数控仿真系统十篇

数控仿真系统篇1

关键词：数控教学；数控仿真软件；教学效果

进入21世纪，我国制造业在世界上所占的比重越来远大，随着我国逐渐成为“世界制造业中心”进程的加快，制造业的主力军――技能人才严重缺乏已成为制约我国制造业快速发展的瓶颈。数控机床在现代机械制造业中广泛应用，社会急需大批熟练掌握现代数控机床编程、操作、维修的一线工数控技术工人。职业技术学校作为生产一线操作和技术人才的培养基地，如何更快更好地培养出满足市场需要，掌握数控机床编程、操作与维修等技能的高质量的技术人才，早已是数控教学工作者研究的课题。

现在职业院校数控专业普遍采用数控仿真软件辅助数控教学。现浅谈如何利用数控仿真软件作为辅助教学工具，与数控教学有机地结合起来，提高数控教学水平，培养高素质的应用型技术人才。

一、采用数控仿真软件作用

1.节约设备投入，实习耗材的使用

现在数控设备价格比较高。数控车床最少7、8万，数控铣床一般也在20万左右。加工中心一般要50万左右，多则达百万甚至上千万。数控机床的实训如果完全按照实操进行，不但投入大，而且消耗多、成本高，即使是实力雄厚的院校或企业也难以承受此种消耗和投入。

数控仿真软件包含多种数控系统，使用其作为教学辅助工具，可以使数控教学达到投入少，教学内容多样性，培养的学生适应能力强的目的。它能避免学生初期实习时不熟悉数控系统及面板操作带来的设备、人身安全等问题；又能克服学生因为刚刚接触数控机床产生的畏难心理，增强学生操作熟练度和信心，能对机床的功能有深入了解，达到熟悉数控机床的目的，学生还可以通过仿真对所编程序进行验证。可以克服人多而设备少的矛盾，保证了学生实习时间，同时同样数量机床可以满足更多学生实习，降低了实习消耗，节约了成本。

2.提高学生编程、操作能力

数控仿真软件具有多种数控系统、多种机床，它可以逼真的进行数控编程和操作。可以让学生在实际动手操作之前，先用仿真软件在计算机上模拟操作，这样能让学生在实际操作机床之前就已经有了一定的熟练度和自信心。在实习时，合理安排数控仿真和实操课时比例，一般为1:1。仿真练习可以进行编程和加工工艺学习，学生利用仿真软件可以进行程序编写，工件仿真加工等操作，通过完整的、接近于实际操作的模拟操作过程的教学让学生掌握数控机床加工零件的全部过程。这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，达到了融会贯通，巩固了学生的加工工艺方面的知识，强化了数控教学的效果。学生可以更快、更好地掌握编程、操作，同时培养学生独立解决实际问题的能力。

3.拓展学生所学的知识面

现在学校购买的数控机床一般是FANUC系统，但有的企业使用西门子系统、广州数控等系统。为了使学生在毕业后有更多的就业选择，在进行仿真教学时可以不仅仅练习FANUC系统编程、加工，还应拓展数控系统的学习。利用仿真软件学习其他企业常用的数控系统的编程和操作，使学生了解并掌握不同系统、不同数控机床编程与操作方法。提高学生对不同系统、不同操作面板的编程与操作的适应能力，拓展学生知识面。

4.提高理论教学效果

数控理论教学尤其是数控编程与操作的学习，最好使用仿真数控软件辅助教学。在教室里枯燥的学习数控编程，学生不容易理解指令的使用，而且无法检验编写的程序正确与否。在课堂上讲解按键作用和操作，只能靠学生的想象，枯燥无味，教学的效果甚微。如果将数控仿真软件引入理论教学，可以在课堂上将学生的程序编写逼真的演示出来，可以及时发现程序中存在的问题，对指令的理解更加容易。可以使学生在教室中看到和实际加工基本相同的加工过程，学生更容易理解数控加工操作。这不但有利于激发学生学习兴趣，提高数控理论教学效果，更有助于学生编程能力的提高，也为以后的实际操作奠定了坚实的基础。

二、使用中存在问题及解决措施

数控仿真软件的使用不仅仅包括优点，还存在不足之处需要改进。

1.学生不注意仿真和实操之间的不同

数控仿真软件只是对工件的编程、加工过程的模拟，并非真实的加工过程，仿真系统只有在选择过大切削深度时才会提示报警。在使用仿真软件练习时，不用考虑切削用量的影响，程序就能加工合格的工件，学生不能感觉到实际加工时的切削用量的选择、零件装夹对加工的影响。长此下去，学生在生产加工中就不会考虑到切削用量、刀具、材料等因素对加工的影响，只会按照仿真系统编程。这样的程序一旦用于实际操作，很容易发生崩刀、撞车等安全问题或影响零件的加工质量。对此教师要高度重视，合理的安排仿真和实操的课时，使学生始终保持安全生产的意识，养成良好的工作习惯。

2.有可能影响学生的学习

一方面，长时间使用数控仿真软件教学，会使学生认为数控编程、加工比较简单，放松对自己的要求，不认真听讲，懒于上数控机床操作，致使技术退步。另一方面，有些学生自控能力较差，长时间使用仿真软件教学，学生趁机利用电脑上网、玩游戏或看小说，放弃学习。这就要求教师加强责任心，提高管理水平，改进教学方法，减少数控仿真软件在教学中的负效应。

总之，把数控仿真软件用于数控教学之中，将激发学生的学习积极性，将有利于改进数控教学条件，提高数控教学效果，但要正确处理其在使用中产生的问题，以便收到事半功倍的效果。

【参考文献】

数控仿真系统篇2

1数控加工中心的概念与相关原则

1.1数控加工中心的概念

其实数控加工中心就是从数控铣床慢慢发展变化而来的。随着科技的进步和设计思想的不断更新，越来越多新技术新概念被运用和实现推广，使得一切都在革新和完善，数控加工中心就是其中之一。但数控中心是从数控铣床发展变化而来的自然就会有许多区别和更为完善的功能，可以说与之最大区别点在于数控加工中心是可以具有自动交换加工刀具的能力，这也是它更加完善提高效率的方面。通过在刀库上安装额不同用途的刀具，使用自动换刀装置最终得以实现更多更全面的加工功能。

1.2数控加工中心的相关原则

每一项技术每一个设备都是有其相应的原则的，这样才能有一个规范性，在实施和运用的过程中才能更好的达到预期的标准，让目的得以达成，数控加工中心也是一样，也需要遵守以下几点原则：首先是需要合理的保障工件在加工后的精度和表面粗糙度能够更高的达到标准。毕竟数控加工中心只有更好的达成目标需求才能有助于被市场所接受和推广。还有就是尽可能的减短加工路线，减少空行程时间，简化计算的工作量，以此来达到提高加工效率的最终效果，而数字化自动化的目的就是实现以上的需求。最后及时对于某些重复使用的程序，可以运用子程序来使整体设计变得更为工整更具有条理性，减少程序意外发生。

2仿真系统的结构以及开发要点

2.1仿真系统的结构

而对于整个仿真系统的总体结构主要由包括公共操作界面、用户控制而板、钻床界面、车削界面、铣削界面和程序编辑界几个主要的部分组合而成，通过实现以上几个部分，就能主要达到相应的功能完成。当然除此之外，还有程序检查解释、仿真计算机以及仿真计算机显示等模块的编写实现将能更好的完善仿真系统的功能实现，达到预期效果和作用。一般来讲，数控加工中心仿真系统的用户界面通常都是采用C++语言编写的动态窗口以方便使用者的的数据操作。在用户主界面上还包括了仿真、操作以及预留这三个动态的窗口来达到为使用者提供一些相应帮助的作用。

2.2仿真系统的开发要点

仿真系统在开发中也需要注重相应的开发要点：首先是关于基本流程。在启动仿真系统，载入相应的数控加工中心模型，在系统中能够对机床机构有一个合理的认知，并实现虚拟系统中的相关演示与操作，最终达到仿真的预期功效。系统开发必须最终保证这些基本流程能够完整实现。然后是系统开发方面，主要分为拆装运动仿真模块和任意零部件剖切功能的实现。合理的以这两个方面为关键点为主导就是整个仿真系统的主体功能实现，解决这两个模块功能的技术难题并使之相应功能实现就是整个系统开发的要点。

3关于数控加工中心仿真系统的开发

3.1仿真系统的总体设计方案

对于仿真系统的开发，在当前能使用的平台很多，选择合适的且自身使用操作最为熟悉的才能更好的帮助完成设计开发。随后，在系统功能的设计方面，主要可分为结构观察、运动编辑以及运动操作等主要功能模块进行设计规划，目的就是为了达到在仿真系统中有一个实际操作的功效体现。而在仿真系统的整体架构设计方面，主要就是基本确定一个系统的大致框架，在开发时就需要按照框架来进行实施，使得最终的仿真系统能够达到预期的效果和作用。数控加工模型是整个仿真系统的核心也是操作实施的基础，模型的实用性将更有利于仿真系统达到相应的预期效果。数据层起到组织和管理作用，串联起各个功能模块，应用层的核心观念是“分而治之”，建立起相互独立的子模块，更有利于后期的维护更新。

3.2虚拟数控系统中的相应技术

在程序编译模块可以使用由NC编辑器、NC检查器以及NC翻译器组成。这其中，编辑器的主要作用就是对于数控文件进行读写。检查器其实就是对使用者所使用的代码和语法进行一个系统的检查，毕竟涉及编写的代码量还是非常多的，良好有效的检查就能更快的发现代码中的错，并将其反馈出来。编译器则是将验证通过的代码进行进一步的扫描确认，最终发现没有错误后才能够进行生成系统认知代码的操作。还有就是将仿真系统和网络技术的相互结合。在通信网络模块完全可以使用TCP协议来建立起服务器，通过一个动态加载WinSock技术进行实现数控机组与仿真系统的连接，从而良好的解决了数据共享的问题。

4结束语

数控仿真系统篇3

关键词：数控加工仿真系统; 虚拟; 数控教学

1 数控加工仿真系统在教学中的优点

1.1 提高实习效率，降低成本

在数控实习中，让每个学生操作一个数控机床基本上是不可能实现的。引入数控加工仿真系统，就可以让学生单独在计算机上模拟操作一个数控机床，从而大大的降低了实习成本，提高了实习效率。

1.2 降低事故发生率

在实习过程中，特别是在实习初期阶段，学生由于对实习设备的生疏和好奇，误操作现象时有发生。在仿真加工中，学生每出现一次误操作，仿真的数控机床都会报警，从而纠正学生们的错误操作。在真实操作机床时就会避免这些问题，防止机床受到损坏。

1.3可以进行多系统多种机床的操作训练方法

数控加工仿真系统可以根据不同需要提供诸如数控车、数控铣和加工中心等的不同机型、不同操作系统、不同型号的仿真训练，这些都可以使学生在一台计算机上方便地学习。对于学校来说，买齐所有数控机床是不可能的，同时数控加工仿真系统还可以进行升级，以不断增补新的机床和数控操作系统

1. 4方便教师授课

实习教学中，很多授课内容需要教师进行示范，但教师的示范往往因为学生多，很难保证所有的学生能够听清，看清，教学效果不太理想。而数控加工仿真软件的互动教学功能既能让教师在每个学生的屏幕上演示教学内容，使所有学生都能清楚的观看并进行模仿，也能监控每个学生的实际操作情况，对他们进行实时指导。

2 数控加工仿真系统在数控教学中的应用

2.1使学生在课堂上变被动为主动

长期以来，学生进入某一工种实习，都是由实习指导人员讲解机床设备的构成，工作原理和操作方法，加工工艺技能以及安全操作规程。然后指导教师进行机床操作演示，这种传统的教学方法没有使学生能够真正的把理论同实践联系起来，对各个工序上的流程只是机械性的接受，无法获得真正的加工和生产经验。这样就容易使学生对金工实习的过程感到枯燥无味，缺乏新意，丧失了学生的实习热情，学生为了通过实习照猫画虎一味模仿老师，从而在整个实习过程中，一直被动地接受训练和重复性的进行模仿操作，不利于创新能力和团队协作精神的培养。因此教师在课堂教学过程中，要打破传统，真正体现以学生为主体，使学生由以往的被动学习变为主动学习。

2.2充分发挥数控加工仿真系统在课堂教学中的作用

数控加工仿真系统可在程序实际加工前，在计算机上虚拟其加工环境，加工过程，检测程序的错误，如过切，刀具与工件，刀具与工作台的干涉和碰撞。还可以对刀具轨迹的执行，工件的切削过程进行实时监控等。教师应注重其在教学中的应用方法，对于数控加工仿真系统，教师不能完全依赖而忽视自己在教学过程中的指引作用，应该把传统的教学模式与新的教学理念结合起来，这样才能有效地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。在上课中教师应利用多媒体等教学器材来给学生进行操作演示，每一步的演示都要同真机床完美结合，并在学生上机过程中耐心指导。尽量让学生在短时间内熟练掌握数控专业技能，培养学生独立解决实际操作问题的能力。

2.3提高学生的学习兴趣

在以往的数控编程与操作课程中，学生不知道自己所编的程序是否正确，这就要求教师对每个学生编的程序逐个进行检查，而一些常犯的书写错误也不易查出。对于数控操作问题，在黑板上讲各按键的作用、名称与使用，枯燥乏味学生更难以接受。引入数控加工仿真系统进行教学后，学生所编程序可以直接在数控加工仿真系统进行模拟加工演示，对程序编写和书写的错误也能直接看出来，机床操作面板的使用，零件加工成成品的过程历历在目，直观形象，便于学习与掌握。这样就使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣，学生的学习主动性与积极性大大提高

3 数控加工仿真系统在教学中的问题

首先，数控加工仿真环境是一个完美的虚拟的过程，不能代替学生学生的实际操作训练。如切削用量的选择，数控刀具的选用与安装，夹具的选择，零件的装夹等都必须在真实机床上才能完成。学生在应用数控加工仿真系统进行编程与操作训练时，往往容易忽视这些选择。其次，在利用数控加工仿真系统软件进行技能训练时容易使学生对计算机产生依赖心理，沉迷于仿真加工，而疏于上数控机床操作，而一旦养成这些习惯就很可能在实际操作中造成重大损失，对此教师应引起足够的重视。

4 结束语

数控仿真在数控教学中优点很多, 有利于改进数控教学方法,提高数控教学水平，既避免了因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生现场感和真实感。但它仅仅是对加工过程的模拟,并非真实的加工过程。因此一定要正确处理其在运用中产生的问题,以便收到事半功倍的效果。

参考文献

[1]数控加工仿真系统SIEMENS 802S系统使用手册.

The application of NC machining simulation system in the numerical control machining teaching

Yin Ye-caiLi He-zeng

( Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China)

Abstract: In order to use the NC machining simulation system in the NC machining teaching, this paper discussed the advantages of the NC machining simulation system in the teaching and the application of the NC machining simulation system used in the numerical control teaching. It could provide a new teaching mode for CNC teaching.

数控仿真系统篇4

近年来，国家大力扶持汽车工业、航空工业和船舶制造业的发展，三维曲面零件的应用越来越广泛。飞机构建、发动机涡轮等零件的加工，通常要用到多轴数控机床进行加工。特别是螺旋桨是舰船推进系统中最为关键的一种零件，其制造精度及表面质量将直接影响到推进系统的出力、效率、运行稳定性、机组寿命和制造成本，研制高性能的舰船螺旋桨对舰船的发展起着重要作用。五轴数控加工技术作为一种先进的加工方法，在复杂曲面（如螺旋桨叶面）加工中在国外已得到广泛的应用，它能大大提高加工的效率和曲面的加工质量。多轴数控技术的研究对国家整体科技力量和综合国力的提高具有重要意义。

多轴加工，特别是五轴多联动加工技术相对于三轴加工具有以下一些优点：更好的柔性、更快的材料移除速率、更高的表面加工质量、更低的手工精加工处理。由于在给定的精度下，五轴加工可以有更大的加工量和较短的总刀具路径长度，可以比三轴加工提高10%-20%的生产效率。但在提高柔性的同时，由于多了两个旋转自由度，给刀具路径生成、图形仿真增加了难度和复杂性。

数控加工是数控机床在数控代码（NC）的控制下完成零件的加工过程，它是CAD/CAM技术作用最直接和最明显的环节。对于需要特别形状的工件，或者更高的加工精度，数控加工的优越性就越容易得到发挥。在CAD/CAM过程中，特别是多轴数控，在数控机床加工中，零件程序的正确与否直接决定了加工的质量和效率，而且不正确的加工程序将导致生产事故。NC代码在加工过程中是否因为不合理而产生过切，刀具的走刀路线、进退刀方式是否合理，刀具与非加工面是否干涉等都很难预料，往往需要花费大量的财力物力进行修正。由于零件形状的多变，且在刀具轨迹生成过程中一般不考虑具体机床结构和工件装夹方式，因此，生成的零件的NC程序也并不一定能够适合实际加工情况。因此零件加工NC程序在投入实际加工之前，通常必须进行试切这一环节，来检验NC程序的正确性和零件设计与加工过程中的缺陷。

为了解决复杂零件加工的矛盾，加工出高品质的零件，传统的方法是在加工前采用试切的办法进行。但这种方法生产成本较高，且降低了生产效率。如果需要更为苛刻的条件，对试切的材料的选择会提出更高的要求，增加了成本。另一种方案则使用了数控仿真方法，它是利用计算机来模拟和验证数控加工的实际过程和结果，从而达到验证数控代码正确性的目的。由于仅仅使用计算机进行模拟，没有材料的损耗，所以可以节约成本，降低生产成本，提高生产效率。但由于计算机模拟加工目前还没有考虑切削变形等因素，所以模拟加工不能完全表现试切的真实情况，还需要再机床上进行试切。但总体成本降低，节约了时间。

目前广泛使用的多轴数控铣床属于材料的切削，还有针对特殊行业应用的多轴数控设备，例如应用于航空、船舶等的针对管料进行进行形变的多轴数控弯管机。后者通用仿真软件应用较少，需要针对其行业特点进行单独开发。从数控的系统来看，仿真系统可分为几何仿真和力学仿真系统。几何仿真系统分析刀具和工件模型的运动几何关系，仅考虑物体的变形或者材料的切除，将刀具和机床视为刚性体，用图形的方式来表达及验证数控代码的正确性。这种仿真能够应用于绝大多数场景，能够检测到大多数数控代码的缺陷，防止机床刀具的损坏，虽不能完全避免试切，但可以在很大程度上减少加工之前的时间及物力消耗，减少投产时间，降低成本。

数控仿真系统篇5

[关键词]控制系统数字仿真 网络课程 建设实践

[中图法分类号]G642.0 [文献标识码]A

《控制系统数字仿真》是一门讲授仿真的基本原理、算法，并以计算机仿真技术为基本工具，对控制系统及工程中的实际问题进行设计和仿真的课程，是自动化、电气及信息类专业课程体系中重要的专业课[1]。通过MATLAB等仿真工具对于经典或现代控制理论下控制系统的设计与实现，体现从控制理论到实践应用的实现过程，使学生充分掌握控制理论和仿真手段，着力培养学生分析控制系统和解决控制问题的能力[2]。

目前，在实际教学中，该课程通常安排为30学时左右，其中理论教学一般约为22学时，实践教学占8学时左右。从目前的情况看，仍存在以下问题[3，4]：

一、理论学习与实践环节缺乏衔接。

现有的课程内容以课堂讲授为主，更适合于纯数学理论如数值积分方法的学习，不适合于Matlab的实现，基于Matlab的控制系统分析与设计等实践性较强的内容。而实验讲授一般滞后理论学习，导致理论与实践的脱节，不利于学生深入理解所学知识。

二、实践性环节较少，缺乏综合性、针对性

原课程实验多为验证性实验，内容上缺少前后连贯性以及从建模到控制的综合性内容。还缺乏与工程实践相关的针对性实验内容。不利于学生正确认识实际工程和理论知识的综合应用能力的提高。

三、不能及时反映前沿，缺乏创新性。

目前课程中的仿真技术业已成熟，但难以体现更复杂、先进仿真功能的软件和最新仿真方法，影响学生的创新意识和创新能力的培养和训练。

由此可见，传统的授课模式使师生间缺乏有效的交流互动。因此如何激发学生学习热情，增强自主学习意识，进一步培养其自我分析、解决问题的能力，成为当前亟待解决的问题。与此同时，以Internet推动的网络课程是另一新兴趋势，其包括：按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络教学支撑环境[5]。但目前在其建设中仍存在以下问题：

在设计开发方面，首先，现有平台的交互性较差、更新较慢且缺乏协作学习。静态网页技术导致学习中缺少交互，不能在线提问，问题和观点不能及时提出，得到帮助和反馈;无法及时协商和对话。其次，缺乏便捷导航，熟悉总体架构需要大量时间，不适于自主学习。

在教学应用方面，有效资源不足，且利用率较低。网络内容仅是课堂内容的网络化，浏览模式呆板，内容安排无序，甚至导航混乱。评价和反馈机制缺失。此外，在网站的维护管理方面，存在着重开发、轻维护，后期管理不到位。不能随着课程改革、教学计划及时更新和维护。甚至易于感染病毒，严重危害信息安全。

上述问题，使得《控制系统数字仿真》课程难以充分发挥效用，故本文从教学设计的三个方面：教学目标分析、学习内容特征分析、学习任务设计三个角度对该课程进行了新的研究和探索。

1.教学目标分析

在按照重整体、轻细化来实现具体的教学目标，充分考虑学习者主体，确定了优化后的课程教学目标：

①了解仿真与数字仿真的概念，并熟练掌握数字仿真平台Matlab的基本操作方法;

②熟练掌握基本控制系统数学模型，如传递函数、零极点模型、状态方程模型等;

③了解控制系统的结构及其拓扑描述，熟悉和掌握其主要数值积分法，如欧拉法、梯形法和四阶龙格―库塔法等;

④熟悉Simulink动态仿真集成环境，并掌握控制系统的时域（含基于状态空间的）和频域计算机辅助分析方法，从而对一般的控制系统具有综合设计和仿真的能力。

2.学习者与学习内容特征分析

针对使用对象为大三学生，已先修过《自动控制原理》等课程，在教学设计中通过设计适合学生个性的情景问题、增加学生自主学习资源库，如重点难点、经典例题等、增加课程学习的总体进度和单元进度，包括学习目标、建议、进度、重点难点等，来强化知识点间的联系与区别，刺激学习兴趣，实现自主学习。并根据不同知识类型，将学习内容嵌入不同学习情境要素中，如陈述性知识可以通过学习资源的方式提供，而策略性的知识，则可通过设计自主学习活动来体现并展开。所优化后的教学内容如下：

第1章：仿真软件matlab;

第2章：数学模型及转换;

第3章：连续系统数字仿真;

第4章：动态仿真集成环境―Simulink;

第5章：控制系统的计算机辅助分析及设计。

3.学习任务设计

（1） 超链接知识单元网络

如图1所示，将学习任务以知识点形式展开、超文本方式组织，最终形成了树状知识单元超链接网状体系。

（2）确保教学资源的系统性、便捷性与安全性

在便利性上，针对反馈信息，对学生因材施教，讲授重点，收集和整理适宜学习的网络素材，如PPT课件，WORD文档，VC，c++及matlab源程序，FLASH 动画演示等。安全性方面，避免使用来历不明的软件和文档;定期查杀病毒，更新病毒库;尽量使用绿色软件;重要的资源及时备份;为不同类型用户设置不同用户操作类型和访问权限，设定访问的最大用户数量、上传/下载速率及用户线程数。

图1：控制系统仿真课程的超链接知识单元网络

（3） 添加最新资源，反映学科进展

采取的措施包括：结合现有仿真新技术，更新和完善已有内容;实时跟踪、了解前沿仿真技术：不同版本MATLAB仿真软件，新增仿真工具箱，先进控制方法的仿真结构框架等。并利用教学团队成员充分调研、探讨与改进新的教学内容;与实验教师充分沟通，在实验教材中突出与当前新技术的结合点。

四、结语

通过以上教学目标分析、学习内容特征分析、学习任务设计等手段的综合运用，必会促进该课程的进一步发展，引领教学内容和教学方法改革，提高该网络课程的建设质量和实施效果，从而加快教学信息化和网络化的进程。

[参考文献]

[1]张晓华.控制系统数字仿真与CAD[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]李克东，教育技术学研究方法[M]，北京师范大学出版社，2003.

[3]潘峰，薛定宇，陈大力，MATLAB语言课程在电气信息类专业教学中的应用[J]，电气电子教学学报，2009（31）：57-59.

[4]戴先中，自动化学科的知识结构与知识体系浅析[J].中国大学教育，2005（2）：19-21.

数控仿真系统篇6

关键词：多媒体；数控仿真系统；数控编程；数控教学

1 多媒体技术和数控仿真系统解决的问题

1.1 多媒体技术应用和解决问题

多媒体是指用计算机交互式地综合处理文本、图像、图形、动画、音频、视频等多种信息，在课堂教学中可引进投影机、幻灯机、录音机和录像机等教学媒体。在职业教育、教学过程中，运用现代的多媒体手段与传统的教育手段的结合，可以更有效地传递教学信息，达到教学目的和要求。学生在学习上更加主动体现在多媒体的交互性。信息媒体的多样性可使原本抽象、枯燥的教学内容更加生动，从而更直观的了解学习内容，增强了学生学习兴趣，在数控教学中使用多媒体，可以极大地提高教育效果和教学水平。通常使用的多媒体设备投影仪、幻灯机和录像机，电脑网络教室等教学媒体。

1.2 数控仿真系统应用

（1）数控仿真技术解决的问题。现代数字控制技术与数控机床给机械制造行业带来了巨大的变化。现在数控技术的应用非常广泛，我院已为社会输送了大批以数控机床编程操作为主的优秀人才。以往的上完《数控编程》课后续就是《数控综合技能训练》，因为本专业学生数量多，编程水平有限，往往实习时在机床上浪费大量的时间进行编程，占用了实操时间，效率低。因为初学者操作失误还会损坏刀具和设备，造成安全事故，使实训工作量增大、加工效率低，实训费用高。这些问题都成了制约教学的效果。数控编程是本专业核心课，要想达到理想的教学和实践效果，使用数控仿真作为辅助教学方法手段，能解决一次性在实训中心的学生多，工作量大、效率低，并且学生初学操作易出错的问题。

（2）数控加工仿真系统教学可实施性。为了迅速提高学生的编程理论水平和数控机床实际操作水平，仿真软件应用能实现虚拟现实技术实现数控加工操作技能培训的效果，利用它进行学习和实训，且经济实用。我院是从国内众多数控加工仿真教学系统中选用的上海宇龙公司的数控仿真正版软件。该仿真软件可以通过真正的三维加工仿真过程使同学亲身体会，并观察仿真加工后的工件，迅速掌握数控机床的操作过程，仿真过程逼真；同学可以在一个窗口观察程序执行仿真时，程序段、坐标值、出错信息及工件与刀具的相对切削过程的真实显示。为了达到的目的，我们可通过仿真软件教学使学生在联系编程是模拟实际机床编程操作加工，真实仿真模拟零件加工，即可大大减少昂贵的数控机床设备投入问题，有提高学生学习编程课的兴趣。该仿真系统具有FANUC、华中、SIEMENS等多个数控仿真系统功能，学生通过在编程理实一体化教室操作仿真软件，在较短的时间内就能学会操作FANUC、华中系统的数控铣、数控加工中心及数控车的编程与操作加工。

（3）数控加工仿真软件的优越性。使用数控加工仿真软件可以帮助更好的学习和复习《数控编程》课程、为后续课程《数控综合技能训练》提供基础。

2 多媒体技术和数控仿真系统在教学中的应用教学效果

2.1 通过项目教学，提高学生学习的兴趣和主观能动性

随着大学的扩招现阶段高职的学生学习能力大幅度下降，所以学习基础差和学习习惯不好，这样就给教师教学带来极大的困难。我院2008年评为示范院校以来，我系教师经过不断的教学改革，使用多种灵活的、先进的教学方法和手段提高学生的学习兴趣。通过多媒体技术和数控仿真系统结合的理实一体化教学，改进后的教学方法不仅激发了学生的好奇心和求知欲，而且增加了感知深度，培养起了学习兴趣，进而提高学习效率。我们职业院校培养学生要具有过硬的操作技能，才能达到岗位能力要求，找到适合的岗位工作。我们尊重教学体系建设，渗透能力训练，将理论知识和实践能力有机结合。以数控仿真软件和多媒体技术应用相结合能较为娴熟地运用行为导向教学方法，在教学过程中真正体现学生为主体突出显示学生动手动脑的能力，使学生从以往的被动学习变为主动学习。通过理实一体化教学，即可培养学生的的分析问题及解决问题的能力，也可大大提高了学习兴趣和主观能动性。

2.2 加强理实一体化教学，提高学生的自学能力

数控编程理实一体化教学过程中教师应重视应用多媒体技术和数控加工仿真系统来实施的理论和实践教学效果，为发挥教师在教学中的引导作用，在教学中实施原先的一只粉笔一块黑板的常规教学方法，改为使多媒体技术和数控仿真系统结合应用的教学手段实现互动教学。大大提高学生自学和沟通能力，发挥了多媒体和数控仿真系统在编程理实一体化教学的作用。新的教学方法使教师重点解决编程方法、简单数控加工工艺安排方面的问题，而在数控编程理实一体化教学中，可以利用仿真系统解决解决不同系统、机床程序校验及操作问题，加深理论教学中学过的机床选用、刀具选择、切削用量的选择等方面的相关知识。

2.3 运用多媒体技术和数控仿真系统，增大数控编程教学中知识的信息、容量，具有省时、省力的优势

在数控编程课堂教学中进行知识总结和巩固训练等活动，传统的教学因学时短复笼统，总结的知识不全面，学生掌握的不好。通常我们把学习的课程内容和训练的知识通过课件的体现，在投影上播放，即加强了训练密度，提高效率，又能减轻师生教学负担。多媒体教学还能适应学生知识程度高低不平的问题，便于为基础差的学生课下复习本次课程知识，进度快的同学更快的掌握本次课程知识或预习下一个学习内容，达到本课程的教学目的和要求。

2.4 科学合理安排教学内容，提高学生的就业能力

（下转第188页）

（上接第181页）

在数控编程课教学过程中，我们主要教授的编程指令是企业上最常用并易学习的FANUC、华中系统的编程方法知识和数控操作加工应用，学生能很快熟练掌握、并灵活应用；等学生初步掌握编程知识后讲解SIEMENS系统的常用的一些编程与操作方法，数控仿真软件上讲解不同操作面板在加工中的功能键使用方法。提升学生的基本编程知识，并提高学生对不同操作系统、面板的编程与数控操作能力。2.5实时考核反馈，提高学生的学习意识和自觉性。

每一次课程安排一次训练课题，比使用理实一体的教学方法实现教学内容，使每次项目都有一个考核，具有较强的目的性。通过对学生考核评价击破各个知识点，掌握全面编程知识，通过考核评价还可以提高学生的学习意识、学习热情、学习自觉性和自信心；通过考核评价结果的反馈也能使教师适时的调整教学，有针对性地讲解共性问题和个别问题，做到有的放矢。

2.6 提高教学效率，节约教学成本

使用多媒体技术和数控加工仿真系统结合教学法运用到数控编程教学中，即可解决授课班级多，又可解决机床少问题。教学中把引入仿真系统可避免因初学者误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，增加学生在教学过程中感受仿真数控机床操作过程中如临现场的真实感。当授课学生增多时，为了每位同学有足够的仿真实践机会，只需通配置大量计算机终端，可彻底解决了数控机床数量不足的难题。同学们在学习过程中即掌握数控编程课中各种编程指令知识，又能够让很快的熟悉和了解数控操作加工的工作过程，掌握各种数控机床的操作方法，为后续课程数控综合技能训练做好准备。这种理实一体的教学方法和手段使学生独立地对数控编程知识进行学习、练习和复习，这样在后续数控综合技能训练在实际机床上操作时，节约工件材料和刀具的消耗，节约了教学成本，提高了教学质量。

2.7 提高教师的教学质量和教学效果

传统的编程课是上课时教师一味的灌输编程知识，学生只是听课，但做不到及时掌握编程知识。期末终期考核时，试卷中程序的繁重批阅更是让数控教师头昏眼花，因编程针对个人的差别性，比如：每个学生掌握知识的程度不同，有的同学会使用固定循环编程，有的同学会使用用子程序编程，造成教师批改试卷工作量达的问题。应用了多媒体技术和数控仿真系统教学以后，教学变得更加生动、具体、形象，提高了学生的学习兴趣，教学效果明显得到提高，并能自我评价或互相评价工零件的几何形状精度，对学生操作能力和培训起到了极大的提高和加强作用。我们采用项目考核，每次的教学项目都可通过仿真软件直观看到最终工件的形状，在屏幕观察刀具运动轨迹和坐标变化，及时发现数控编程和工艺是否存在问题，真正达到了课程考核的效果，提高了教学质量。

3 结束语

我院在2008年开始示范院校课程建设，在数控编教学中使用多媒体技术和数控仿真系统，并在学习数控编程知识时使用理实一体化的教学方法和手段，使课堂的教学由教师的满堂灌变成以学生为主体的教学后，既提高学生的自学能力和学习兴趣，又使教学效果明显得到提高。示范课程建设教学经验来看，多媒体技术和数控仿真系统已成为数控编程教学中一种不可或缺的重要方法手段。

参考文献：

[1]曾小惠，吴明华，潘铁虹.在线数控加工仿真教学系统的实现[D].1998.

[2]王晓楠，王仲海.虚拟现实技术及其应用[Z].2002.

[3]上海宇龙仿真系统操作说明书[S].

数控仿真系统篇7

【关键词】乙烯裂解单元 集散控制系统裂 解炉升温曲线 炉膛负压 稀释蒸汽

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）02-0254-02

自从1983年燕山石化公司前进化工厂乙烯裂解装置采用CENTUM-A系统进行自控改造，至今已有14家企业76套DCS用于生产过程控制，可见DCS在石化企业中推广应用之快、应用数量之多[1-3]。为适应行业发展需要，达到高技能人才培养目标，我们石油化学工程系于2005年引入乙烯装置集散控制系统（DCS）仿真培训软件[4]。在教学过程中，本人对乙烯裂解单元里有关工艺参数调控方法进行探索研究，现报道如下：

一、裂解炉升温曲线的控制

裂解炉的升温速度要符合升温曲线（如图[4]所示），即开始点火后温度逐渐上升，在180-220℃之间稳定24小时（仿真时间6分钟）后，温度逐渐上升，在540-560℃之间稳定12小时（仿真时间3分钟）后，温度再上升至760℃，达到过热蒸汽高备状态。影响裂解炉升温速度的因素主要有以下三个：

第一，燃料气的用量， 燃料气用量的多少会直接影响升温速度，同时还是衡量节能降耗的一个重要指标。在开车初始阶段我们将燃料气控制阀开到2%。这一阶段主要通过增加点燃火嘴的数目来升温，直至将所有火嘴全部点燃后温度几乎不上升或有下降的趋势时，再通过增加燃料的用量来升温，确保燃料充分燃烧， 达到降低燃料用量的目的。在增加燃料气用量时，控制阀的开度要缓慢增加，切忌大幅度地调变，这样不利于炉膛压力的稳定。经过试验发现，燃料气控制阀开到17.5%，炉子温度能够上升到550℃，燃料气控制阀开到25%，炉子温度能够上升到760℃， 投油以后，要迅速升温至832℃，这时燃料气控制阀增加的幅度较大，一般要一下增加5%，直至开到50%。

第二，点燃火嘴的数目，裂解炉的点火总体顺序是先点燃长明灯烧嘴，再点燃底部烧嘴，最后点燃侧壁烧嘴。为了保证四路裂解炉管的出口温度尽量接近，裂解炉的点火操作要求对称进行，具体操作按所附点火顺序图[4]进行。

经过试验我们发现，当燃料气控制阀开到2%，风门开度为50%时，将左侧壁上的2号火嘴全部打开，温度能够上升到200℃，将火嘴全部打开温度能够上升到400℃，火嘴全部打开后再通过增加燃料气的用量来升温。

第三，风门的开度，风门的开度不但影响升温速度，还会影响炉膛压力的稳定和烟道气氧含量，如果风门开度频繁变化，炉膛压力和烟道气氧含量也会随之发生变化，不利于系统的稳定，因而我们将风门的开度一开始就开到50%，整个生产过程维持不变。

二、炉膛负压的控制

炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。

运行中引起炉膛负压波动的重要原因为燃烧工况的变化，在引风机保持不变的情况，由于燃烧工况总有微小的变化，故炉膛负压总是波动的，当燃烧不稳定时炉膛压力将产生强烈波动，炉膛负压即相应做出大幅度的剧烈的波动。当炉膛压力发生剧烈脉动时，往往是灭火的前兆，这时必须加强监视和检查炉内燃烧工况、分析原因，并及时运行调整和处理。

本仿真过程炉膛负压要求稳定在-30Pa。建立炉膛负压的操作规程是打开底部、左侧和右侧烧嘴风门启动引风机用压力控制阀将炉膛压力调节到-30Pa。但是在操作时我们发现仅停留在此处并不能将压力稳定。经过反复试验发现如下措施比较可靠：启动引风机后将压力控制阀开到100%，接着引入燃料气、点燃长明灯火嘴，将1号火嘴点燃几个（一般3-4个）使裂解炉缓慢升温后再返回来控制压力，小幅度减小控制阀的开度，大概减小到开度为90%时压力能够稳定在-30 Pa。但是此时的稳定只是暂时的，随着点燃火嘴数目的增加和燃料气用量的增加均能导致根据压力发生变化，此时，只要依次小幅度地减小压力控制阀的开度，就能够达到稳定压力的目的，最终控制阀的开度为50%。

三、稀释蒸汽流量控制

稀释蒸汽在起到降低烃分压作用的同时，还具有稳定炉管裂解温度、减轻炉管中铁和镍对烃类气体分解生碳的催化作用及部分清焦的作用。但是加入水蒸汽的量，不是越多越好，增加稀释水蒸汽量，将增大裂解炉的热负荷，增加燃料的消耗量，增加水蒸汽的冷凝量，从而增加能量消耗，同时会降低裂解炉和后部系统设备的生产能力。水蒸汽的加入量随裂解原料而异[5、6]，本仿真培训系统以石脑油为原料，正常运行后石脑油与水蒸气的质量比为2：1。每台裂解炉有四股进料，每股进料都配有一股稀释蒸汽，目的是尽量优化稀释蒸汽与进料比，提高乙烯产品收率。

在操作规程里对于稀释蒸汽流量的控制操作有以下六步：

第一，当炉膛温度达到200℃时，向炉管内通入稀释蒸汽。我们将四路炉管的控制阀均开到23.3%，这样可以控制四路炉管稀释蒸汽流量均匀防止偏流对炉管造成损坏，待平稳后稀释蒸汽的流量均为2.25 T/H。在实际操作的时候，这里有一个问题需要注意，就是不能等温度达到200℃后才开始通入稀释蒸汽，因为当温度达到180℃时，智能评分系统已经开始评分，如果等温度达到220℃评分过程结束， 通入稀释蒸汽的流量还没有稳定在2.25 T/H，就得不到满分。我们知道稀释蒸汽流量的稳定需要一个过程，并且根据升温曲线可知，在180-220℃需要恒温6分钟。而通入稀释蒸汽的温度为169℃，它会起到降温的作用，会使得温度波动较大，不利于恒温，鉴于此，我们采取提前通入稀释蒸汽的方法，即在170℃之前就开始通入，操作起来时间较充足、效果较好。

第二，炉膛温度在200-550℃时，稀释蒸汽量为正常稀释蒸汽流量的100%。这里需要做一个说明，正常稀释蒸汽流量为4.5 T/H，所以在这个温度段“稀释蒸汽量为正常稀释蒸汽流量的100%”，即稀释蒸汽流量为4.5 T/H，此时四路炉管的控制阀均开到50%，待流量稳定后即可达到要求。那么，什么时候开始将稀释蒸汽流量控制阀调至50%？这是此次操作的重点和难点。温度低于540℃就开始调会扣第一步的分数，温度超过550℃再调，本步骤评分过程结束。经过试验得出最佳调节温度为545-548℃。由于可操作温度范围较狭窄，通入稀释蒸汽后系统会降温，并且升温曲线要求在540-560℃之间要稳定3分钟，我们采取“先恒温再调蒸汽”的方法进行操作，即当系统温度达到540℃时即开始将少增加甚至不增加燃料气用量，使系统在545℃之前就恒温够3分钟，然后开始将稀释蒸汽控制阀调至50%。当然，通入稀释蒸汽后炉膛温度会下降，此时需要根据降温情况及时增加燃料气的用量，同时要注意燃料气的增加不能一下增加太多，要控制好节奏，否则温度迅速超过550℃评分过程结束，而稀释蒸汽流量还没有稳定在4.5 T/H，导致得分低。

第三，当烟气温度超过220℃，打开稀释蒸汽原料跨线阀门，引适量的稀释蒸汽进入石脑油进料管线，防止炉管损坏。这里的“适量”，也就是对阀门的开度并没有特殊要求，但是四路稀释蒸汽管道内此时稀释蒸汽的流量均为4.5 T/H，为了使系统处于稳定状态，所以往往将四路石脑油进料管道的阀门也开到50%。

第四，炉膛温度在550-760℃时，稀释蒸汽量为正常稀释蒸汽量的120%。此时稀释蒸汽的流量为5.4 T/H，阀门的开度为60.8%或微调，温度在755-758℃之间时调节阀门，稀释蒸汽流量发生变化后，体系仍然会伴随有温度下降，此时仍然通过增加燃料气的投入量来将炉膛温度维持在760℃。

第五，石脑油进料量增加到正常值后， 迅速关闭稀释蒸汽原料跨线阀门，停止向石脑油进料管道通蒸汽。

第六，将石脑油裂解的炉膛温度增加至正常操作温度 832℃后。迅速将稀释蒸汽减至正常值，控制流量为4.5T/H。

乙烯裂解单元中需要控制的工艺参数还有汽包液位、烟气氧含量、过热蒸汽温度、总投油量以及急冷器出口温度等。所有工艺参数之间互相关联，可以说是牵一发动全身，在实践过程中要不断总结经验，优化控制方案，实现总的控制目标，即：第一，维持裂解炉系统安全运行；第二，维持所希望的最佳转化率，使各组炉管之间温差最小；第三，维持合理的进料油气比；第四，维持所要求的总投油量；第五，通过氧量控制，维持理想的空燃比，使热损失最小。

参考文献：

[1]http：///5/2008/ar20079582349145.doc.

[2]李绍宇，徐竹林，乙烯生产中计算机控制的应用，乙烯工业，1994，1，40-42.

[3]刘伟，马英彤，大庆石化成功实施集散控制系统（DCS），数字化工，2005，8，11-13.

[4]乙烯装置仿真软件，东方仿真.

[5]王焕梅主编，有机化工生产技术，北京：高等教育出版社，2007年.

[6]崔克清主编，化工工艺及安全，北京，化学工业出版社，2004年.

数控仿真系统篇8

关键词 编程；软件；matlab；仿真技术；测控系统

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-092-01

现在全世界范围内都在大力发展工业、服务业、航天航空及计算机产业，这些产业和领域也在不断的发展和壮大，但是检测和控制也就显得越来越困难，需要有更加先进的测控系统和测控系统设计。测控系统的设计通常是一个模拟和仿真的过程，通过电子计算机技术及软件编程，提供一个模拟和仿真测控系统工作的平台。20世纪80年代以来，我国测控系统设计开始走上正轨，并且不断学习和吸收国外先进的测控技术，但是随着电子技术和数字信息技术的发展以前的测控系统逐渐不能够适应时代的需求。在测控系统设计过程中需要不断的对系统工作过程进行仿真模拟，不断的进行各种参数的修改和运算，以前测控系统模拟和仿真技术不能够很好的适应设计需求，所以需要有更加先进的仿真平台。

1 matlab及matlab仿真技术

Matlab是一个起源于美国的数学软件，它能够完成各种复杂的运算，还能够用于数据的开发、数据的可视化、数据分析等，这款软件一经开发就迅速被人们所关注并且投入使用，尤其是在测控系统中。Matlab有两个重要部分所组成即，matlab与Simulink，其中matlab主要用于数据的运算和开发等方面，它的原理和基础是矩阵，用矩阵解决各种复杂的数学计算问题，matlab要比C语言和fortran简单和快捷的多，并且吸收了C、C++、JAVA等软件的优点，更为普及。Simulink则为模型建造、数据分析和仿真提供一个环境，Simulink不需要进行许多步骤的书写，使用非常简单和快捷，而且仿真细节到位，能够模仿真实的情况，现在许都领域已经用Simulink软件进行系统仿真和模拟。

matlab仿真技术是基于matlab与Simulink的仿真技术，它能够通过对复杂数据的运算、处理和分析，对模拟对象的工作和工作环境进行仿真，这种技术能够非常精致的模拟每一个细节。matlab仿真技术操作简单、工作效率高，除了有同类别软件一些功能（运算符号），还有矩阵和向量运算方法进行数据处理和分析。matlab仿真技术的可视化功能也是非常强大的，在仿真过程中还能够对图像进行处理，进行动画制作等高级指令。matlab仿真技术的可操作性也非常强，它软件的数据源是可以根据用户自身需要而改变的，对源文件进行替换和修改，在仿真过程中能够更加灵活和便捷。

2 matlab仿真技术在测控系统中的应用

测控系统可以是单一的检测系统或者是控制系统，但是一般情况下检测与控制是相互联系，紧密不分的两部分，文章所指的测控系统包括检测与控制两方面。测控系统自产生以来大致有集中测控系统、DCS测控系统和网络分布式测控系统，无论每一种测控系统，都是为了适应时代的需求而产生与完善的，测控系统在设计过程中需要不断的对各种参数和设备进行调控和更改，这就需要对测控系统进行模拟运转和仿真。

现在的测控系统工作量较大，而且运算复杂、困难，在设计和投入使用前期需要有严格的仿真过程，在计算机技术和软件编程技术快速发展的今天，仿真技术也在不断的创新和突破。matlab仿真技术就是用matlab软件对测控系统的运作进行建模，对其现实中的工作进行仿真，把各方面的数据和设备调配到最佳的工作状态，使整个测控系统的工作效率达到最高，然后系统才能够投入使用。

matlab仿真技术能够通过Simulink预定义库模块即，建造测控系统的库模块，然后通过交互式的图形编辑器组合和管理较为直观的模块视图，再通过软件的一些功能进行代码和程序的生成，就能够达到模型建立的效果。在Simulink测控系统仿真模型库中整个测控系统仿真的流程是：信号的产生与输出、编码、解码、调试、解调，而且可以通过仿真模式对整个测控系统的运转进行仿真。在matlab仿真技术中能够使测控系统在虚拟的工作环境中运转，并且能够对系统各项数据和配置进行无限次的修改，直到满足测控要求之后。matlab仿真技术是基于matlab与Simulink的，通过一些代码和数据的处理、运算，发出一定的指令进行建模，而且它的可视性非常强，能够很直观的进行仿真过程，为测控系统的设计打下坚实的基础。

matlab仿真技术在测控系统中的应用，能够为测控系统的设计提供较为真实的模型和运作环境，并且不断的进行各种数据的调控，为测控系统投入使用高效运作提供依据。

3 结束语

测控系统的发展从简单到复杂，从低效到高效已经有了一定的发展历史和基础，matlab仿真技术在测控系统中的应用更加丰富了仿真系统的设计方案。matlab仿真技术能够为测控系统提供一定的依据，在matlab仿真系统的辅助下，测控系统能够进行不断的优化和创新，使其能够更加实用复杂的工作和工作环境。

参考文献

[1]张德丰，杨文茵.matlab仿真技术与应用[M].清华大学出版社，2012.

[2]孙传友.测控系统原理与设计（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2007.

[3]钟麟，王峰.MATLAB仿真技术与应用教程[M].国防工业出版社，2004.

数控仿真系统篇9

飞控系统仿真工作是飞控系统设计工作的重要辅助手段。在系统设计初期进行数学仿真研究，对飞机运动特性需要进行详细分析，建立飞机的数学仿真模型，检验飞控系统的功能是否符合要求。数字仿真的目的是方便快速地得到初步设计结果，能够很好地指导系统设计工作的进行。

由于对飞控系统仿真实验的实时性要求很高，单纯在Matlab/Simulink下进行的仿真不能够完全满足仿真实时性的要求，本实验平台采用VxWorks操作系统作为软件代码运行环境，完全可以满足系统对仿真实时性的要求，采用RTW自动代码生成功能可以大大减少仿真软件的开发工作量，避免手工编码引入的错误，缩短仿真试验平台的开发周期[1?3]。

1 基于RTW和VxWorks的仿真实验

RTW是Matlab图形建模和仿真环境Simulink的一个重要补充功能模块，它是一个基于Simulink的代码自动生成环境，它能够直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标配置自动生成多种环境下的程序，利用它可以加速仿真过程，生成可以在不同的快速原型化实时目标下运行的程序。RTW十分适合用于加速仿真过程、快速原型化、形成完善的实时仿真解决途径和生成产品级嵌入式实时应用程序，使用RTW进行实时硬件的设计测试，用户可以缩短开发周期，降低成本[4]。

VxWorks是专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件，为程序员提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信[5]。VxWorks从1983年设计成功以来，已经经过广泛的验证，成功地应用在航空、航天、舰船、通信、医疗等关键领域。该操作系统具有良好的持续发展能力、高性能内核以及友好的用户开发环境使其在嵌入式实时操作系统领域处于领先地位。

Tornado集成开发环境是嵌入式实时领域中最新一代的开发调试环境，是实现嵌入式应用程序的完整的软件开发平台，是开发调试VxWorks系统不可缺少的组成部分[5]。它是集成了编辑器、编译器、调试器于一体的窗口环境，给嵌入式系统开发人员提供了一个不受目标机限制的开发调试界面。它使用Target Server?Agent模式来建立主机和目标机之间的交叉开发环境，解决了交叉开发环境中诸如有限的调试通信信道，有限的目标机资源等问题。这种模式使所有主机工具可以用于目标机，而不必考虑目标机的资源和通信机制。

基于RTW和VxWorks的飞控系统仿真实验平台，首先使用Matlab/Simulink及其他相关工具快速的进行原理验证和仿真，通过多次的运行和调试，使得所设计的飞机数学模型尽量符合设计要求；然后运用RTW的代码自动生成功能，将Simulink环境下搭建的飞机动力学模型和利用[S]函数功能封装的控制率模型转化成可在目标机操作系统VxWorks上运行的C代码，然后根据模板联编文件的配置，将生成的C代码转换为可在VxWorks操作系统中运行的可执行代码，在仿真机内部进行软闭环。

2 飞控系统仿真实验平台设计与实现

2.1 系统设计

该仿真实验平台由一台仿真主控机和一台仿真目标机组成，仿真目标机是整个系统的核心，考虑到对仿真实时性的要求，仿真目标机采用VxWorks操作系统，主控计算机上运行Matlab软件和Tornado 2.2开发环境。Matlab的主要作用就是进行飞控系统动力学模型和控制率模型的建模以及目标代码生成。在仿真过程中可以利用RTW的外部模式在线调整飞机动力学模型的参数、获取仿真结果数据以及设置要求的飞机姿态角度信息。集成开发环境Tornado 2.2的作用就是完成对VxWorks实时内核的生成、主机和目标机之间的通信连接、下载RTW生成的实时代码等[6?8]。同时主控计算机还可以运行自主开发的仿真管理与控制软件，该软件可以实现仿真主控机和仿真目标机之间的通信连接，生成代码的下载、初始化、运行、停止等，观测仿真数据曲线，实现便捷的仿真控制和管理。仿真设计流程如图1所示。

图1 仿真设计流程

仿真目标机是整个实验平台的核心，在其中运行飞机动力学模型和控制率模型转化而来的实时代码。仿真主控计算机根据需要设置飞机姿态角信息传送给仿真目标机中运行的控制率模型代码，控制率模型代码以此控制飞机动力学模型运行，完成飞机当前姿态角信息的解算，并将这些姿态角信息通过VMIC反射内存网传送给仿真主控机，在仿真主控机上运行自主开发的仿真管理与控制软件，将接收到的飞机姿态信息绘成图像，检验飞机的姿态角变化是否能够跟踪上设定的飞机姿态角。

2.2 实时代码自动生成

在搭建完成飞机数学模型之后，通过纯数字的仿真可以初步修正系统设计，然后修改次数学模型，加入仿真目标机在Simulink的驱动模块，就可以构建起该飞机系统的仿真模型[9?10]。为使生成的代码可以在嵌入式操作系统上运行，需要修改模板联编文件，修改内容如图2所示。

图2 模板联编文件修改内容

其中关键技术如下：

（1） 建立飞机动力学模型以及控制率模型；

（2） 利用Matlab的S?Function功能，将控制率算法封装成模块，供搭建系统模型时使用；

（3） 自动将搭建好的Simulink模型转换成可在VxWorks实时操作系统下运行的实时代码。

3 仿真与验证

基于这一实验平台可以方便地进行多次仿真试验，修改无人机动力学模型、调整控制律，直到获取满意的仿真结果。可以利用RTW工具箱的外部模式功能，在线调整模型参数、监控仿真结果数据，方便对模型参数进行修改，通过在该仿真平台上对飞机控制系统的多次实时仿真试验，改进了飞机爬升、平飞、下滑等过程的控制律，最终测试通过了整套飞控系统。图3为控制飞机模型飞行五角星形轨迹，控制仿真效果比较理想。

图3 控制仿真飞行曲线

4 结 论

本实验平台综合了Matlab/RTW和VxWorks实时操作系统的部分功能，提出了一种新的实时仿真实验平台构建方法，采用这种方法可以大大降低仿真代码的编写量，在花费尽可能低的情况下，保证了仿真实验的实时性，提高仿真实验平台的性能，有效地验证了飞控系统的正确性。

参考文献

.系统仿真学报，2007，19（11）：2455?2457.

.现代电子技术， 2012，35（1）：113?116.

.南京：南京航空航天大学，2010.

[4] 杨涤，李立涛，杨旭，等.系统实时仿真开发环境与应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

： Wind River System Inc， 1999.

[6] 吴森堂，费玉华.飞行控制系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

数控仿真系统篇10

随着经济和社会的发展，电力建设进入了高科技自动化时代，电力自动化成为时代潮流。近年来，电力系统对于电力自动化设备的要求越来越高，但是在实际的生产中却出现了样机技术指标高而批量生产的设备不理想的状况。如何提高电力自动化设备的硬性质量已为许多专家学者所关注，本文通过研究电力系统的自动化设备仿真系统，对此问题进行探讨。

【关键词】电力系统 自动化设备 仿真系统 研究 应用

就是样机质量与批量生产设备质量不相符的矛盾。传统的包干制生产模式将单板与整机调试集中于同一工位，其生产效率较低很难实现规模化，设备检验针对单随着经济和社会的进步，电力系统对于电力自动化设备的要求越来越高，投入的科研力量和生产力量也逐渐增加，在社会需求与技术的双重刺激下，我国电力自动化设备的生产高速发展。然而日臻成熟的技术下，依然存在一些隐忧，其中最严重的屏存在不可避免的人工误差。电力系统是一个完整的系统化工程，其自动化产品需要经过组屏后使用，因此其检验调试必须针对设备的整屏运行。为解决这一问题，建立针对电力系统自动化设备试验运行的仿真系统显得尤为重要。

1 电力系统自动化设备仿真系统

电力系统仿真系统包括电力系统数字仿真和电力系统实时数字仿真系统，这两个仿真系统均是建立在数字仿真的基础上的，数字仿真运用描述真实系统或对象的数学模型来代替系统或对象进行试验和研究，它将计算机科学、计算数学、控制技术及相关的专业应用集合为一体，是一种交叉的技术与学科，具有安全灵活、强劲的可控性、准确的可重复性、经济实用等优点。但是值得注意的是，可操作实用复杂及电力系统元件模型价格昂贵的缺点使得其在运行中存在一些问题。值得肯定的是其数字仿真理念的应用与实践，在此基础上推行新型的电力系统自动化设备数字仿真系统是顺其自然而又必要的。新型电力系统自动化设备数字仿真系统脱离了传统的物理模型动态实验室，满足了电力系统自动化设备大规模产品出厂试验的要求。作为一种电力系统专用实时仿真系统，它实现了对于被仿电力系统的动态监测。目前，新型电力系统自动化设备数字仿真系统主要有线路实时仿真系统与变压器实时仿真系统两种。

2 新型电力系统自动化设备数字仿真系统

后台控制系统。后台控制系统是仿真系统实现操作运行的控制系统，该系统由PC机组成，运用并行接口将后台控制系统与前台控制系统相连接，并实现数据信息的交换，主要功能是通过人机对话界面实现对于前台系统的控制。

前台控制系统。新型电力系统自动化设备数值仿真系统的核心是前台控制系统，在整个仿真系统中它担负着“承上启下”的桥梁作用，将后台控制系统与功率放大器相连接。在整个仿真系统中前台控制系统负责接收来自后台控制系统的数字、操作指令，运用光回路接收被试设备的控制命令及仿真系统断路器、刀闸等一次设备的状态命令，通过D/A变换将与后台控制系统中相对应的各种仿真数字信号组成的仿真系统模拟波形送至功率放大器，从而带动试验设备的运行，实现对于仿真试验的操作。

功率放大器。传统意义上的功率放大器是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器，主要运用于音响系统。在新型电力系统自动化设备数值仿真系统中的功率放大器与传统意义上的功率放大器有一定的重合部分，但相对而言它是一种更专业化的特种专用设备，必须具备良好的线性度、稳定性和高性能的频率特性，在整个仿真系统中，功率放大器将前台控制系统送来的模拟信号进行功率放大后再传输至被试设备与系统中。

模拟断路器。模拟断路器主要用于电力系统断电保护装置或成套继电保护屏的整组试验，可真实地模拟断路器的跳合闸时间。在新型电力系统自动化设备数字仿真系统中扮演者模拟实际断路器的角色，其功能形态与动作行为必须与实际断路器高度贴合。在仿真系统试验中执行仿真系统的操作命令或被试设备及系统的命令进行短路分合，并根据断路器的位置状态来改变仿真系统的拓扑结构。

3 新型电力系统自动化设备数字仿真系统的设计过程

确定仿真系统的各项性能指标和信号处理要求。确定仿真系统的各项性能指标和信号处理要求是新型电力系统自动化设备数字仿真系统的设计过程的第一步。仿真系统模拟试验的最终目的是检验和调试电力系统自动化设备的实际运行效果，因此在仿真系统中识别其输出的波形、开关量信息，并对输入的数据及信息作出尤为重要。

根据系统要求作出算法模拟。算法常用于数学及计算机科学之中，包含着清晰地指令，具有明确的步骤性、优秀的数据处理能力和自动推理能力。将算法模拟运用于新型电力系统自动化设备数字仿真系统中可以充分验证算法的可行性。

设计相应的实时仿真系统。实时仿真系统包括硬件系统与软件系统两方面，硬件系统即为微处理芯片及电路，软件即应用编程，该应用编程为后台系统所用的高级语言编程，是根据系统要求和微处理芯片编写的。

对型电力系统自动化设备数字仿真系统的硬件与与软件进行调试。

将新型电力系统自动化设备数字仿真系统的各个部分进行系统集成化处理。

4结束语

电力系统自动化设备数字仿真系统可以实现对电力系统自动化设备运行的试验与检测。这种仿真系统是先进的，但是并非完美无缺，仍然需要广大研究人员继续深入研究。

参考文献

[1]陈礼义，顾强.电力系统数字仿真及其发展[J].电力系统自动化，1999，23.

[2]曹国伟.电力系统自动化发展探析[J].价值工程，2013，36.