仿真系统范文10篇

仿真系统范文篇1

关键词：数控加工仿真系统；几何仿真技术；物理仿真技术；数控加工数据库

随着科技的进步，产品的研发周期越来越短，很多企业之间的竞争开始体现在产品的更新换代上。因此新产品的研发时间决定着企业的竞争力。最近十几年计算机技术的迅速发展，使与计算机配套的计算机图形技术发展越来越快，带动了计算机仿真技术的进步。计算机仿真技术在产品的研发中发挥着非常重要的作用。在这种背景下又出现了虚拟制造技术。这种技术可以使一个产品从研发初期到产品装配都具有模拟状态，并且对各个环节中可能出现问题进行有效预测。使设计人员能及时发现设计缺陷并及时提出改进措施。保证产品在设计和生产过程中不断优化，提高产品的设计成功率，同时缩短产品研发周期，减小产品研发过程可能出现的风险，极大提高了企业的竞争力。虚拟制造技术的出现能为人们提供更优秀的产品，主要的应用是在加工过程中进行仿真，西方发达国家的一些科研机构认为，制造业的发展必须要解决的几个问题，其中一个就是制造技术的建模和仿真技术。这种技术已经成为虚拟制造技术发展的关键，这种技术如果运用在机床上可以对机床刀具加工信息进行分析和预测，然后通过优化实现智能生产。这是一种非常先进的技术，不但可以保证机床的有效运行还能保证产品质量。

1数控加工仿真系统研究

1.1数控加工几何仿真技术。数控加工的几何仿真是数控加工仿真系统的一个组成部分，最初数控加工的仿真主要是几何仿真。其条件是在加工过程是一个几何问题，没有其他的因素。近几年随着几何仿真技术的发展，出现了很多优秀的仿真软件，其中最具有代表性的是Pro/ENGINEER，UG等。目前对几何的仿真技术已经非常成熟，在场景建模方面也取得了一定成就，数控加工过程中碰撞干涉检验一直是一个非常难的问题，同时也是非常重要的问题。针对这个问题很多学者也进行了大量的研究，得出了很多优秀的、成熟的算法，这些算法基本上包括2种：一种是基于图形的实时碰撞检测，一种是基于图像的实时碰撞检测。基于图形的实时碰撞算法主要是将物体作为包围盒，对包围盒进行求交计算。当包围盒相交时其包围的几何体才可能相交，如果包围盒不相交那么其包围的几何体就不一定相交，这样就可以通过这种方法很快的找到相交的几何部位。这种方法受到的场景影响较大，对于一些非常复杂的场景分析比较困难。因此除了要保证仿真的精度以外还要进一步提高算法的实时性。另外一种算法是基于图像的实时碰撞检测，其主要是利用物体的2D投影的图像和深度的信息进行相交分析。这种算法具有很多的优点，主要优点有①能够降低CPU（CentralProcessingUnit，中央处理单元）的计算负荷；②平稳性很高；③这种算法适合一些复杂的碰撞检验；④这种算法的发展前景很大。但是这种算法也存在一些问题，其中最主要的问题是运算过程中需要占用很大的内存，导致从硬件中读取深度值时就比较困难，仿真效率大大降低。1.2数控加工物理仿真技术。随着科技的发展，制造业开始运用一些先进的仿真技术，其中物理仿真是仿真技术的研究重点。物理仿真主要是将切削过程中的一些过程映射到制造系统中，然后对实际加工进行分析和预测，找出影响切削精度的一些因素，然后采取措施对工艺进行优化，这种技术也是目前比较先进的技术，能及时发现加工过程中的问题，提高加工质量。1.3人工智能预测模型。随着计算机技术的发展，人工智能的发展也加快了速度，目前在人工智能方面出现了大量的算法。比如遗传算法、神经网络等，这些算法都是非常优秀的算法。在智能系统中可以通过神经网络优化一些制造参数，其预测精度非常高。但不同类别的神经网络模型预测的精度有非常大的差别。人工智能预测模型的出现大大提高了生产效率，降低了生产成本。1.4机械加工数据库。机械加工数据库出现于20世纪末，世界上很多国家都加入了机械加工数据库，每个国家都收集大量的数据加工数据，传到加工数据库中。这种数据库可以使不同国家的数据进行对比，从中找出一些数据进行交叉检验。虽然这种机械加工数据库给各个国家带来了方便，但是它还是存在一些缺点。比如在进行数据分析时没有考虑一致性问题，对各个国家的使用者都是比较麻烦的，同时这种数据库没有考虑机床的影响，很多信息不准确。除了以上问题以外，还有一个非常重要的问题是由于加工过程中复杂和随机性，很多测量技术需要借助实验，前人得到的数据无法代替实际生产。

2数控加工仿真系统存在的问题及发展方向

2.1数控加工仿真系统存在的问题。（1）仿真的加工类型少，研究范围窄。目前我国的数控加工仿真内容和方法具有很大的局限性。由于机械加工中加工种类很多，而且加工原理复杂，不同加工方式需要的工具和原理不同，造成研究的范围比较窄，仿真加工类型非常少。（2）目前国内的一些软件算法没有空间实体的描述，图形生产的质量比较差。为了保证图形生成的速度，很多算法都没有光照模型，这就导致图形生成方式为区域填充，不符合光学原理，导致最后生成与实际不一致的切削模型。（3）物理仿真建模难、通用性差及仿真精度不高。在数控加工仿真建模过程中，经常会遇到一些干扰因素，同时在加工过程中也经常会遇到一些干扰因素，因此无论在加工还是在仿真过程中，都要处理好这些因素，使建立的模型能够非常准确地体现出加工的实际情况。建模过程会涉及很多参数和数据，这些参数和数据都加大了建模困难。目前很多数控加工模型都是针对一个特定的因素，比如加工方式、切削参数等。当其中一些数据发生变化时模型就会改变，使模型的应用范围窄，通用性差。（4）计算机技术的发展与仿真技术的发展紧密相连，相辅相承。数控加工仿真技术的发展面临很多问题，目前主要问题是计算机硬件和软件的更新慢，导致仿真时间较长，编码工作量大。在仿真编程过程中所编制的程序通用性很差，基本上每个项目都要重新进行编程，极大限制了仿真技术的发展。随着C语言的不断发展和应用，C语言开始应用到数控仿真系统中来。由于C语言的可移植性强，使得C语言在数控仿真系统中应用越来越广。2.2未来发展的方向。（1）建立能综合反映加工过程各物理因素对加工精度影响的工艺模型，是实现将数控加工仿真系统运用到实际加工环境的关键，也是实现制造业自动控制与智能控制的必然要求。（2）实现仿真方法的多样性。目前仿真技术所应用的算法很多，其中包括遗传算法、神经网络、信号处理等，这一系列的方法都有助于仿真建模。同时，这一系列算法还能不断优化仿真模型，使仿真技术发展趋向于多样化。（3）几何仿真和物理仿真紧密结合。目前数控加工仿真系统包括2种仿真，一种是几何仿真；一种是物理仿真。几何仿真比较灵活，能在仿真过程中随意提取几何信息，这些信息能为物理仿真提供依据。在数控加工仿真过程中，只有把几何仿真和物理仿真结合在一起，才能不断完善仿真结果。（4）虚拟检测技术要对工件的几何量进行测量。以后的数控加工仿真技术中要加强虚拟检测技术的研究，还要进一步研究如何有效地把虚拟通讯系统和检测系统结合起来，在它们之间进行信息和数据交换。

3结语

虚拟制造技术是数控加工发展方向，数控加工仿真系统是虚拟制造的关键，具有非常多的优点，如提高经济效益、降低成本等，它的不断发展能为企业创造更大的价值。随着一些学者的不断研究，数控加工仿真系统将会越来越智能，越来越符合实际生产。

参考文献

［1］任景刚.数控加工仿真技术发展现状与趋势［J］.航空制造技术，2016（5）：62-66.

［2］王占礼，朱丹，胡艳娟，李静，董超.薄壁件数控加工物理仿真研究现状与发展趋势［J］.机床与液压，2014，42（3）：162-166.

［3］王占礼，董超，胡艳娟，李静，朱丹.数控加工仿真系统研究现状与发展趋势［J］.制造业自动化，2013，35（5）：41-45.

［4］邓朝晖，陶能如，唐浩，万林林，刘伟.磨削加工仿真预报系统的研究现状及发展趋势［J］.金刚石与磨料磨具工程，2012，32（3）：64-68.

［5］熊毅，王哲，唐建生，石社轩，陆茵，苏君，高志华.数控加工仿真系统的研究现状与发展趋势［J］.制造技术与机床，2011（12）：71-75.

仿真系统范文篇2

计算机仿真系统是仿真的依托，形象地说成是仿真的大舞台也很贴切，最准确的说法应当是，计算机仿真系统是基于仿真的系统研究不可或缺的实验工具。每个仿真应用领域，有了各自适用的计算机仿真系统，才能给出具有所需置信度的仿真结果。大量实例表明，仿真技术的有效应用，必须依托于先进的计算机仿真系统;只有服务于应用的计算机仿真系统的发展，才能带动仿真技术的发展。但是，迄今为止，国内外依然存在着建立仿真应用的时间太长、费用太高问题。原因就在于缺乏正确的技术理论指导，或盲目追求大而全，或低水平地重复。显然，在需求牵引、技术推动、经济支撑下，紧跟时代前进步伐，要用信息化理念和方法建立计算机仿真系统。正如王恒霖等人(2003)在《仿真系统的设计与应用》一书中所说，高新技术与先进管理相结合才可能有高质量仿真系统的诞生。

2现有计算机仿真系统

现有许多计算机仿真系统、仿真试验室、仿真中心可供参考。诸如美国亚那巴马州红石兵工厂的高级仿真中心(ASC)、以法尔肯空军基地国家试验中心为核心的美国国家试验台、德国航空航天试验院的空间运行中心、中国航天部门遍布全国各地的仿真中心、国防科大三院的分布实时仿真系统(KD－DRTSS)和基于SOA的仿真服务系统(SOA－basedsimulationservicesystem)、基于SystemC的片上系统(Systemonchip，SoC)等。国内外计算机仿真系统，真是琳琅满目。它们按空间分布不同可分为集中式、分布式和嵌入式三大类型。国内外集中式计算机仿真系统经过模拟仿真系统、混合仿真系统和数字仿真系统三大里程碑式地发展，从20世纪80年代开始，数字仿真在计算机仿真中独占鳌头，从此以后，集中式计算机仿真系统中的计算机系统都是数字式的，而且大都采用便于独立集中管理的主机－终端的体系结构，并能进行数学仿真和半实物仿真，而且随着科学技术发展，正在虚拟化、智能化。虚拟化使得计算机仿真系统用虚拟样机取代物理样机，从而能够广泛用于复杂产品设计、军事演习、复杂操作训练、过程排演等领域。智能化使得计算机仿真系统有机地融合人工智能技术，以适应信息化的需要。同时，还应该采用“结构规模优化”方法，构造多级结构、多层结构、多段结构，进行结构分析与综合，设计高性能价格比的优化结构，从主机—终端模式，向客户机—服务器模式、集中—分布模式发展。20世纪80年代开始出现了分布交互式仿真(DIS)系统，而且发展迅速，很快由基于高层体系结构(HLA)的DIS成为其主流。多年实践表明，HLA尚有许多需要改进的地方。现在，美国国防部已经认识到HLA是必要的，但仅有HLA却是不够的。目前经济有效的方案无非是通过网络化、集成化、协同化把地理分布较广的现有仿真设施组成一个新的计算机仿真系统。现在看来，性能价格比最高者当是多微机DIS系统，它不仅具有HLA的优点，而且弥补HLA不足，使邦员内部也有重用性和互操作性，而且具有结构仿真、实况仿真和虚拟仿真等功能。当前，欲将传统DIS许多成果用到HLA中，就得考虑HLA和DIS两系统之间的互联方式。一般来说有两种方式，即网关方式和中间件方式。两者的主要区别在于:网关方式以运行一个独立的应用程序来实现相关的转换，在该方式中将外部HLA邦员和DIS实体作为输入值，然后实现两者之间的互操作，而中间件方式则将转换的实现做为应用程序的一系列类嵌入在程序中，并通过执行应用程序将DIS和HLA中的相关信息输出。基于这两种基本方式，目前有四种相关的实现技术:①打包技术将软件直接嵌入到DIS底层接口，在数据传送前将DIS数据转换成HLA数据模式，并在接收数据后将HLA数据模式转换成DIS数据格式，显然无需特殊的硬件支持。②本地化技术产生一个本地的HLA仿真，这意味着所有网络接口都要包括一个仿真软件。这样可以很好地实现所有HLA的特性，但初始化传输时大量的程序修改以及相关协议的改变。③转换器技术提供单独的应用程序，一般来说，要使用单独的计算机来完成转换功能，虽然无需对仿真程序作任何修改，但仿真延时相应有所增加。④协议接口单元(PIU)技术通过定义API函数来实现不同协议之间的转换，这是DIS/HLA转换方式中较好的选择方案。嵌入式计算机仿真系统(Embeddedcomputersimulationsystem)广泛应用于工业控制和国防系统领域。其基本特征是小型化、可随身携带，一般通过软件和硬件来实现其功能，但硬件成本较高，而软件具有灵活和成本较低等优点。软硬件划分的结果直接决定嵌入式系统设计的优劣。郑州大学信息工程学院郭金金等人(2010)提出一种新的嵌入式系统软硬件划分算法，先采用嵌入式系统转化成有向无环图，可将嵌入式系统软硬件划分问题转换成一个多条件约束问题，用蚂蚁放置于有向无环图顶点上，对系统软硬件划分准确率作为蚂蚁算法优化目标，通过蚁群算法搜索最优目标函数值，有效避免传统划分算法搜索陷入局部最小，大幅度降低搜索时间。当前嵌入式系统领域一个十分重要的研究课题是，如何让嵌入式系统在遭受侵害时保持一定的性能并安全运行。国内外广泛探索，但往往缺乏支持动态安全策略的设计思想，对嵌入式系统在遭受侵害时如何保护系统安全、保持系统的性能，并将破坏降低等方面的研究较少。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院赵国冬等人基于模式匹配方法研发了安全等级评估系统。仿真结果表明，该系统可以在不显著增加系统开销前提下，有效地阻止系统异常的产生，提高系统的弹性应对能力。无论那种类型，计算机仿真系统通常由数字计算机系统，系统实际设备(实物)和一些专用、通用设备组成，且具有现代化技术水平，兼有构造仿真、实况仿真和虚拟仿真三种功能。计算机仿真系统的中心，当然是数字计算机系统，诸如，单片机、单板机、仿真机系统、微机系统、工作站系统、小巨型机系统、多机系统等等。它们各自都包括硬、软件两部分。数字计算机的机型往往直接决定着计算机仿真系统的类型，用户可从中选择经济适用的机型。通用设备就是商品化的观测记录设备，信号发生器，声像通信设备等，而系统实际设备(实物)和一些专用设备，随仿真应用领域不同差别甚大。比如，航空航天领域的飞行仿真系统，除了需要控制系统实物以外，还需要转台、负载台、离心机、必要的模拟器和实物操作台等专用设备。

3计算机仿真系统发展的最新动态

1)多层次使能技术美国国防科学局(1997)认为，建立集成的综合仿真环境和仿真系统，必须解决实现的技术，即下述五个层次使能技术:①基础技术(光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等);②元、部件级技术(内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系统，数模转换器，建模与仿真构造工具，测试设备等);③系统级技术(微机系统，人一机界面，远距离通讯/广域网、计算机图像生成等);④应用级技术(制造过程仿真、工程设计建模与仿真，含人仿真系统，随机作战仿真等);⑤集成综合仿真环境技术(样机、规划、设计与制造，训练与备战，测试与评估等)。其中，大部份的硬件和网络能力由商业市场作为成熟产品提供，如微机系统、远距离通讯/广域网、人一机界面、计算机图像生成、数据库管理系统、局域网、光纤通讯、软件工程工具等，而有些如制造过程仿真，工程设计建模与仿真，随机作战仿真，环境模型等满足军用仿真需求者都由国防部组织解决。

2)逻辑靶场概念(logicalrangeconcept，LRC)美国在20世纪90年代提出LRC，试图要解决以信息化为代表的武器系统互操作试验，特别是以C4ISR为核心、从传感器探测端到指挥与控制再到武器交战的完整作战过程试验，其规模和范围超出了现有任一个物理靶场的试验评估能力，在物理意义上完全重建靶场既无必要也不可能，只有通过一体化虚实合成靶场才能提供这种复杂作战空间的逼真表示。为了全面评估信息化武器装备的作战效能，传统试验训练靶场必须适应以信息为中心的一体化联合试验发展需要，向跨物理靶场边界、跨试验训练边界、跨真实和仿真资源边界的无边界靶场转变。通过组合、重用各种仿真资源，逻辑靶场可以将传统靶场融入到仿真世界中，也可以看作是用仿真世界来扩展传统靶场的任务空间。在逻辑靶场中，实际武器装备或兵力除了可以利用传统方式进行交互外，还可以与位于不同地域的仿真资源进行交互。目前，支持靶场试验资源互操作、重用、组合的体系结构主要有两类:先进分布式仿真(ADS)和试验与训练使能体系结构(TENA)。20世纪80年代中期，美国国防部提出了ADS的概念，其产生与发展的核心是为了解决建模与仿真领域存在的问题:目前绝大多数仿真器应用实现较为孤立，仿真器之间的交互性和重用性差;开发、维护和使用费时及成本高;验证性、有效性和置信度较差。ADS技术应该从体系结构上建立这样一个框架，它能尽量涵盖建模与仿真领域中所涉及的各种不同类型的仿真系统，并利于它们之间的互操作和重用，它也必将随着仿真技术和各种支撑技术的发展而发展。ADS技术使实况仿真、虚拟仿真和构造仿真三类仿真在实施中不断得到发展。从构造和实施一个ADS系统的角度，所涉及的关键技术有:①系统总体技术，主要包括DIS(IEEE1278)和HLA(IEEE1516)，可是HLA不适应具体领域的特定需求。②软件框架和平台技术。③网络通讯技术与分布式数据库技术。④建模、验模与计算机生成兵力(CGF)技术。⑤虚拟环境技术。⑥系统性能评估技术。TENA是建立在ADS基础之上针对试验/训练领域的特定需求对HLA进行扩展，提供了试验/训练所需的更多特定的能力，其最终目标是成为美军靶场司令官委员会(RCC)标准。美国加州海军空战中心开发的虚拟导弹靶场(Virtualmissilerange，VMR)是LRC的典型案例。在VMR第一个导弹就是AIM－7P海麻雀防空导弹。此外，联合先进分布式仿真(JointAdvancedDistributedSimulation，JADS)项目涵盖了武器系统集成、端到端试验和电子战。它的成功实施，展示了逻辑靶场在试验训练领域的巨大作用和广阔前景。葫芦岛92941部队袁刚等人(2010)认为，实现LRC的关键技术是体系结构与合成环境的构建、传统靶场仪器仪表的改造和信息化网络建设。

3)仿真机系统网络化我们生活的世界就是一个网络世界，网络的普遍性是客观存在的。复杂网络研究早在20世纪50年代就开始了，起始点就是随机图ER模型。ARPANET(1969)建成，标志着人类社会进入信息时代，也可称为互联网时代。信息化席卷全球，现代信息技术将会影响到方方面面。国际标准化组织的开放系统互连基本参考模型，即通常所说的七层协议(1977)问世以来，第三代计算机网络(Com-puternetwork)得到广泛关注。它使用户能共享网络中的所有硬、软件和数据等资源、分散计算机的负荷、提高可靠性、使计算机的使用具有可扩展性及可换性。小世界模型(Smallworldmodel)的引入和无尺度网络模型(Scalefreenet-workmodel)的发现，推动了复杂网络研究的深入。计算机网络、通信网络、交通网、电力网、供水网、食品供应网、银行金融系统、输油管网、输气管网、控制网络等大量的实际复杂网络，都具有小世界和无尺度特性。复杂网络的规模较大，单靠网络实验进行研究不太现实。随着网络的进一步扩充，越来越需要网络仿真技术来为网络规划和设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。计算机网络是分布交互式仿真系统中不可或缺的组成部分，它是用通信线路把多个分布在不同地点的计算机，通过数据传输而联接起来的一种网络。计算机网络的优点是:用户突破了地理条件的限制，方便地使用远地的计算机;由于资源公用、避免了重复投资;可充分利用各地资源的特长，实现协同操作;可实现几个系统间的数据传输和实时管理。网络化，就是开展网络系统仿真。利用计算机对所研究的系统结构、系统功能和系统行为进行动态模仿，即是通过网络程序的运行来模拟网络的动态工作过程。

一个完整的通信网络系统，不仅包括数据帧、收发两端的各种设备，还包括通讯协议和传输信道等。常见的计算机网络有1553B总线、CAN总线(英德和欧空局广泛采用)、基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、以太网(Ethernet)、光纤通信、蓝牙(Bluetooth)、无线通信、小世界模型、无尺度模型等。虽然计算机网络琳琅满目，若按交换功能分类，常用的也只有四种:①线路交换;②分组交换;③混合交换;④报文交换。若按拓扑结构分类仅有三种:①集中式网络;②分散式网络，又称非集中式网络(含具有一定交换功能的集中器或复用器);③分布式网络。若按通信特性分类也只有三种:①资源共享网络;②分布式计算网络;③远程通信网络。若按作用范围分类，则有广域网(Wideareanetwork，WAN)、局域网(Localareanetwork，LAN)、城域网(Metropolitanareanetwork，MAN)之分。要使计算机仿真网络系统的结果精确地与实际情况一致，仿真的模型就应尽可能详细。这样，仿真占用的资源和耗费的时间与精力也会随之增加。如何在模型复杂性与仿真的准确性之间找到合适的平衡和折衷，是实现仿真时的中心问题。目前对网络仿真主要有两种途径:①用一组方程描述网络特性，然后用计算机语言通过编程，实现对通信网络仿真;②借助已有的网络仿真工具进行仿真。前者难度大且通用性不好;后者无需大量编程，通用性好，很容易实现通信网络仿真，代表了通信网络仿真的发展方向。主流的网络仿真软件及其高端产品基本产自美国，而适用于网络仿真的软件平台有以下三类:①用于商业目的开发的如OPNET、Qual-Net(升级版WebSim)、BONes、Netsim。②基于系统研究开发的如SIM++、NS2(REAL是其前身)、Maisie、GloMoSim、IN-SANE。③基于军事应用开发的如TIMS、NETWARS、OPSIM。网络仿真还有许多热点问题，诸如:①无拥塞的安全网络;②无线传感器网络(Wirelesssensornetworks，WSN);③移动自组网(Mobileadhocnetworks，MANET);④移动智能体(Mo-bileAgent);⑤卫星网络仿真。

4)仿真网格(SimulationGrid)网格技术是一项新兴并且正在发展的技术，其核心是解决网上各种资源(如计算资源，存储资源，软件资源，数据资源等)的动态共享与协同应用。网格与仿真的结合为各类仿真应用对仿真资源的获取、使用和管理提供了巨大的空间。同时，它以崭新的理念和方法为仿真领域中诸多挑战性的难题的解决提供了技术支撑(如:仿真应用的协同开发;仿真运行的协调、安全和容错;新的资源管理机制;资源监控和负载平衡等)等。目前国外已开展了仿真与网格技术结合的研究项目，如:SF－Express基于网格技术解决资源分配和动态容错等问题;“CrossGrid”、“RTILayer”、“FederationLayer”、“Feder-ateLayer”三个层次按照HLA标准采用网格技术对RTI的实现进行研究;DS－Grid(英国伯明汉大学、诺丁汉大学和新加坡南洋技术大学的协作项目，e－Science姊妹项目)、Ness-Grid和FederationXGrid等较为系统地研究面向仿真的应用网格。当前，仿真网格技术研究的相关关键技术包括:仿真网格的体系结构和总体技术，仿真网格服务资源的动态综合管理技术，仿真领域资源等的网格化(服务化)技术，仿真网格协同建模/仿真的互操作技术，仿真网格运行的监控和优化调度技术，仿真网格应用的开发与实施技术，仿真网格的可视化服务实现技术，仿真网格的安全支撑技术，仿真网格的门户技术等。

5)云计算(CloudComputing)云计算是网格计算(GridComputing)、分布式计算(Dis-tributedComputing)、并行计算(ParallelComputing)、实用计算(UtilityComputing)、网络存储技术(NetworkStorageTechnolo-gies)、虚拟化(Virtualization)、负载均衡(LoadBalance)等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。它通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助SaaS(软件即服务)、PaaS(平台即服务)、IaaS(基础设施即服务)、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处理能力!云计算的第一个里程碑是，1999年Salesforce．com提出的通过一个网站向企业提供企业级的应用的概念。Google，当算是最大的云计算使用者。Google搜索引擎就建立在分布在200多个地点、超过100万台服务器的支撑之上，这些设施的数量正在迅猛增长。Google值得称颂的是不保守。它早已以发表学术论文的形式公开其云计算三大法宝:GFS、MapReduce和BigTable，并在美国、中国等高校开设如何进行云计算编程的课程。IBM(2007)推出了“改变游戏规则”的“蓝云”计算平台，为客户带来即买即用的云计算平台。微软紧跟云计算步伐(2008)推出了WindowsAzure操作系统，通过在互联网架构上打造新云计算平台，让Windows真正由PC延伸到Azure(蓝天)上。Azure的底层是微软全球基础服务系统，由遍布全球的第四代数据中心构成。目前，云计算的主要应用有亚马逊网站、谷歌公司、Salesforce和微软公司。

6)赛伯物理系统(Cyberphysicalsystem，CPS)CPS在美国挑战下的领先－竞争世界中居于8大关键信息技术之首。国内译作信息物理系统、智慧物理系统，并不统一，这里称之为赛伯物理系统。赛伯同计算机和自动控制有关，赛伯空间是信息化空间，显然，赛伯是信息化带来的新概念。欧洲CPS同义词是总体工程(Ensembleengineer-ing)。CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C(Computation，Communication，Control)的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS将让整个世界互联起来，如同互联网改变了人与人的互动一样，CPS将会改变人与物理世界的互动。CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等功能。CPS典型特征有六:①其组件可自由地动态加入和退出，能支持高度的柔性;②层次化，可满足不同层次的服务质量要求;③计算与物理成分融合，连续过程与离散事件交织，规模大小、时间跨度各异，系统通信和交互方式多变;④I/O取决于场景;⑤实现开放控制(与物理系统多层次交互);⑥高度自动、自治、协调、规模可变，且具有联邦式、分布式、开放型、可重构性及时空一致性。CPS并不排斥物联网。应该说，物联网是CPS的一种简约应用，或者说，CPS让物联网的定义和概念明晰起来。物联网中的物品不具备控制和自治能力，通信也大都发生在物品与服务器之间，因此物品之间无法进行协同。清华大学自动化系肖田元(2010)提出一种扩展的HLA建模与仿真框架，该框架基于MDA实现CPS的建模，提出了两类新技术，一类称为资源管理联邦技术，另一类称为互配RTI技术，将目前的HLA平面结构扩展为多层结构，从而支持多层多联邦的协同并发运行，以松耦合集成的方式实现大规模、异构CPS的设计、建模与仿真。

7)普适化仿真系统(Ubiquitoussimulationsystem)普适计算是MarkWeiser(1991)提出的关于未来计算模式的构想，其目标是使由计算和通信构成的信息空间与人们生活的物理空间相融合的智能化空间，在这个智能化空间中人们可以随时随地透明地获得计算和信息服务。普适化仿真技术将实现信息空间与物理空间结合的一种新仿真模式，推动现代建模仿真研究、开发与应用进入一个崭新的时代。普适化仿真就是紧密集成计算机硬软件、通讯硬软件、各类传感器、设备、模拟器，构造使由计算和通信构成的信息空间与人们生活的物理空间相结合的普适化空间(Ubiquitousspace)，并在其中融合普适计算技术、网格计算技术与Webservice技术，让仿真进入真实系统，无缝地嵌入到日常生活事物中。面向未来复杂、异构、动态的普适计算环境，普适仿真系统应具备四个基本特征:①普及:仿真资源无所不在;②随时随地:人们可以在工作、生活的现场就可以获得仿真服务，而不需离开这个现场去端坐在一个专门的计算机面前;③自适应:仿真信息空间能以适合用户的方式提供能适应变化的计算环境的、连贯的仿真服务;④透明:用户获得仿真服务时不需要花费很多注意力，仿真服务的访问方式是十分自然的，甚至是用户本身注意不到的，即所谓蕴涵式的交互。从仿真网格体现出来的特性和优势来看，仿真网格不失为实现普适化仿真的一种很好的手段和技术途径。首先，仿真网格借助于网格技术，实现了人们生活中的各种软、硬件仿真资源的服务化，为用户屏蔽了复杂、异构的普适计算环境，使得仿真资源无所不在，解决了“普及”的问题。其次，网格技术使得仿真应用的终端延伸到了网络的每一个角落，彻底摆脱了时间和空间的束缚，人们通过使用任何(有线\无线、移动\固定的)联网设备，就可以访问网格环境中的仿真资源和服务，满足了对“随时随地”的需求。但是，动态、复杂、异构的普适仿真环境对仿真网格提出了更高的要求。首先，对于计算资源、用户终端的移动，网络连接的不稳定，网络带宽的限制这些普适计算环境中常见的问题，仿真网格还需要研究更好的解决策略。复杂而变化的普适计算环境对仿真网格的自适应能力提出了更高的要求。其次，仿真网格仍然没有摆脱“桌面计算模式”，即仿真信息空间和物理空间是隔离的。如果在仿真网格中引入普适计算技术，将很好的满足普适仿真环境对仿真网格在移动性、自适应性、动态容错性、人机交互模式上的新需求，使得仿真信息空间能以适合用户的方式提供能适应变化的仿真环境和连贯的仿真服务。结合网格技术和普适计算技术的普适化仿真网格技术将成为网络化建模仿真研究应用关注的新焦点。在国内外都处于探讨和起步阶段。普适化仿真网格还存在很多有待进一步研究的问题。例如普适化仿真网格中的安全机制，与传感器网络的无缝集成，仿真任务的动态管理，普适计算环境下仿真服务的动态发现，支持自适应的仿真资源动态配置，仿真服务的动态组合调度，面向普适计算的仿真网格终端，蕴含式人机交互模式和智能感知接口，普适化仿真网格的应用模式等。随着普适计算技术的发展和仿真网格应用规模、范围的扩展，普适化仿真网格的技术内涵和外延也将得到进一步的丰富和提升。

仿真系统范文篇3

关键词：自动化运维；安全管控；堡垒机；培训

电力行业关系到国计民生，电力监控系统的安全问题至关重要，如果维护人员违规操作导致信息安全事件，会造成难以挽回的损失和影响。堡垒机在特定的网络环境中，通过不同方式进行网络活动分析处理，确保网络安全稳定。堡垒机的安全稳定运行与企业数据安全有着直接联系。堡垒机从最早的跳板机发展为目前的第三代堡垒机，可接管终端计算机对网络和服务器的访问，并可融合多种用户使用要求，其支持的协议也逐渐增加，例如FTP协议、数据库协议、Web应用协议、网管协议等。目前电力运维堡垒机的建设工作陆续开展，但现场工作人员对堡垒机功能和使用方法的了解有待加强。本文在调度自动化仿真系统中部署堡垒机，并对学员开展堡垒机相关培训。堡垒机可在不改变业务系统原有架构的情况下实现对内部违规操作风险的有效控制，从而提升学员的职业素养，预防内部信息安全事件的发生。

1自动化运维安全管控现状

传统运维模式下，运维人员主要通过KVM（Key⁃boardVideoMouse，简称KVM）或直连信息设备进行变更、配置、备份与维护等操作，存在一定安全风险［1］。

1.1账号及授权管理混乱

自动化维护安全管控在现场操作中涉及到系统管理员、运维人员、第三方厂商三类人。三类人员的账号和权限应不同，目前管控中账号管理较混乱，存在多人共用和混用账号现象。权限界定不清晰，存在一人拥有多个权限和多个账号的情况。权限管理粗放，资源乱用现象时有发生。交换机、服务器、运维工具、业务软件等账户管理混乱，IP地址管理与分配依靠人工操作，安全性差，审计不严，取证困难，导致事后责任无法追溯到人，存在较大安全隐患。

1.2身份认证缺失

随着信息技术的发展，自动化运维复杂程度日益增加，进行自动化运维的人员数量不断增多，采用人工核对运维人员身份信息的方法无法实现运维人员身份的全过程认证及实名管理［2-3］。

1.3运维操作审计力度匮乏

仅依靠工作票等手段对运维操作进行事前审批，操作过程中没有有效的监控手段，出现安全事件无法进行审计溯源。缺乏运维审计、数据库审计手段，不能及时记录、分析、处理网络管理员、系统管理员、运维人员和开发人员的各种运维操作行为，仅仅常态化分析审计信息无法掌握事件的发生和事件的具体细节，发现非法操作行为。

2堡垒机主要功能

为保障网络和数据不受来自外部和内部用户的入侵和破坏，堡垒机运用各种技术手段监控和记录运维人员对网络内服务器、网络设备、安全设备、数据库等设备的操作行为，以实现集中报警、及时处理及审计定责。因此，需开展运维安全堡垒机建设，优化运维访问网络接入点，支持运维安全全要素管控，实现运维行为全过程记录。堡垒机在不改变现有网络环境和网络拓扑的情况下，接入核心交换机，物理上采用旁路，逻辑上采用串联的模式，不改变管理员、运维人员的操作习惯，不影响正常业务运营，支持静态路由，实现多网段管理目标设备［4-6］。

2.1事前授权

堡垒机主要作用是解决运维混乱的问题。堡垒机承担运维人员在运维过程中的唯一入口作用，划分所有用户的权限，通过精细化授权，明确“哪些人以哪些身份访问哪些设备”，从而使运维变得有序。运维人员通过运维工作站登录至堡垒机，借助堡垒机分配的网络通道，可访问运维对象。在运维过程中，堡垒机与运维工作站之间建立了双因子认证通道，实现运维人员的实名认证及准入控制。

2.2事中监控

堡垒机可对主机、服务器、网络设备、安全设备等的管理维护进行操作审计，对策略配置、系统维护、内部访问等进行记录，并支持操作过程的全程回放；与运维对象之间建立协议通道，实现细颗粒度授权、行为管控和操作记录，并基于既定安全策略实现对高风险操作指令的二次审核、告警和阻断功能；与网络安全管理平台之间建立数据集成通道，接收运维任务文件，上传安全告警、运维记录等信息。

2.3事后审计

安全审计是实现事后可恢复、可审计、可追溯的运维管控审计防护目标的重要组成部分。堡垒机遵循“4W（who、when、where、what）要素”原则审计运维人员的操作全过程。采用录像的形式记录运维人员从登录到退出的全过程，即“谁在哪个时间登录哪台设备，做了哪些操作”。审计平台可以进行命令记录、文字记录、SQL记录等，存放审计日志文件，并可对审计日志进行全文检索，输出审计报表，符合等级保护的相关要求。堡垒机的应用可及时发现和阻断正在发生的异常访问和危险操作，对数据库等操作进行异常检测，有效识别对数据库的恶意访问和操作并及时阻断。

3堡垒机的部署与培训实施

某学院建设了智能电网调度技术支持系统数字物理混合仿真实训室，这是国内首家以D5000系统为主体的综合仿真培训平台。实训室设备按照电力监控网络安全要求分为生产控制大区和管理信息大区，生产控制大区又分为安全I区和安全II区。

3.1堡垒机的部署

按照堡垒机的设计思路及部署原则分别将堡垒机部署于安全I区、安全II区和管理信息大区，如图1所示。考虑到现场多采用远程维护操作，远程操作通常通过RDP（RemoteDesktopProtocol，简称RDP）方式访问各自业务应用系统的服务器，这种操作方式存在重大的安全隐患。鉴于这方面的安全需求，堡垒机需以旁路的方式部署安装到安全接入区，同时要改变边界防火墙的“访问控制”策略，使其具有唯一性。堡垒机本身IP地址和端口作为唯一可以从外到内访问的IP地址和端口，禁用其他任何IP地址和端口从外到内的访问。堡垒机是通过WEB界面登录进行管理的，按照上述方式部署安装堡垒机，登录堡垒机并进行设置，按照业务类别添加不同的组别和用户。用户按照角色主要分为管理员、运维用户、审计员等。

3.2培训实施

培训项目开发后，在学员中开展堡垒机培训。培训采用任务引导式培训模式，进行分组演练，每组设三种角色，完成一个目标。1）一个目标。自动化运维安全管控最终目的是保障电力监控系统安全运行，有效防御网络攻击，避免误操作对电力监控系统造成的影响。安全生产贯穿一切工作，学员牢固树立安全责任意识，做安全行为的第一责任人。学员应努力实现事前“不想、不敢、不能”，事后“可恢复、可审计、可追溯”的运维管控审计防护目标。2）三种角色。三种角色包括管理员、运维人员和审计人员，每种角色具有不同的职责和权限，其关系如图2所示。管理员对所有服务器、网络设备账号的集中管理具有最高权限。培训师担任管理员角色，负责对学员进行身份管理和权限分配，给每位学员创建唯一的自然账号，配置所要管辖的设备资源，同时建立设备的资源账号。根据业务需要，配置相应的访问控制策略，即每位学员以何种身份访问哪些设备，建立人员与设备账号的对应关系。根据时间、登录IP、目标资源等进行详细授权，将学员进行分组，一组为运维人员，一组为审计人员，根据身份分配不同的IP地址和权限。整个过程可以进行教学展示，采用访问控制限定人员对资源设备的访问。只有被赋予访问权限的人员才可以对相应资源进行访问，从而避免了未授权的访问和越权访问，保护了用户资源和系统安全。运维人员实名制认证。优化数字证书与生物特征识别技术，实现运维人员实名制身份认证，可准确定位电力监控系统运维人员身份信息，有效解决通用账号乱用、共享等问题。扮演运维人员的学员只需记住一个账号和口令，借助堡垒机分配的网络通道，最终可访问运维对象。在运维过程中，堡垒机与运维工作站之间建立了双因子认证通道，实现运维人员的实名认证及准入控制。学员10人作为一个小组，每人分配一个专属账号，登录系统，具有绘制厂站接线图和数据库填写操作权限。运维人员可登录堡垒机对业务应用服务器进行RDP维护和远程桌面操作。审计人员可以查看统计报表，进行操作审计。担任审计人员角色的学员登录堡垒机后，可查看操作系统、服务器，记录、分析、处理网络管理员、系统管理员、运维人员和开发人员的各种运维操作行为，可查看审计事件的统计报表，同时还可查看终端用户登录服务器的录像回放。全程实时监控，可及时发现和阻断正在发生的异常访问和危险操作。全过程录像可实现运维事后审计，并能进行问题的追本溯源，直接定位问题根源所在，追溯到责任人。审计人员可对违规行为进行事中控制、实时告警与阻断。运维堡垒机系统记录、存储运维人员的所有操作行为的相关信息，并能进行分析、回放和审计。例如，针对一起操作人员非法IP登录服务器并篡改服务器数据事件，审计人员发现堡垒机发出报警，通过查看录像回放，找出非法登录的IP地址，锁定操作人员。可见，通过让学员进行角色扮演，可使其更好地掌握堡垒机的功能，切实体会到事后审计的重要性。通过培训可帮助学员树立运维安全管控目标、健全运维安全责任体系、健全运维过程管控机制、加强系统用户权限管理、加强网络边界封闭管理、加强关键行为审计管理、规范运维操作。

4结语

本文分析了自动化运维安全管控现状，介绍了堡垒机的基本功能，并在电力监控仿真培训系统中部署堡垒机，提出堡垒机“一个目标、三种角色”的培训方案，实现堡垒机培训，有助于提高自动化运维人员安全意识，规范操作流程，提高自动化运维安全管控水平。

参考文献

［1］韩荣杰，于晓谊.基于堡垒主机概念的运维审计系统［J］.安全视窗，2012（1）：56-58.

［2］王栋，来风刚，李静.数据中心IT运维审计体系研究［J］.电力信息化，2012，10（1）：20-23.

［3］郝永清.堡垒主机搭建全攻略与流行黑客攻击技术深度分析［M］.北京：科学出版社，2010.

［4］戴莹.浅谈如何运用堡垒机系统解决单位信息管理内控风险［J］.网络安全技术与应用，2015（8）：53-54.

［5］陆茂兰.浅谈运维堡垒机系统［J］.无线互联科技，2014（6）：65.

仿真系统范文篇4

1影响因素分析

航炮射击的特点是：

1)攻击时需考虑攻击机进入的方向、角度和时机等。

2)受飞机性能和安全高度的限制比较大。

3)作战中需考虑气象条件。综合航炮武器使用的特点，并结合弹丸散布理论，将这一问题归纳为阵风和人为因素对航炮射击的影响。

1．1阵风因素

弹丸在空中飞行的过程中，一方面高速向前运动，另一方面又会在阵风的影响下形成随风飘移而导致偏离原来的预计瞄准点，形成诸元误差。要减小这种误差，其实质就是减小阵风对射击诸元的制定所产生的影响。

1．2人为因素

相比于阵风因素，人为因素则为更为重要的主观因素。使用航炮攻击时，对射击条件的处理和飞行技术是两个重要因素。显然，战前的演练，战中的攻击航线，以及战后对数据收集处理，综合评估等，都会深刻地影响到射击效果，也即对作战中的攻击效果产生影响。

2因素评估

对于阵风因素与人为因素，对前者的评估可基于弹道学理论知识，通过有关理论形成对应的数学模型表达式，并由其仿真的评估结果检验对后者的影响与适用性；而对人为因素的评估则基于已有的航炮射击经验数据，通过预设条件作为前者弹道解算的初始条件，由评估系统分析处理后形成数据结果，再与经验数据进行比较，以此来评估经验数据的有效性与实用性[4]。

2．1阵风因素评估

实际的飞行射击中，在弹丸达到炮口的临界点处，阵风的实时数据可由飞机上安装的传感器进行测量。现考虑到试验或射击中对风的测量值是平均值，以及阵风对弹丸运动的影响还与弹道位置有关，因此对阵风因素的评估，可以归结为在任意假定的条件下，确定阵风的概率误差及其对弹丸落点散布的影响。根据弹道学原理，空中某点处的纵风与横风所引起的射程和方向概率误差表达式为[5]：式中：E删为射程概率误差；E为方向概率误差。至此，通过飞机上的传感器或其他侦测手段所获得的战场实时风速数据，利用上述计算式所构建的数学模型来进行仿真分析，最终得到模拟条件下阵风因素对航炮射击影响的评估，并得出评估结果。该评估结果一方面可以对先前的经验数据的准确性与适用性进行检验，另一方面可以预先掌握战场的情况。

2．2人为因素评估

人为因素的评估在于射击时经验数据与实战条件这两者间的权衡与处理，其目的是为了减少主观影响的诸元误差。航炮武器的射击误差来源有两个方面：诸元误差和散布误差。其中，散布误差对应于自然因素，客观存在且无法修正；而诸元误差对应于非自然因素，且人为因素是其重要环节，受主观影响大但可以修正。因而在讨论诸元误差对于航炮射击精度的影响上，人为因素显得特别重要。如何取得较好的射击效果，需在训练和模拟攻击中所得的技术数据的基础上，考虑其规划的攻击模式和射击过程的姿态因素，如飞机进人攻击位置的各种姿态角等，形成经验数据；然后通过对即时战场环境的数据收集，预设出建立在上述经验数据基础上的初始条件，结合弹道解算模型，利用MATLAB仿真即可直观地得出模拟评估结果。这个结果不仅可以评价预设条件下攻击效果的优劣，也可以检验和修正之前的经验数据。如表1所示为某型战机使用航炮在高度1000in，速度350km?h进行攻击时不同射击距离上的各种偏差，即经验数据表。由表中数据分析可知，在正常飞行条件下按射击距离800IT1构成修正角，此时开火即可命中目标；如果开火的时机过早或过晚，都会形成射击误差而影响命中精度。随着战场环境的变化和对飞机操控的优劣，表中的数据仍要继续修改和完善。

3系统化的综合评估

根据以上对于影响航炮射击的主、客观因素的分析与评估，可以依托现有模拟训练平台，形成一套综合性的航炮武器射击精度评估系统，其模块流程图如图1所示。其流程为：通过对战场实时目标数据的分析和提炼，在基于经验数据值的基础上形成弹道模型解算需要的初始条件，然后与测得的战场实时风速值与风向值一起输入计算机中进行解算和模型仿真，之后将其数据信息传人依托的模拟平台并最终显示出所需的射程数据，同时以此信息作为对经验数据修改的依据。由此可见，通过引入风速测量、航路设计、射击诸元分析以及数据处理等多种手段，利用现有的计算机平台和仿真工具进行系统化的综合评估，以二维或三维视景模拟出航炮射击的弹道曲线分布或弹着点的概率分布，从而得到完善的攻击模式，取得最佳射击效果和最优选择方案，并以此数据结果作为修正、完善经验数据的依据]。

4战例仿真及分析

以上述航炮武器射击精度评估系统为基础，通过具体的战例对航炮射击精度进行综合评估，进一步对MATLAB仿真结果进行分析。假定任务为某歼击机使用航炮武器拦截并攻击入侵目标飞机：要求使用某型航空弹药射击，规定进人攻击航迹的角度约为26。，根据战场环境预设风速与风向为东北顺风向，风速约为10km?h一。两架战机甲、乙分别模拟航炮攻击目标(目标点在靶平面位置坐标为(41，5023))，其中甲按照实时情况自行决定其攻击方式，乙则按照经验数据进行攻击，两者射击数据如表2所示。根据综合评估系统的计算结果并经处理得到图2～图5所示的仿真结果。由上述仿真结果，可归纳出3点结论：

1)在图2和图4中，经比较可得，甲弹道轨迹效果优于乙弹道轨迹效果，表明乙所取得的毁伤效果明显比甲所取得的效果差；换言之，在预设的战场环境下，乙所采用的经验数据有修正的必要。

2)在图3和图5中，经比较可得，甲的散布中心点距离目标点的偏差要小于乙的散布中心点距离目标点的偏差。说明甲的命中精度优于乙。

3)综合以上两点分析：甲的射击精度明显优于乙。另一方面，对于当时的战场环境设定，采用自主经验的甲通过将射击偏角和射击仰角各增加0．5。，射击效果更好。这说明对经验数据的修正有利于取得较好的射击效果。由上述仿真结果的分析可得：在基于实时设定的综合性仿真系统下评估航炮射击精度，不仅可以对作战结果进行预先评价，而且还可以依照实际战场情况对参考的原始经验数据进行修正和完善，从而提高使用航炮毁伤敌方目标的可靠性与准确性。需要指出的是，上述假定的战例是理论化的情形，并不完全等同于实际。在实际应用中，还需对实时数据进一步积累。

仿真系统范文篇5

OpenGL是SGI研发的一种三维图形接口，通过该接口获得的三维图形效果更为逼真，质量更高，这也是目前交互式图形处理的一个衡量标准。Win32下OpenGL是一种与硬件、窗口系统以及操作系统独立的API具有过程性特点，其命令解释模式的命令由客户发出，被服务器解释并处理，其中含有上百个库函数，在运行时只需添加相应的动态库便能够实现对OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括为以下几点：①几何建模。除点、线、多边形绘制函数外，OpenGL图形库还提供了椎体、多面体等复杂三维物体以及曲线、曲面绘制函数。②坐标变换。通常坐标变换主要有视图变换、造型变换、视口变换和投影变换四种，OpenGL还能完成矩阵变换以及附加剪裁面变换。③光照与材质。光照分为辐射光、镜面光、环境光和漫反射光，可设置8个光源，用光反射率表示材质。④设置颜色模式。包括颜色索引模式和RGBA颜色模式。此外还具有纹理映射、位图显示和图像增强以及双缓存实时动画和人机交互技术功能。

2数控加工仿真系统的功能模块及仿真实现

2.1加工仿真系统各功能模块

在数控切削加工过程中，实时三维仿真可根据输入的NC代码要求进行动态过程仿真，这一过程可分为数据收集和输入、几何实体模型构造、图形仿真结果交互等阶段，各阶段都赋予了相应的定义，为使动态过程仿真达到交互性、准确性和有效性的要求，应对各功能模块进行优化。系统以软件用户界面和内部计算检查过程为主体，软件用户界面由公共模块、NC代码编辑模块、仿真显示模块和加工控制模块构成，其中，公共模块对CFild类的成员函数有所继承，其功能显示在File下拉菜单；NC代码编辑模块具有强大的文本编辑功能，对于一些较为简单的加工零件无需预先编程，除一般记事本基本功能外，还设有互锁功能，可对编辑后的代码进行读写切换，更好地保护代码，保证加工顺利进行；仿真显示模块将图像和数据信息呈现在计算机屏幕上，实现动态显示，通过调节窗口便能够观察到加工工件，图像和数据信息由OpenGL收集，其处理过程为：图像操作/逐个顶点操作→光栅化→各片段操作→帧缓冲区→仿真图像显示；加工控制模块根据代码检查解释加工进给信息，整个路线为：回参考点→对刀→开始加工→暂停加工→退出加工[2]。内部计算检查过程包括内部模块和外部数据输入，内部模块由NC代码检查和解释模块、代码过滤以及内部仿真计算构成。

2.2三维模型在OpenGL中的实现

在Windows平台下，基于OpenGL的应用程序要通过RC来完成绘制工作，系统图形仿真界面通过C++定义的类CRenderView来表示，其中定义了一系列三维实体绘制函数，能够完成坐标的旋转、缩放、平移等操作，动态仿真过程的运动关系取决于加工数据的即时变换，而空间切换的实现则通过矩阵元进出栈操作来实现，系统的几何建模包括刀具、机床、加工工件等实体建模，需要对零部件之间的组装关系以及几何信息的拓扑关系、描述坐标关系进行定义，因此，该系统应用于数控加工仿真的重点就是对各实体进行建模，这在实现起来存在一定的难度，需要对系统进行进一步的优化升级[3]。

3结论

仿真系统范文篇6

关键词：仿真技术电力系统

自20世纪80年代末至今，我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系统中，应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电所仿真。一般说来，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行培训、教育与培养。早期的培训大都是经过理论讲解和现场实习，通过实际操作经验的积累来完成的，这种培训方式因是在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时间长，而且有些故障只能在实际发生时才能得到实际操作的机会，致使一部分知识只有感性认识，得不到实际操作的锻炼。随着系统规模的加大、复杂程度的提高，特别是造价日益昂贵，训练时因操作不当引起的破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行安全性、可靠性事关重大。为解决这些问题，出现了培训仿真系统，模拟实际系统的工作状况和运行环境，以避免运用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价。

变电所培训仿真系统集仿真技术、图形图象技术、数据库等技术于一体，依据变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在模拟设备和二次接线图上进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学(见图1)。这种方式使变电运行人员的培训手段大大更新，提高了培训效率，缩短了培训周期。也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩短事故处理时间，从而确保电网安全、可靠、经济运行。

图1

1变电所仿真的现状

目前，我国农网中(110kV、35kV)变电所培训仿真系统主要有孤立变电所型变电培训仿真系统和考虑简单电网的变电培训仿真系统。前一种类型的变电培训仿真系统配置简单，造价相对较低；后一种不仅仿真了变电所的运行状况，而且考虑到电网和变电所之间的相互影响，该类型的变电培训仿真系统在功能上比孤立变电所型的仿真系统要强。此外，还有将无人值班变电所仿真、集控中心仿真、变电所运行管理系统结合于一体的110kV/35kV集控站培训仿真系统。考虑到仿真原理的相同性和孤立变电所型变电培训仿真系统较为简单，能够在单机上独立运行的特点，以下只对该系统进行简要介绍。

2硬件配置的基本要求

微机一台：主频PENTIUM200；32M内存；3.2G硬盘；16倍光驱；显示卡、声卡、音箱等。

3软件配置的基本要求

(1)中文视窗Windows95以上版本；

(2)多媒体仿真培训软件。

4主要功能

(1)正常操作训练：断路器操作、隔离开关操作、压板操作、保护投停、电压互感器的切换，电容器的投停等；

(2)故障演习训练：

断路器故障：拒动、误动、偷跳；

隔离开关故障：带负荷拉合隔离开关、带电合接地隔离开关；

变压器故障：包括相间短路、接地短路、匝间短路、变压器过负荷、变压器油温过高；

母线故障：母线短路、母线接地；

线路故障：近区短路、接地、断线等；

此外，还有电容器故障、继电保护故障以及其它故障等。

培训者可对设定操作任务或故障，依据系统标准操作票进行操作，系统也可在出现故障时，给予提示并指出错误要点。

(3)操作票生成与培训系统：可对线路、主变压器、母线、电容器等设备开操作票；可对学员的操作以操作票的形式记录；可对学员的操作票和标准操作票进行比较；

(4)理论知识的培训：可提供设备的图片和产品介绍；可进行二次回路图纸讲解：包括中央信号回路、电力变压器保护、电容器组保护、输电线路保护、低周减载装置等；还可进行运行规程问答、典型故障处理、经验介绍以及提供考试题库。

(5)系统维护功能：系统可根据110kV变电所的主接线方式(如：单母线接线方式、内桥接线方式、单元接线方式)和正常运行方式的差异及实际变电所的工作情况进行选择和修改，可对考试题目进行增加或修改，还可对二次接线图上的线路名称和隔离开关、断路器号进行更改，使其更加接近变电所的实际运行情况。

操作实例：

倒闸操作是变电所正常运行和检修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作过程如下：

①运行仿真软件，进行操作人员登陆。

②进行功能选择，进入倒闸操作模块，进行题目分类选择。如选择"10kV倒闸操作题目"后，屏幕上会出现一系列10kV倒闸操作题目的分项内容，用鼠标按钮进行选择，选择"纺织线002断路器停电，纺织线线路检修"(见图2)。选择题目后，可进行标准操作票预览，以便操作人员了解操作步骤后进行正确操作。可单击要点按钮，查看提示注意事项。操作练习既可在线路图上进行，也可在模拟图上进行。

图2

③依次拉开纺织线002断路器，拉开002-3隔离开关，拉开002-1隔离开关，在002-3隔离开关线路侧挂接地线(见图3)。遇到困难时，可查阅标准操作票和操作要点提示。操作完毕后，调出操作记录与标准操作票进行比较，如果在操作过程中发生误操作，系统会出现报警。

图3

④选择操作题目后，也可进入考试状态。在此状态下，系统不提供标准操作票和操作要点提示，考试时间到，系统不再进行操作记录。

5结束语

目前，110/35kV变电培训仿真系统在一些变电所已经得到应用，并取得实效。归纳起来，变电培训仿真系统具有如下的特点：

(1)计算机仿真程度高。仿真画面完全按照变电所的电力设备实物进行绘制，形象逼真。操作人员在模拟图或二次接线图上用鼠标点击元器件，即可激发元器件动作，元器件动作后仿真变电所同实际变电所情况一致。

(2)培训功能完善。不但可对变电所的正常和异常事故进行仿真，而且可提供完善的二次图讲解。对变电所的继电保护装置从动作原理到动作过程进行分步讲解，突出显示动作断路器和响应元器件，动画模仿电流轨迹。

(3)可扩充性强。仿真系统还应提供维护功能，用户可在使用过程中，按照各自变电所的实际情况进行适当的修改，使其更接近实际运行中的变电所。

仿真系统范文篇7

关键词：MATLAB；信号与系统；仿真平台；可视化；交互式；实验系统

随着计算机技术的不断更新发展，开发和设计可视化和交互式的《信号与系统》课程的虚拟实验平台成为必然[1-2]。通过设计仿真平台，可以让学生和老师以及其他用户直接地观看到仿真波形，使得大家对于较为晦涩难懂的原理有更好的理解和掌握，为教学和研究提供了诸多便利[3-6]。为此，具有强大的数学功能以及波形显示功能的MATLABGUI工具便成了最好的选择。利用MATLAB设计和开发的虚拟仿真实验平台可以为用户提供形象的仿真波形，显示不同信号在不同激励下的响应。与此同时，GUIDE工具中还含有各种控件，方便人们依据自己的需要创建具有不同功能的虚拟操作平台[7-10]。

1系统设计

系统总体设计如图1所示。

1.1系统设计原理

MATLAB是MathWork公司出品的数学软件，可以用于数据分析、信号处理、图像处理等诸多方面，该软件的交互式程序设计的环境，为本文的平台设计提供了诸多便利。其中的大量库函数也极大地便利了编程过程。在MATLAB的命令行窗口输入GUIDE即可打开GUI界面，利用里面的各个控件，可以设计出自己需要的虚拟图像，而且系统会自动生成.m文件，里面有各个控件的相关代码和回调函数，只需要在相关控件的.m文件位置输入相关代码即可，极大地便利了用户。在本平台设计过程中，首先根据《信号与系统》一书的章节内容，设计了主界面；然后通过close和run函数实现了子界面和主界面之间的跳转。对于子界面的设计，依据《信号与系统》这本书，以每个章节为单位共设计了八个子界面；在每个子界面中都有相关按钮的回调函数，使其与主界面实现跳转，这八个子界面的内容有信号与系统、傅里叶变换和系统的频域分析、连续系统的S域分析、系统的状态变量分析等诸多方面，不同的子界面对当前章的内容进行了详细的分析，对不同激励下的不同响应进行了仿真；在子界面中还可以输入不同的参数，观察波形的变化，对不同信号有更透彻的理解。系统流程如图2所示。

1.2系统设计步骤

对于主界面的设计，在MATLAB命令行窗口中，输入命令GUIDE，点击enter键打开GUI界面；然后选择静态文本的控件，双击左键对该控件进行详细的设置，其中包括背景颜色（BackgroundColor）、字符串（String）、字形大小（FontSize）等；最后拖拽该空间大小，使仿真平台界面更加美观。对于子界面的设计，首先，像设计主界面一样，对子界面进行设置，对于相关控件，利用回调函数使得系统可以对相关代码进行波形仿真；然后，利用run函数实现子界面和主界面之间的跳转，利用close函数关闭完成信号分析的子界面。

1.3系统模块设计

对于主界面的设计，是为了方便对子界面的链接和跳转，其中主要利用的是close函数和run函数。通过主界面可以更加方便地查找不同内容，对系统起到了统领作用，也为仿真平台的设计提供了系统的思路。对于子界面的设计，是基于对整本书的理解和概括总结，其中有更为详细的函数举例，通过这些具体的函数以及相关参数和不同的输入信号，分析波形及其规律，能够使学生更加具体直观地掌握《信号与系统》中的内容。

2系统测试

2.1子界面1的测试

《信号与系统》的第一章是信号与系统，主要体现信号波形与系统之间的关系。利用MATLAB对函数进行波形分析，本文选取了正弦信号、随机信号、单位冲击信号、符号信号、指数信号和三角信号这六个信号，展示了该平台对信号的仿真效果。其中，除了各个函数的代码外，主要使用了MATLAB中的plot函数，该函数的调用格式是plot（x，y），它的功能十分强大，不仅可以在调用格式的时候定义线条的颜色、粗细等，还可以同时输出多条曲线。仿真效果如图3所示。

2.2子界面2的测试

《信号与系统》的第二章是连续系统的时域分析。对于该子界面的设计，首先选取了函数y''(t)+2y'(t)+100y(t)=2x(t)，分别对其求冲击响应和零状态响应。求冲击响应时，用到了impulse函数，其作用是计算并画出系统的冲击响应；求其零状态响应时，用到了lsim（）函数，其主要作用是求系统的零状态响应。在本章中，利用lsim函数对波形进行仿真的同时，也对其线条的颜色以及粗细等进行个性化设置。其次，又选取了y''(t)+2y'(t)+y(t)=f'(t)+2f'(t)函数进行仿真。仿真效果如图4所示，在系统中设置不同颜色的仿真波形分别表示不同p值下的仿真效果，p=0.5时仿真波形为蓝线，p=0.2时仿真波形为绿线，p=0.01时仿真波形为红线。根据仿真波形可以很容易地观察到，函数lsim（）对系统响应的仿真效果与时间间隔的密集程度有很大关系，抽样时间间隔越小其仿真效果越好。

2.3子界面3的测试

《信号与系统》的第三章是离散系统的时域分析。对于该章的子界面的设计，首先选取了函数y(k)+2.3452y(k-1)+2.75y(k-2)+1.889y(k-3)+0.6488y(k-4)=0.6488x(k-4)，k>0。对于该函数，分别求其脉冲响应和零状态响应。需要注意的是，对于该函数，本文设计了输入信号，不同的输入信号对应不同的波形，如图5所示。对于第二个函数y(n)+0.75y(n-1)+0.125y(n-2)=x(n)-x(n-1)，直接设定参数，使其出现波形。

2.4子界面4的测试

《信号与系统》的第四章是傅里叶变换和系统的频域分析。根据书中的内容，对此模块主要分为两部分进行设计。第一部分是对于傅里叶变换，将其分为方波傅里叶变换和快速傅里叶变换进行仿真。为了更加方便地研究傅里叶变化，将该界面设计成为可输入幅度的形式，便于学习和研究不同幅度下的不同波形，以便学生对于傅里叶变换有更加清楚的认识。第二部分是对系统的频域分析，选取函数H(s)＝50/[(s+1)(s+5)(s-2)]进行仿真。根据仿真效果可以观察到冲击响应系统不稳定；由相位裕量可以看出，当幅值为0时，频率响应的相位大于180，所以系统不稳定。仿真效果如图6所示。

2.5子界面5的测试

《信号与系统》的第五章是连续系统的S域分析。以H(s)=1/(s3+2s2+2s+1)函数为例，分别用impulse（）函数和freqs（）函数求该系统的单位冲击响应和频率响应；最后观察该函数的仿真零极点分布图（图7），可以看到该仿真图的三个极点均位于S平面的左开平面上，所以该系统是稳定系统，故影响冲击响应的幅度和相位的是零点。子界面6是离散系统的Z域分析，对于其仿真平台的设计，与子界面5具有诸多相似之处，此处不再赘述。

2.6子界面7的测试

《信号与系统》第七章的主要内容是系统函数。对这一章也同样是分为两部分进行仿真，首先是以函数H(w)=(jw)2/[(jw)2+10jw+50]为例，求其幅度响应和相位响应，仿真结果如图8所示；然后求取RC系统电路的幅度响应。从仿真结果可以观察到，RC电路具有带通特性，随着RC值的减小，带通频率增加。

2.7子界面8的测试

《信号与系统》第八章的主要内容是系统的状态变量分析。首先需要求出离散时间系统状态方程q(k+1)=Aq(k)+Bx(k)·y(k)=Cq(k)+Dx(k)的y1(k)-12和y1(k)-6的仿真波形图；然后观察其特性；最后计算连续系统dy(t)/dt+10y(t)=2x(t)，其中x(t)=u(t)，初始状态y(0¯)=1。利用该仿真平台，可以清晰地观察到仿真效果波形图，表明该算法的系统响应在终值附近有很高的契合度，而在初值附近有较大误差。仿真效果如图9所示。

3结语

仿真系统范文篇8

［关键词］医学影像虚拟仿真系统；影像断层解剖学；虚拟教学；考核

影像断层解剖学与影像诊断学、核医学、放射医疗医学等学科有着密切联系，是现代医学重要的基础学科［1］，起着沟通基础医学与临床医学的桥梁作用，在医学教育中具有十分重要的作用和地位［2］。该课程的学习效果直接影响着未来专业课的学习。传统的考核方式主要偏向理论，容易导致学生不能将所学知识很好地与临床相结合。近年来，本校推进实施了医学影像虚拟仿真平台，在医学影像理论和实践教学研究方面提供了新的研究思路和解决方案［3］。本研究采用基于医学影像虚拟仿真平台的考核系统（以下简称虚拟仿真考核系统），建立影像断层解剖学题库，全面覆盖考点，以理论内容与实际影像图片检查相结合的方式，帮助学生构建良好的影像空间感及建立“整体－断层－整体”的影像思维方式［4］，实现了以临床实践能力为导向的考核目标。

1资料与方法

1．1一般资料选取锦州医科大学2015、2016级五年制医学影像专业学生177人作为研究对象，其中2016级作为观察组，2015级作为对照组。2组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0．05）。1．2方法2组由同一教师授课，对照组采用传统考核方法，利用纸质试卷进行答题。观察组采用虚拟仿真考核系统进行考核。按照影像断层解剖学不同章节建立题库，每个章节根据教学大纲重点、难点比例选取影像图片，要求考点题目图片清晰、结构明确。每个章节编辑题目数不低于200个，选取的影像图片数不低于400个，上传到虚拟仿真考核系统后，根据考点编辑题目。试题难度按照比例分配，中等难度占50％，低难度占25％，高难度占25％。考试题型主要包括单选题、填空题、名词解释题、简答题。将编辑后的题目进行分类汇总，建立抽题系统，并结合雨课堂等手机软件建立线上、线下考核系统。2组考核题型一致，试题难度经教研室专家组评测一致，均为100道题，答题时间为2h，分值均为100分。2组试卷主观题部分由相同教师阅卷，统计2组考核成绩。在考核结束后，采用调查问卷调查学生对考核方式的满意度，包括教学匹配度较好、有利于实践应用、能减轻复习难度、有效反应所学知识，其中非常满意为10分，比较满意为7．5分，一般为5分，比较不满意为2．5分，非常不满意为0分。本次调查共发放问卷177份，回收有效问卷177份，有效回收率为100％。1．3统计学处理采用SPSS22．0软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示，组间比较采用t检验。P＜0．05为差异有统计学意义。

2结果

观察组考核成绩为（84．75±5．48）分，明显高于对照组的（71．03±7．03）分，差异有统计学意义（P＜0．05）。2组考核方式满意度比较，差异有统计学意义（P＜0．05）。见表1。

3讨论

仿真系统范文篇9

关键词：数控；仿真软件系统；教学效果

在数控实习教学工作中，应根据实际情况选择应用数控仿真软件系统。选择与实际需要相符合的软件，能在很大程度上加强数控学科教学效果。在实际操作过程中，有效掌握数控仿真软件系统所适合的应用对象及整体范围，能帮助数控学科教师更好地对教学内容进行优化与完善，提升教学效果。通过多年积累的实际教学经验得出，宇龙数控仿真软件系统应用在数控学科的教学工作中，既能改善教学实践环节资金不足的问题，又能使理论知识与实际操作完美结合，激发学生在数控操作方面的主观能动性，提高学生的实际操作能力，并且在不断训练的过程中加强操作熟练度。数控仿真软件系统在教学工作中的运用，对于教学方法来讲是一次重要的改革，通过这种方式展开教学工作，在很大程度上减少了数控教学工作所需要花费的经济成本，并且对过去所应用的传统教学方法做出了进一步的优化，使原本抽象的问题变得更加形象。

1当前数控教学分析

从目前的实际情况来看，数控这一学科已成为各职业院校普遍重视的专业。从根本上讲，数控学科的学习是重视实践作用的，只有通过不断的实际操作，才能将数控的相关理论知识确实有效地转变成能实际应用在操作中的数控技术。数控技术在实际运用时一定要通过机床，因此，具备实践活动能力的课堂教学一定要保证有足够的硬件设备供学生进行实际操作。虽说目前职业院校在国家政策支持的背景之下引进了一些数控硬件设备，但从根本上讲，学校是进行新型人才培养的平台，并不能只注重数控教学的相关服务，因此在硬件设备的购买方面、以及学校内部教学场地不足方面都对数控技术的实际操作教学造成了一定的阻碍。同时，数控硬件设备需要操作人员自身能力较高，学生属于数控技术的初学者，暂时还没有全方位掌握数控技术的操作方法，在此基础上，直接在机床进行操作很容易造成硬件设备损坏。对此，为了保证学生实际操作的安全性以及学校方面的经济投入，越来越多的职业院校运用数控仿真软件系统与实际机床操作相结合的方法进行数控学科的教学。

2仿真软件系统在数控教学中的重要性

在数控学科教学工作中应用仿真软件系统，在很大程度上对教学模式的进步与发展起到了有力的推进作用，使过去过于重视理论知识的教学方法得到进一步的优化与完善。在过去的数控教学过程中，如果课程涉及到实际操作，学生只有通过现象的方式进行理解，教师在讲解的过程中由于缺少教学设备，也存在着纸上谈兵的问题，因此学生很难有效理解数控技术的难点，教学效果存在着明显的不足。除此以外，因为学校内部的整体环境不佳，学生的数量与数控机床的数量不成比例，难以保证学生实际操作的时间，而且学生如果在经验不足的情况下操作机床，很容易对机床甚至对自身的安全造成损伤。运用数控仿真软件系统进行辅助教学后，上述问题得到了明显的解决，大大提升了教学效果。

3运用数控仿真软件系统教学的优势

3.1解决硬件设备短缺问题、降低教学成本。因为数控机床设备的价格较高，而且有很多类型，学生在学习过程中仅仅依靠机床进行操作练习，学校要对此投入庞大资金，而且在操作练习中对硬件设备的消耗也不可忽视。而运用数控仿真软件系统后，把很大一部分操作练习放在机房中进行，通过这种方式，学生不仅有更多的操作练习时间，加强数控机床操作的熟练性，而且还可以减少经济成本，对硬件设备的损耗可以忽略不计，既节省各种材料的损耗，也降低各种能源的消耗，大幅度减少教学投入的经济成本。除此以外，软件系统的安装过程比较简单，实际操作也较为简单，对学校内部空间的占用也只是机房的那一小部分，日常维护工作费用也较少。通过这种方式，解决了学校内部学生多、数控设备少的问题，增加学生练习时间，教学效果事半功倍。3.2更高的安全性、更适合学生学习。运用宇龙数控仿真软件系统进行数控课程教学后，学生的大部分实际操作都可以通过虚拟软件系统完成，解决了安全方面的隐患问题，也不会由于学生的操作失误而损坏机床设备，甚至对人身安全造成影响，而且数控仿真软件系统还能对程序进行自动检测，学生如果在程序编写上出现错误，系统能对其进行纠正，使学生更好地掌握数控知识，也减少了教师的工作强度。学生由于缺少实际操作经验，如果在训练过程中直接在机床设备上操作，很有可能对机床以及材料造成较大的耗费，而运用数控仿真软件系统则从根本上解决了这一问题。3.3提高教学效果、教师授课更加方便。运用数控仿真软件系统进行数控课程教学时，可以运用系统的网络功能，为教师与学生提供交流互动平台，教师操作过程中，每位学生都可以在屏幕上直接观察到，使教学工作的互动得到保证。同时，教师也可以在第一时间了解学生的操作，并对其不足之处做出指正。3.4降低实际操作中的出错概率学生可以在实际运用机床操作前，先通过数控仿真软件系统对自己编写的程序进行检查测试，数控仿真软件系统将加工实际过程模拟出来，大大降低了不必要的时间浪费。而且学生还可以通过数控仿真软件系统更加直观地观察具体加工过程，找出不足之处，降低实际操作中的出错概率。

4数控仿真软件系统在教学中存在的问题及应对措施

4.1对软件系统过分依赖、编程水平得不到提升。数控课程在进行机床操作教学过程中，零件编程的学习是重中之重的，也是一个教学难题，如果学生无法独立进行程序的编写，就无法进行进一步的操作。过去应用的数控教学方案，是教师持续运用典型的零件举例设题，对其加工工艺进行全方位分析，教师以此为基础为学生讲解每一类型代码的具体含义，学生理解后，通过代码进行加工程序的编写操作。运用数控软件系统教学后，学生在教师的引导下使用仿真软件程序，在此基础上自动进行加工程序的生成。在这种的情况下，学生仅仅了解代码生成的过程，无法深入理解其根本含义，模拟系统操作的程序大部分都是标准的，学生不需要通过自身理解进行编写。而运用手方式工编程，必须经过长时间的学习与研究才能掌握。而在企业生产过程中，部分企业内部缺少编程仿真的软件系统，如果过分依赖系统编程，学生参加工作后就会受到很大限制。因此，全方位掌握数控软件系统，要求学生将自动编程及自助手工编程进行科学合理的结合，需要教师引导学生们进行长时间的训练，不断积累经验。4.2重仿真、轻实训。将新型数控仿真软件系统运用到数控课程的教学工作，从根本上对传统教学方法做出了有效的优化与完善，为教师与学生之间的交流提供了更多便利，可以帮助学生更好的掌握数控加工操作技能。但从实际情况来看，数控仿真软件系统的应用还存在着一些局限，因为它不能把每个可能全方位地设想出来，与实际加工操作存在一些差异，使其无法完全替代实际机床操作，学生的实际操作训练及实践经验的积累依然相当重要。如果在数控课程教学中过分依赖仿真软件系统，甚至完全应用软件来进行编程训练，学生很可能只是纸上谈兵，无法熟练掌握实际操作技能，与预期教学效果存在较大差距。从根本上讲，数控仿真软件系统并不是真正的机床加工，不可能在每个方面都替代实际训练教学方法，特别是技能训练。

5结束语

使用数控仿真软件可以熟悉机床加工的各种方法，使学生掌握数控理论的同时提升学习兴趣，使课堂教学更加生动，教学效果明显，减轻教师的劳动强度，降低工件材料消耗，节省实践环节的培训成本，提高学生的机床操作能力。数控仿真软件将数控编程和实践操作有机结合在一起，通过做中学、学中做，提升数控人才培训效率。数控仿真软件存在优点也有缺点，教师应灵活掌握运用，在模拟仿真过程中，可以设计出实际工作中可能发生的多种变化，使其在实践教学中更好地发挥，例如正确处理事故、故障、生产中出现的突发情况等，提高学生发现问题和解决问题的能力，全面训练学生的岗位技能。但仿真与实际操作之间还是存在一定的差距，不能相互替代。只有将数控仿真软件与学生的实践训练有机结合，采取积极主动的应对措施，才能获得理想的教学效果。

参考文献

［1］马永青，郇新.数控仿真系统在数控教学中的应用［J］.潍坊工程职业学院学报，2008，21（4）：41-43.

［2］刘文霞，张遵丰.数控仿真系统在数控教学中的应用［J］.中国现代教育装备，2009（8X）：46-47.

仿真系统范文篇10

1PSCAD电力系统仿真分析软件

PSCAD的概念最初是在1988年被提出,针对Windows系统的PSCAD是在1999年才[4]。目前已成为世界上功能最强大和广泛使用的电力系统仿真软件。PSCAD包括绘图功能、仪表和控制,允许用户以图形化的方式建立电力系统电路,进行仿真后对结果进行分析,还可以使用户在仿真运行中改变参数,对仿真过程进行观测等。PSCAD具备电力系统中从简单无源元件和控制功能到更加复杂的电动机、柔性交流输电设备和输电线路等设备的模型,这些模型都是经过已经编程和测试的仿真模型。如果搭建的电力系统仿真模型中,没有所需的特殊模型,PSCAD可以提供给用户自建模型。PSCAD设有主元件库,提供常用的模型有:(1)无源元件(Passive),包括电阻、电感、电容、固定/可变负载、电抗器和避雷器等;(2)电源(Source),包括电压源、电流源和光伏电源等;(3)仪表(Meters),包括频率/相位/有效值测量表、电压表和电流表等;(4)I/O设备(I/O_Devices),包括数据的导入和导出、其他软件接口和多重运行等;(5)变压器(Transformers),包括单相双/三绕组、三相双/三/四绕组和自耦变压器等;(6)断路器故障(Breakers_Faults),包括单/三相断路器及其定时控制逻辑、模拟单相和三相故障及其定时控制逻辑等;(7)输电线路电缆(Tlines_Cables),包括导纳/阻抗数据或导体/绝缘属性、地阻抗数据以及所有塔和导体的几何位置、电气接口元件等;(8)电动机(Machines),包括笼型感应电动机、绕线感应电动机、同步电动机以及励磁机、调速器、水轮机、汽轮机、风力机和内燃机等;(9)控制元件(ControlSystemsModelingFunctions),包括线性和非线性控制元件;(10)保护(Protection),包括保护信号的采集、监测和继电保护模型等;(11)其他元件(Miscellaneous),包括文件引用/读取、输入输出和节点等。PSCAD仿真软件可以用来仿真模拟进行电力系统中元件参数及其物理含义、电力系统对称和不对称故障仿真、电力系统简单和复杂潮流计算以及有功和无功功率控制等,还可以将电力系统与电力电子结合起来,比如新能源发电技术的应用和电能质量(SVC、STATCOM)的应用等。学生通过自己搭建部分模型,可以亲自操作。

2电力系统仿真实例

电力系统实习主要是去发电厂、变电站等,这些单位出于安全的需要,不会让学生参与实际的操作,往往是只能看。以电力系统故障为例,学生到现场不能体验到故障发生和处理过程,像电力单位的一些工作多年的专业人员,碰到事故和处理事故时,也可能会不知所措。一些高校通过购买专业的物理模拟仿真系统,但这些花费很高、场地大,对于该校现有的资源不可能满足。所以,电力系统中的故障,特别是单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路的横向故障,通过PSCAD仿真软件可以模拟故障发生和恢复后各个量的变化。因篇幅有限,这里仅对电力系统横向故障中的三相短路进行介绍。PSCAD软件电力系统仿真软件计算机需求:(1)MicrosoftWindowsVista或Windows7操作系统,32bit或64bit;(2)附件软件IntelFortanComposerXE20112,Microsoft.NETFramwork4.0Full3,MicrosoftVisualC++2010Redistributables;首先通过讲解PSCAD的基本知识,然后设置相关的任务要求,最后以学生为中心,自己动手搭建35kV单侧电源输电系统,如图1所示。其中BAK为断路器,Tline和Tline1的长度均为20km,每公里电抗为0.4Ω的架空线路。负载的有功功率为15MW,无功功率为5MVAR。升压变压器为三角型/星型接法,降压变压器为星型/三角形接法。通过FAULTS模块设置故障,TimedFaultLogic模块设置故障发生时间为0.08s,故障持续时间为0.04s。采用工程研究方法,通过分析数字仿真结果,找出其内在规律,然后再通过理论进行分析,对比在不同量的变化下,电力系统相关量的变化,这样可以有助于学生加深对电力系统故障知识的理解。三相短路故障时电力系统中最严重的故障,以该故障为例对其进行仿真分析。发生三相短路故障时,电源端的三相电压电流波形和故障点的三相电压、三相电流波形如图2所示。由图2可知,发生三相短路故障时,电源端的三相电压只有微小的波动,没有发生显著的变化;电源端的三相电流幅值增大,A相电流呈整体上升趋势,B相和C相电流呈整体下降趋势。故障点电压由于发生三相短路,电压均为0V,当故障切除后,三相电压发生暂态波动,但很快就恢复到正弦变化;在故障发生前,由于故障发生器处于断开状态,因此故障点处的三相电流均为0A,在发生三相短路故障后,由于闭合时有初始输入量和初始状态量,故障点三相幅值都变大,并且A相电流波形上移,C相电流波形下移,在故障排除后,三相电流迅速变为0A。通过电力系统仿真,可以产生如下实习效果:(1)加深了专业理论知识,理论联系实际,有助于学生提高计算机应用、查找文献、分析问题和解决问题的能力;(2)对于电力系统更为复杂的建模系统,学生可以组成团队进行建模,培养团队合作和创新精神;(3)提高了学生学习的积极性,学生根据布置的任务主动去学习,激发了学生学习的欲望,每处理完一个小问题他们感到很有成就感。以上这些都为以后的工作和研究打下坚实的基础。

3结语

通过上述PSCAD电力系统三相短路故障仿真分析,可以看出仿真实验不受场地和实际操作的限制,建模简单,易操作,仿真波形生动、丰富和直观,不仅使学生更好地学习掌握电力系统三相短路故障的原理和现象,还可以激发学生学习的乐趣,弥补了实验室条件的限制。该软件已用于电力系统分析实习过程中,通过学生反馈的情况,采用该方法可以提高学生学习的主动积极性。由于第一次设置该仿真实习,在实习过程中,也有一些今后需要注意的问题,比如实验室电脑配置需进一步提高,教师要多建立一些复杂的系统,同时还要主动跟现场的人员多多交流,使仿真模型更贴近实际。

作者:罗朋 杨燕霞 单位:广东海洋大学电子与信息工程学院

参考文献

[1]李广凯,李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报,2005,27(3):61-65.

[2]卫志农,缪新民,王华伟,等.基于PSCAD-MATALB联合调用的高压直流控制系统参数优化[J].高电压技术,2014,40(8):2449-2455.