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(一)摘要]计算机仿真是指通过实验模型去研究一个已经存在的或者正在
设计
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的系统的过程。仿真实验不仅是对实验原型的再现,而且是按照实验的侧重点对模型进行研究,最终建立在模型系统上的实验技术。关键词]仿真实验实验教学一、计算机仿真计算机仿真就是将一个描述实际系统的数学模型通过第二次模型化,变成一个能够采用计算机运算求解的仿真模型,并在计算机内进行运转的过程,以此获得有关实际系统的定量信息、数据或资料,深化对实际系统的认识和研究。计算机仿真的全过程:①建立描述实际系统的数学模型。②经二次模型化建立仿真模型。③仿真模型在计算机内运行,有必要再根据技术要求修改仿真模型并校验。④
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仿真运行结果,为研究、分析,设计和调整所研究的实际系统提供可靠的信息、数据。根据仿真中所采用的计算机类型的不同,计算机仿真可分为模拟仿真和数字仿真。1.模拟仿真模拟仿真是采用模拟计算机作为仿真工具进行仿真,模拟计算机是一种连续变量的解算装置。它将被研究系统的各种物理量用机器电压来
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示,通过由模拟电子器件构成的各种运算部件,进行模拟量的连续解算。模拟仿真时,首先根据所研究系统的数学模型,用连续积分、降阶求解的方法变成仿真模型——模拟结构图,再选择合适的变量幅值比例尺,使实际系统变量与机器电压之间建立数量上的折算关系,然后将计算机中有关的运算部件按比例尺化后的模拟结构图进行连接。通过上机调试、运行,获得仿真结果。模拟仿真的突出特点是仿真结果非常接近于实际系统的真实情况。这是因为模拟计算机采用机器电压代表实际系统的变量参加运算和输出结果,它是一个有正、负极性和连续变化的量,用它来描述连续系统的动态过程就显得逼真,和真实系统在测试设备上观察到的波形几乎完全相同。此外,模拟计算机运算部件采用的电路及所用的信号很简单,人们可以通过系数电位器的设置、调节和运算部件连接关系的改变,方便而迅速地改变系统的参数和修改系统的仿真模型,人机联系很方便。2.数字仿真数字仿真是使用数字计算机作为仿真工具进行仿真。数字计算机是一种离散量的计算装置,它将实际系统数学模型中连续变化的物理量离散成一组组二进制码表示的数字量,经过机器码的运算求得数学模型的解答,输出一组组时间离散节点上的数值解答。数字仿真的大致过程:①建立被仿真系统的数学模型。②将数学模型经数值计算方法改造成仿真模型。③编写仿真程序。④键入并运行仿真程序,获得仿真结果。二、仿真实验在教学中的应用仿真实验是开放式实验教学的重要资源组成。所谓“仿真实验”,是相对于实物实验而言的,两者的主要差别在于:实验过程中所触及的对象与事物是否真实。在实物实验中所采用的实验工具、实验对象都是以实物形态出现的;而在仿真实验中,不存在实物形态的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟的实验仪器及设备进行操作。仿真实验虽然难以达到与实物实验完全一样的程度,但其良好的教学效果仍显而易见,其表现如下。
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