真实验相结合, 发挥各自的优点, 就可以帮助学生更快更好地掌握知识, 进一步培养和提高学生的综合实验和创新的能力。
摘要：本文介绍了仿真软件的特点, 讨论了仿真软件在PLC实验教学中的应用。认为应用PLC仿真软件能充分发挥学生的主观能动性, 培养并有效提高学生思维能力、综合分析能力及创新能力, 节约设计及实验时间, 弥补学校实验仪器及元件缺乏带来的不足, 节约实验室的建设费用以及维护费, 对PLC教学的意义重大。
