計算機維護實操仿真技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用探討

馬一寧 鞠耀東 岑曦

??隨著電子計算機的大量普及，信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能教育的蓬勃興起，職業(yè)院校也在不斷改進教學(xué)方法，應(yīng)用仿真軟件來優(yōu)化電子專業(yè)教學(xué)也成為一種可能。這將會給職業(yè)學(xué)校節(jié)約大量的物力、財力、人力，實現(xiàn)了既環(huán)保，有直觀高效的課堂教學(xué)。本文筆者就以電子專業(yè)課堂教學(xué)為切入口，探討仿真軟件在電子專業(yè)課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

電子專業(yè);仿真軟件;課堂教學(xué);計算機

電力電子技術(shù)是自動化專業(yè)必修的專業(yè)課程之一。它對學(xué)生的基礎(chǔ)知識面要求很寬，理論性強，涉及控制、電力和電子等方面的課程;課程里面的電路和運算非常多，而且電路工作原理復(fù)雜，運算繁瑣，因此學(xué)生學(xué)習(xí)起來特別吃力。對于這門課的特點，在課堂教學(xué)過程中引入計算機仿真，不僅可以解決學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程困難的問題，而且在電力電子技術(shù)相關(guān)的畢業(yè)綜合實訓(xùn)中，使學(xué)生可以利用相關(guān)軟件解決實際問題。近些年來，計算機仿真軟件在電力電力行業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多，并且取得了一定的成效。大量事實證明，計算機仿真軟件的應(yīng)用為電力電子控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了有效的仿真環(huán)境，在很大程度上促進了電子電力技術(shù)的長遠發(fā)展。因此本文嘗試通過課堂教學(xué)的一些改革，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，達到培養(yǎng)應(yīng)用型工程人才的要求。

自從約翰·馮·諾依曼發(fā)明了計算機，它就成為了我們最先進的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，對人類的工作和生活都產(chǎn)生了非常重要的影響，帶動了全球范圍的技術(shù)進步，成為了社會信息中不可缺少的工具，并且現(xiàn)在也在不斷的發(fā)展，相信以后會越來越好。

計算機可以進行數(shù)值計算、邏輯計算及信息儲存功能，它是可以按照程序進行的智能電子設(shè)備，為我們的生活提供了很大的幫助。計算機之所以能被我們有效的運用是與其有效特點分不開的，它具有運算速度快、計算精確度高、強大的邏輯判斷能力及自動控制能力等優(yōu)勢。現(xiàn)在的計算機系統(tǒng)在計算的時候可以達到每秒萬億次，對于比較復(fù)雜的科學(xué)計算問題能有效的解決掉，以前對于復(fù)雜的計算問題要用到的時間長達幾個月，有時候幾個月還不能完全解決，現(xiàn)在有了計算機能很好地解決掉這個問題，只需要幾分鐘就能很好的解決，對人類的未來發(fā)展得到有效的提高。

計算機的運用已經(jīng)廣泛的體現(xiàn)在人們的生活中，例如：路由器、筆記本電腦、智能手機等。路由器是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)計算機，有效為我們的生活提供了方便。

電力電子技術(shù)在人們生活和工作中的應(yīng)用也較為廣泛，對電力電子技術(shù)進行不斷創(chuàng)新可以顯著改善人們的生活狀態(tài)，進而促進經(jīng)濟社會的發(fā)展。在現(xiàn)代社會中，人們無論處在何時何地都離不開電能的支持，人們的工作將無法開展，人們的生活將回到原始時代，所以，電能是人類賴以生存發(fā)展的重要能源。電力電子技術(shù)是現(xiàn)代電氣工程發(fā)展的重要組成部分，行業(yè)內(nèi)通常將晶閘管的成功研發(fā)作為電力電子技術(shù)的發(fā)端，之后又陸續(xù)研發(fā)出電力雙極型晶體管等技術(shù)的出現(xiàn)更加完善了電力電子技術(shù)的發(fā)展，給電力電子技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了更加廣闊的發(fā)展空間。通過電力電子技術(shù)可以實現(xiàn)工業(yè)電能形式的轉(zhuǎn)化，讓電能的應(yīng)用更加合理高效，顯著提高了電能的使用效率。電力電子技術(shù)的高頻化處理可以讓工業(yè)中的機電設(shè)備逐漸向高頻化和微型化方向發(fā)展，降低了工作人員的工作量，顯著提高了工作效率，極大促進了工業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，尤其是信息技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，使得計算機仿真技術(shù)也在不斷地更新，計算機的有效運用也為人們提供了更好的思路，對于計算機仿真軟件的發(fā)明更是提高了生活質(zhì)量，促進生活的有效運行。

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，對于大系統(tǒng)可以有限的研究。所謂仿真，就是對一些系統(tǒng)屬性的逼真，從而達到有效處理的目的。仿真也是要有效的解決有關(guān)問題的，既需要處理系統(tǒng)的有關(guān)問題，也要處理需求者的有關(guān)問題。

傳統(tǒng)的仿真軟件是一種反復(fù)進行的過程，抽象出一種模型，然后輸入進行實驗，由試驗者來說出實驗結(jié)果，根據(jù)判斷的情況來對實驗?zāi)Ｐ瓦M行不斷的改變，一直到認為這種模型能為試驗者對客觀系統(tǒng)的仿真目的為止。這種仿真軟件常用于仿真機等，有效地提高了我們的生活質(zhì)量。

西麥科技實訓(xùn)云采用前沿的技術(shù)，結(jié)合當代網(wǎng)絡(luò)教育的實際困境，有針對性的設(shè)計出一代教學(xué)方案-實訓(xùn)云系統(tǒng)。實訓(xùn)云提供課程、挑戰(zhàn)和考試等多元化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并根據(jù)需要部署云主機資源池，啟動虛擬機并通過網(wǎng)絡(luò)交付給云終端，實現(xiàn)課程環(huán)境的搭建，可供用戶體驗更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。實訓(xùn)云將云計算和教育場景、教育方案結(jié)合在一起，提供全面的教學(xué)管理功能。與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式相比，在線學(xué)習(xí)具有高效、快捷、方便傳播的特點，為學(xué)員、老師帶來極大的便利。

西麥實訓(xùn)云系統(tǒng)是一款功能全面的電子仿真軟件，該軟件里保護了多種模型數(shù)據(jù)，不需要學(xué)生自己去網(wǎng)上搜索數(shù)據(jù)，可以直接從軟件內(nèi)部搜索使用，只需要設(shè)置一個編碼器，就可以應(yīng)用軟件進行仿真實驗了，因為該軟件保護數(shù)據(jù)多，所以已經(jīng)在課堂上廣泛應(yīng)用，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，為教師提供了更多可參考的授課素材。

運用仿真軟件設(shè)計的實驗圖像清晰直觀，便于學(xué)生理解。用鼠標移動對應(yīng)的功能模塊，然后只要根據(jù)電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系進行連接就可以得到想要的效果，操作十分簡單不繁瑣，與電力電力技術(shù)結(jié)合的非常緊密，對操作用戶的要求極低，只需要掌握基礎(chǔ)的計算機操作和電力電子的理論技術(shù)就可以熟練應(yīng)用。更加容易被大眾接受。電路圖的清晰程度一直都是影響電子專業(yè)學(xué)生學(xué)校成效的關(guān)鍵因素。過去教學(xué)中，很多高校以及高職院校也多次嘗試應(yīng)用其他軟件來解決電路圖清晰問題，但效果都不明顯，直到虛擬仿真軟件的出現(xiàn)，為我們教學(xué)者解決了這一難題。

學(xué)員可以根據(jù)自己的喜好選擇想要學(xué)習(xí)的課程，并添加到【課程管理】之中，若課程發(fā)布，則可以直接通過客戶端端進入課程學(xué)習(xí)，在課程結(jié)束之后，可以通過軟件自帶的特色化實訓(xùn)功能，將課程與實驗進行關(guān)聯(lián)，增加學(xué)員在課程上的實操能力，深入了解課程內(nèi)容。

在課程學(xué)習(xí)完成之后，可以通過軟件自帶的考試模塊，對學(xué)員自身的整體學(xué)習(xí)程度進行考核，試題題型分為：可選擇單選題、多選題、判斷題、填空題和簡單題。已勾選的題型會在考試頁面顯示對應(yīng)試題，已添加試題但未添加試題題型，則不在考試頁面中顯示。試題來源分為：實驗題、題庫、歷史考試、新建，支持多來源試題，加入試題更加方便，支持試題的多次使用。老師也可以通過自帶的編輯分數(shù)對已選擇題型的題目需編輯分數(shù)，支持批量添加和單項添加，打分更便捷。

仿真軟件功能很多，比如可以 3D 模擬出真實電子線路，結(jié)合數(shù)字技術(shù)真實再現(xiàn)。開發(fā)者設(shè)計仿真軟件時，就在其器件庫里儲存了大量大公司的元器件和集成電路，教師和學(xué)生可以利用虛擬測試器直觀地觀察電路運行狀態(tài)好結(jié)果，教師也可以一邊講解理論知識，一邊讓學(xué)生直觀看電路圖的某個位置，將文字知識與圖像結(jié)合起來教學(xué)，加深學(xué)生對理論知識的理解，從而利用計算機處理速度的優(yōu)勢，再計算結(jié)果，學(xué)生則可以看到實驗的整個過程。當然，仿真軟件還有一大優(yōu)勢就是學(xué)生做實驗不再受空間限制，以往學(xué)生可以必須到實驗室才能完成的工作，限制學(xué)生可以在實訓(xùn)室、宿舍電腦里隨時模擬。可見，仿真軟件對于電子專業(yè)教學(xué)有非常重要的助推作用。

在實際電路設(shè)計前，可以進行多次修改參數(shù)，元件等等，并進行反復(fù)的對照和實驗，可以較少實際實驗中的操作繁瑣度，縮短實際實驗時間。其次，使用計算機仿真軟件，可以減少測量元件的過程，一方面減少了原件的損耗，另一方面可以快速進行實驗，最好在計算機仿真軟件中盡可能的模擬實際模型。

電子專業(yè)課程實踐性矯情，如果教師單純依靠課堂理論知識傳授和課程內(nèi)容設(shè)計的實驗來完成教學(xué)是遠遠無法提升學(xué)生實踐技能的，因為學(xué)生只有在大量實踐訓(xùn)練中才可能真正將理論知識轉(zhuǎn)化為實際技能。仿真軟件就可以成為指導(dǎo)學(xué)生自主模擬和設(shè)計實驗的“導(dǎo)師”，學(xué)生完成理論學(xué)習(xí)后，教師可以讓學(xué)生結(jié)合仿真軟件來設(shè)計電路，又不懂的可以問老師，也可以借助仿真軟件自主學(xué)習(xí)。如此一來，極大地提高了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)造能力。

實驗數(shù)據(jù)誤差的產(chǎn)生與試驗中參數(shù)一致性差有著密不可分的關(guān)系，而單純的工具測量，難以精準，且次數(shù)受到限制，不能進行大量的數(shù)據(jù)測量，但是可以通過引入計算機仿真軟件，可以對參數(shù)的觀察更加細致，同時減少了誤差，除此之外，計算機仿真軟件，可以不用在實驗時不停的更替元件，進行冗雜的操作，在較短的時間內(nèi)觀察較多的曲線變化，通過改變部分電路的參數(shù)， 進一步觀察其它數(shù)據(jù)的變化以及數(shù)據(jù)曲線的變化，從中觀察到電路的變化，通過對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，進而更好地學(xué)習(xí)和掌握電力電子技術(shù)的技巧。

西麥實訓(xùn)云系統(tǒng)是一款功能全面的電子仿真軟件，包括很多專業(yè)的課程：數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬化等這些方面。

例如需要系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)Boost功率因數(shù)校正電路完成模擬訓(xùn)練，首先可以利用系統(tǒng)設(shè)計單相Boost功率因數(shù)校正電路圖見圖1。

Boost變換器在“電力電子技術(shù)”中的作用是升壓的功能，在電子電路中應(yīng)用最多。作為功率因數(shù)校正裝置使用，比如開關(guān)電源作為市電和后級變換電路的中間電路，作用是提高變換器的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)效率。單相Boost功率因數(shù)校正電路的基本原理是利用控制電路強迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形而實現(xiàn)交流輸入電流的正弦化，并與輸入電壓同步。因此，在學(xué)習(xí)Boost變換器的時候，教師不僅要讓學(xué)生知道Boost變換器的升壓作用，因為這是所有電力電子技術(shù)書籍中的理論知識點，更重要的是要讓學(xué)生了解Boost變換器在電子電路中的實際應(yīng)用，這樣才能使學(xué)生知道學(xué)習(xí)這個知識點在以后的工作當中有非常重要的作用。既能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能使學(xué)生加深對知識點的理解。

單相Boost功率因數(shù)校正電路中的控制器采用TI/Unitrode公司的UC3854芯片。可以在系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)庫中選取UC3854芯片，然后根據(jù)系統(tǒng)給的實際參數(shù)設(shè)計基于UC3854的模擬控制電路結(jié)構(gòu)方框圖見圖2。

圖2中Boost變換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，其電感電流就是輸入電流。電感電流被采樣并被控制，其幅值與輸入電壓同相位的正弦參考信號成正比，從而達到功率因數(shù)校正的目的;乘法器方式PFC電路還可以根據(jù)輸出電壓反饋信號，利用一個乘法器電路來控制正弦參考電流信號，從而獲得可調(diào)整的輸出電壓;同時，也具有輸出電壓的平均值。實際上，模擬控制器可以概括為內(nèi)環(huán)電流環(huán)和外環(huán)電壓環(huán)兩個控制環(huán)。內(nèi)環(huán)電流環(huán)的作用是使輸入電流跟蹤輸入電壓，外環(huán)電壓環(huán)的作用是穩(wěn)定輸出電壓。

電路圖設(shè)計完成之后，可以在根據(jù)系統(tǒng)給到的部分實際數(shù)據(jù)，進行仿真實驗，以此來加深對知識的掌握度。

現(xiàn)如今，除了在電氣電路領(lǐng)域被廣泛運用，在部分領(lǐng)域也會有液壓機、氣壓機等作為主要模擬設(shè)備，后來漸漸的發(fā)展，使得仿真機不斷的運用到其中。現(xiàn)在以數(shù)字機為主機的各種各樣專用和通用仿真機得到普遍運用，隨著科技的不斷發(fā)展，更高層次的數(shù)字模擬仿真機和智能仿真機在整合集成數(shù)字仿真和模擬仿真優(yōu)勢的基礎(chǔ)上誕生了，這為人們的仿真跨出了重要的一步。

計算機仿真技術(shù)的使用使得人們在生活中也更加便捷，在未來發(fā)展過程中還需要對其進行更進一步的發(fā)展，為人類的生活提供更方便的途徑。仿真技術(shù)的有效運行也使得電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，造就現(xiàn)在電能的不斷使用，也會使得人類對電力的使用更加方便。

[1]榮軍， 萬軍華， 陳曦， et al. 計算機仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)難點中的應(yīng)用[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2012， 29（8）：103-105.

[2]艾青， 李時東. 仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 科技與創(chuàng)新， 2017（22）：53-55.

[3]王帥. 試論計算機操作系統(tǒng)維護中還原技術(shù)的應(yīng)用[J]. 技術(shù)與市場， 2017（9）.

[4]李衛(wèi). 還原技術(shù)在計算機操作系統(tǒng)維護中的應(yīng)用研究[J]. 數(shù)字通信世界， 2018， No.164（08）：194.

[5]姚杰. 仿真技術(shù)在汽車檢測與維修教學(xué)中的應(yīng)用初探[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2018， v.15;No.434（02）：232+234.

[6]王豫. 計算機仿真在斷路器操作機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 時代農(nóng)機， 2017， 44（5）：25-26.

[7]陶玉梅， 賈景譜. 淺析計算機仿真軟件在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用[J]. 通訊世界， 2017（3）.