仿真軟件

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仿真軟件范文第1篇

【 關鍵詞 】 差分功耗分析；功耗分析仿真軟件；高階功耗分析

【 中圖分類號 】 TP311.52 【 文獻標識碼 】 J

1 引言

自P. Kocher提出功耗分析概念以來，在功耗分析實施過程中的功耗采集、功耗軌跡生成、功耗分析攻擊三個主要實現環節中，只有功耗分析攻擊的討論最為深入。究其原因，功耗采集、軌跡生成都有固定的方案可循。而功耗分析攻擊涉及到密碼算法及其運行過程中一切數據的變化和中間值的估計，必然會復雜和深入得多。一般，功耗分析攻擊都是在加密設備的物理硬件平臺上完成。對加密芯片設計者而言，所設計的算法軟件和其他方面的設計必須在樣品設備制造出來之后才能測試驗證。對一個已經設計并付諸生產的嵌入式加密芯片而言，后期的驗證已經來不及對其進行結構上的調整和修正，且測試周期長，代價高。因此，如能設計一個好的功耗分析仿真軟件，不需要搭建硬件實驗環境和物理目標設備，通過軟件仿真硬件功耗消耗，執行功耗分析攻擊，能仿真多種加密算法在多種類型加密設備上進行測試，并能及時反饋所用攻擊方法及防御方法的性能和效果，具有極大的實用價值。

1.1 功耗分析仿真軟件研究現狀

到目前為止，國內外對功耗分析方法的研究仍屬于探索和起步階段。

2003年Einhoven大學的ECSS研究小組設計和開發一種基于功耗泄露攻擊的仿真試驗平臺PINPAS，該仿真平臺能對AES，ECC算法在內的密碼算法的功耗泄露進行仿真。PINPAS仿真平臺實現了簡單功耗分析攻擊、一階差分功耗分析攻擊。

2004年劍橋大學的EMA項目組以電磁輻射攻擊為背景展開相關研究，通過對密碼芯片運算時的電磁泄露進行建模，在設計階段對密碼芯片進行電磁分析。EMA項目開發了一套電磁攻擊的仿真實驗環境，能處理簡單電磁攻擊和差分電磁攻擊。

2005年清華大學的研究人員提出一種功耗分析模擬研究平臺，該平臺為功耗分析及抗功耗分析提供一個理論研究平臺，可以為最終的芯片實現提供一定的安全依據。

2007年上海交通大學的研究人員在進行功耗分析實驗的研究中，對旁路功耗分析測試平臺進行了詳細的描述，給出了整個系統的總體設計框圖，用圖表的方式描述了攻擊測試的流程。

2008年電子科學技術大學的范明鈺、張濤、李欣等研究人員在開發旁路攻擊仿真軟件上進行了一些嘗試，初步完成了一個仿真軟件SSSCA的相關設計與編寫工作。該仿真軟件中加密算法和SSSCA平臺均是用高級語言描述，目前只完成簡單功耗分析攻擊和一階差分功耗分析攻擊。

2 仿真軟件設計目標和總體架構

2.1 功耗分析仿真軟件設計目標

本文所開發的功耗分析仿真軟件模塊作為整個仿真軟件系統的一部分，已完成幾個設計目標。

1） 采用自上而下的設計，搭建軟件的整體架構，功耗分析仿真軟件的最終目的是能夠仿真多種加密算法在多種虛擬硬件平臺上的泄露功耗進行分析，隨著項目開展，能不斷擴充算法模塊，因此整個軟件系統結構需要良好的擴展性。

2） 完成密碼算法的IP（Intellectual Property Core）核設計。

3） 設計從硬件描述語言到高級語言的接口設計。

4） 設計加密算法的一階功耗分析模塊，該模塊包括功耗統計，功耗分析攻擊，最后獲得一條直觀的功耗分析攻擊曲線。

5） 設計加密算法二階功耗分析模塊，該模塊包括功耗統計，功耗分析攻擊，最后獲得一條直觀的功耗分析攻擊曲線。

2.2 功耗分析仿真軟件總體架構

本文設計了一個功耗分析仿真軟件總體架構，對加密算法IP核進行功能模擬，提取出功耗曲線，并對其進行功耗分析；另一方面，亦可以利用這一軟件評估抗功耗分析攻擊算法設計的有效性和可行性。功耗分析仿真軟件總體架構如圖1所示。

3 仿真軟件各功能模塊

3.1 加密算法IP核設計

用硬件描述語言實現加密算法。模擬加密芯片從數據輸入到數據輸出的全過程。

3.2 代碼仿真模塊

代碼仿真模塊主要是建立在大量的實驗基礎上，完成密碼算法過程中中間值與功耗數值之間的工作、功耗數據采集工作。

本文中代碼仿真器選擇的是Mentor Graphics 子公司Model Technology的產品Modelsim，屬于編譯型的Verilog/VHDL混合型仿真器。它是一個第三方軟件，其功能仿真和綜合布線后的時序仿真便捷快速，在軟件環境下，驗證電路的行為與設想是否一致。

3.3 功耗分析模塊

功耗分析模塊是整個仿真軟件架構的核心，流程圖如2所示。它的能力代表了仿真軟件的能力，由于加密算法的實現不同，功耗分析工具不能做到完全通用化。本文自主設計開發出一個功耗分析仿真實驗平臺PASP（Power Analysis and Simulation Platform），完成功耗分析模塊的處理工作。

數據預處理是指對加密算法IP核經Modelism運行后，收集到與密鑰相關的中間變量的值進行處理，以實現從硬件描述語言到高級語言設計的接口。

功耗分析處理又是功耗分析模塊的核心部分，它主要包括兩個部分：功耗統計和功耗分類處理。

數據后處理，將得到的功耗偏差作為縱坐標，子密鑰解空間的值作為橫坐標，畫出一條直觀的功耗分析波形圖。

4 功耗分析實例

4.1 仿真工作流程

一個完整的功耗分析仿真軟件工作流程如圖3所示。

4.2 功耗分析實例

本文在自主開發功耗分析仿真軟件上做了一些嘗試，初步完成一個功耗分析軟件PASP（Power Analysis Simulation Platform）的編寫工作。圖4為PASP軟件界面，通過選擇可分別進入一階或高階功耗分析。

以AES的一階功耗分析和FVMAES二階功耗分析為例，展示本文所開發的PASP平臺。點擊功耗分析的類型，分別進入一階功耗分析和高階功耗分析界面。

選擇密碼算法類型，此處可以擴展，本文以AES、FVMAES加密算法為例，先選擇算法類型，然后輸入信號文件，信號文件為經Modelsim運行后與密鑰有關的中間值文件，點擊數據預處理，得到功耗點時刻即D值時刻。由于一階界面與高階界面展示的內容一致，只是內部實現算法不同，本文只給出一階界面圖片。

進行功耗統計，計算加密運算過程中，中間變量在D值時刻，所產生的功耗。

功耗分類處理，用D值對功耗數據進行區分，采用基于均值檢驗的方法進行分析，結果如圖9所示。

數據后處理，將得到的功耗偏差作為縱坐標，子密鑰解空間作為橫坐標，畫出直觀的波形圖。AES一階功耗分析和FVMAES二階功耗分析圖分別如圖10、圖11所示。

5 結束語

設計了一個功耗分析仿真軟件總體架構，描述了仿真軟件各模塊實現的功能，最后通過實例展示本文開發的PASP平臺。該平成模擬用硬件描述語言實現的密碼算法IP核進行功耗分析的全過程，在設計階段即可驗證和評估嵌入式加密芯片的功耗分析攻擊及抗功耗分析方法的性能，大大提高工作效率，降低開發時間和開發成本，具有很高的實用價值。

參考文獻

[1] Kocher P， Jaffe J， Jun B. Differential power analysis[C]//Proceedings of Advances in Cryptology- CRYPTO’99， Santa Barbara， CA， USA，1999：388-397.

[2] G. Hollestelle， W. Burgers. Power analysis on smartcard algorithms using simulation. Technical Report， Eindhoven， University of Technology， December2003， l-37.

[3] Huiyun Li， Moore S， Markettos A T. A simulation methodology for electromagnetic analysis and testing on synchronous and asynchronous processors. Cryptology Print Archive， 2004，1-10.

[4] 劉鳴，陳弘毅，白國強.功耗分析研究研究平臺及其應用[J].微電子學與計算機，2005，22（7）：134- 137.

[5] 陳志敏.安全芯片旁路功耗分析及抗攻擊措施[上海交通大學碩士學位論文].上海：上海交通大學電子信息與電氣工程學院，2006，14-26.

[6] 李欣.RSA公鑰密碼算法的能量分析攻擊與防御研究[電子科技大學碩士學位論文].成都：電子科技大學計算機科學與工程學院，2006，58-59.

[7] 章競競. 一類加密算法的功耗分析及其防御研究[湖南大學碩士學位論文].2010，37-48.

[8] 章競競，李仁發，李浪.DES差分功耗分析研究及仿真實現[J].計算機工程與應用，2010， 46（33）：82-84.

作者簡介：

仿真軟件范文第2篇

關鍵詞：分條機；底刀輪；流場分析；ANSYS Fluent

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.204

0 引言

分條機采用的是分條切割，可將產品同時分切成多條，其生產效率非常高。與傳統的分離方式相比而言，盡管有些昂貴并且安裝不便，但是它的切割速率非常高，切割邊緣還能夠達到最好的質量，不會有毛邊和鋸齒。

分條切割機在工作時，由上下兩個切割的刀輪相互接觸，擠壓原料，使之在刀輪口產生剪應力，從而切斷原料。如同剪刀一樣，兩個刀輪的刀口處同樣很鋒利。但是，在實際生產中會發現，刀口附近在刀輪高速運轉的情況下，周圍會產生明顯的“風”，而“風”會影響原料的剪切，使剪切后的邊緣呈現毛邊或者鋸齒狀，甚至會產生歪斜，使產品報廢。為了避免“風”的出現，研究底刀輪在高速運轉下的周圍流場情況是極具意義的。

1 底刀輪周圍流場建模

由于底刀輪形狀結構非常簡單，無需對其幾何形狀做任何的相似簡化。但是在流場搭建過程中，要注意流場區域的大小，不能過小，過小會導致觀察到的結果與真實情況有出入，其次邊界形狀也要設計合理。本文中的底刀輪的運動為旋轉運動，故流場采用圓柱形。由于本文只做流場的模擬分析，不涉及零件的固體應變分析，所以刀輪的零件部分在模型中需要挖去。同時，又因為流場區域較大，對計算機負擔較大，為了減小計算機的負擔，采用周期邊界的方法減少流場模型，本文采用1/4區域進行建模。

2 模型網格劃分和計算參數設定

在完成幾何建模后，退出Geometry，進入Mesh功能。由于流場為三維狀態，故網格采用四面體網格，因形狀較為規則，只有部分區域網格劃分細密，網格數量共計282069個。

導入Fluent后，首先進行基本設置，計算的流體模型選用k-omega中的SST模型。只所以選用SST，是由于底刀輪在工作時周圍僅有空氣這一中流體，且空氣的密度小，粘度低，而刀輪所做的運動為旋轉運動。由于刀輪處于旋轉狀態，故采用相對位移原理，將流場設置為旋轉流場，刀輪不動，轉速為3200rpm，周期邊界屬性設置為周期。調整殘值監測中的absolute criteria數值為0.0001，然后開始計算。

3 流場分析結果對比

計算結束后，退出Fluent設置，進入CFD-Post查看Y果，在刀刃處和輪緣處分別做一個平面，在平面上顯示壓力結果圖。

從結果圖中可以看出，在刀口附近的輪緣處有范圍較大的壓力變化，而在刀刃處壓力變化范圍較小。這說明刀輪在高速運轉中的壓力變化有可能是因為刀刃結構的凸起，凸起的刀刃與輪緣的直徑數值不同，在旋轉時線速度不一樣，可能導致周圍空氣流場產生風。

當然，以上結論只是一個推測，并不能說明風的真正來源，為了驗證以上結論，還需要做一個轉盤實驗模擬。

為了檢驗以上結論，本次模擬依舊采用Fluent軟件，流體、計算模型等參數不變，只改變流場的幾何模型。新建集合模型，以底刀輪的刀刃面為轉盤，設置單側的流場，流場形狀為圓柱形，網格數量為291411。然后開始計算，計算結果如圖4所示。

在volume velocity圖中可以看出，在轉盤附近處有明顯的速度變化，但是變化范圍比較小。從velocity streamline中可以看出，氣流在轉盤形成漩渦狀。這說明，底刀輪在旋轉時，刀刃外側面也會有氣流產生，該氣流也可能是產生風的一個原因。

4 結論

在模擬試驗之前，并不了解風的產生原因，猜測是單一原因造成。在模擬實驗之后，雖然證實了猜測的原因，但是同時還發現了其他原因，所以產生風的原因不唯一，既有刀刃與輪緣的直徑差距導致線速度不同造成風，也有刀刃側面與空氣接觸的部分因高速旋轉而產生風，是否還有其他原因產生風，還有待進一步的模擬實驗驗證。

參考文獻：

[1]Reinhold Schable.Four factors to consider in razor slitting [J].Converting.2003（09）.

[2]Peter Wood.Optimizing the Shear Slitting Process[J].PLACE Conference.2007（09）.

[3]唐家鵬.Fluent 14.0超級學習手冊[M].人民郵電出版社，2013（04）.

仿真軟件范文第3篇

關鍵詞：數控教學；VNUC；仿真加工

Abstract: The VNUC simulation software of NC teaching as the research subject, introduced the VNUC simulation software and its features, analyzes the advantages and disadvantages of CNC simulation software in the teaching of NC, proved by teaching practice, the application of VNUC simulation software can not only make up the equipment deficiencies, and mobilize the enthusiasm of students, improve the quality of teaching.

Key words: CNC teaching; VNUC; the simulation process

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）

隨著“三本”院校加強對于學生動手能力的要求，以及數控加工在機械制造業中的廣泛應用，對數控相關技術人員的需求日益增加，數控操作者的大量培訓便成為迫切的問題。在傳統的操作培訓中，數控編程和操作的有效培訓必須在實際機床上進行，這既占用了設備加工時間，又具有風險，培訓中的誤操作經常會導致昂貴設備的損壞[1]。隨著計算機技術的發展，尤其是虛擬現實技術和理念的發展，產生了可以模擬實際設備加工環境及其工作狀態的計算機仿真軟件。它用計算機仿真軟件進行培訓，不僅可迅速提高操作者的素質，而且安全可靠、費用低。

數控機床仿真加工是數控技術課程的輔助教學手段，能充分利用現有資源節省時間降低風險，最大限度為學生提供動手實踐機會，將課本上所學數控加工知識通過仿真加工模擬完成。數控仿真通過不同類型典型零件的模擬加工彌補實踐操作中的種種不足，從而刺激學生的感官認識，提高他們學習的主動性和積極性，快速提高學生的理論和實際水平。因此VNUC數控仿真軟件在數控教學中發揮著重要的作用。

結合我校數控技術這門課程來說，由于學生基礎差，學習被動無興趣等，要在這樣的條件下要培養一個合格的數控技術人才談何容易，這就要求探索出一套適合當前現狀的教學方法。通過一段時間的數控教學，發現數控仿真軟件能在其中顯示出橋梁作用，能使理論和實踐有效的銜接，打破了傳統的數控教學模式，增加了學生動手的機會，提高了操作的熟練程度。因此，把數控仿真軟件用于教學，是解決這一問題的有效途徑[2]。

1 VNUC數控仿真軟件的簡介

在數控加工過程中，為了檢查數控程序的正確性，傳統上采用試切的方法進行檢驗，但這種方法費工費料，代價昂貴，使生產成本上升，增加了產品加工時間和生產周期。后來又采用軌跡顯示法，即用計算機控制鉛筆繪圖器，以筆代替刀具，以紙代替毛坯來仿真刀具運動軌跡的二維圖形。這種方法可以顯示二軸加工軌跡，也可以檢查一些大的錯誤，但其運動僅限于平面，局限性很大。對于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如石蠟、木料、改性樹脂和塑料等）來檢驗加工的切削軌跡。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的仿真方法，并在試切環境的模型化、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進展。在這種情況下，數控加工的計算機仿真軟件應運而生。

目前國內已經出現了各種數控加工仿真教學系統，如北京斐克(VNUC)、上海宇龍和南京宇航等不同數控加工仿真軟件。但結合學校現有的資源，在教學中主要以北京斐克(VNUC)系統為主輔助教學。該軟件由北京市斐克科技有限責任公司和北京聯高軟件開發有限公司依據《全國現代制造技術應用軟件課程遠程培訓》中的教學要求，聯合研制開發的一款基于虛擬現實技術的數控加工技術教學軟件[1]。

VNUC包含了常見型號的數控機床，如臥式數控車床、3軸立式數控銑床和3軸立式數控加工中心。該軟件更包含了種類繁多的主流數控系統，如FANUC、GSK、華中HNC、KND和SIEMENS等系統。系統采用數據庫統一管理的刀具材料、特性參數庫，含數百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時還支持用戶自定義刀具及相關特性參數。數控車床上的圓柱狀毛坯可以是實心棒料和空心套筒兩種，銑床或加工中心的毛坯是可以自行定義大小尺寸的長方體毛坯。不論車床還是銑床其毛坯材料的種類十分豐富，操作者可以根據實際情況來選擇使用。

2 VNUC數控仿真系統功能

（1）熟悉數控系統的操作

系統中包括國內外大部分數控系統。如：FANUC、西門子、華中數控等，在主要的三大系統中，又分車、銑、加工中心，不同的系統型號共20多種。學生可以通過此軟件熟悉多種數控系統的操作。

（2）檢驗程序的正確性

學生在學習編程知識后，編寫好程序后，可模擬加工仿真過程，像數控機床一樣，進行一系列的數控加工過程，看程序是否正確。

（3）檢測操作的規范程度

學生在操作VNUC仿真軟件時，出現操作真實數控機床時相同的誤操作，軟件可以發出報警，以便改正。

（4）記錄操作功能

在學生操作過程中，可以把操作過程全程記錄下來，以備老師來檢驗操作是否正確。

（5）全面的檢測功能

碰撞和干涉檢驗在這里主要檢驗刀具和主軸相對于非加工部件如夾具、工件的非加工部位、加工工作臺的干涉現象，也可用來檢驗由用戶指定的物體之間的干涉現象，由于加工過程由NC代碼驅動，通過有數控程序預檢查和運行中的動態檢查功能，干涉出現位置的NC代碼信息可及時反饋提交用戶進行檢查和修改，從而防止了誤操作的發生。

（6）具有數控程序處理功能

能夠通過DNC導入各種CAD／CAM軟件生成的數控程序，例如Mastercam、Pro／E、UG、CAXA等，也可以導入手工編制的文本格式數控程序，還能夠直接通過面板手工編輯、輸入、輸出數控程序。

（7）具有互動教學功能

仿真軟件的互動教學功能也使得教師通過教師機，在每位學生機上演示其教學內容，學生可以非常清楚地觀看和練習，同時教師也能在教師機上觀察每位學生的操作情況，對學生進行教學指導；還可利用仿真軟件的考試功能對學生進行考試，了解學生對數控加工過程的掌握情況，不斷調整教學進度。利用數控加工仿真軟件教學，可使抽象內容形象化，以達到最佳教學效果 [3]。

3 VNUC數控仿真軟件教學中的優缺點

VNUC數控仿真軟件在教學中的優點：

1)通過情境教學，提高學生學習的主動性、調動學生學習的積極性，培養他們的創新意思。

可以彌補學校數控設備不足的問題。

通過在教學過程中利用VNUC數控仿真軟件學習，結合“三本”加強動手能力的特點，充分體現理論指導實踐的理念。通過邊學邊練，讓他們在愉快的氛圍中接受新知識和新技能。

利用VNUC數控仿真軟件的全面檢測功能，可以設計出實際加工中可能出現的任何問題，讓學生進行思考和解決，從而加深認識在課堂教學中無法達到的效果。

數控加工仿真軟件的應用，雖然為我們在相當程度上彌補了因數控設備不足而無法滿足學生實際動手操作訓練的缺陷，但也不是完美無缺，事實上在它發揮優勢的同時，也存在一定的問題。如下：

1）VNUC數控仿真軟件無法替代學生在真實切削加工中的實際感受。譬如：加工過程中刀具的影響、切削用量選擇合理與否在加工中的作用、產品粗糙度無法檢驗以及加工環境和氛圍的感受等。而這些恰恰是學生技能訓練的要求。

2）利用VNUC數控仿真軟件教學容易使學生對仿真加工產生依賴心里，

疏于實際加工，造成學生的自滿情緒，從而放松學習，懈怠訓練。

3）雖然它的操作面板和系統和實習機床是相同的，但VNUC仿真軟件在車床上安裝毛坯時，毛坯只能選成棒料，在選擇好的一個機床上加工好的零件不能在另外的機床上后續加工等。

4）學生對數控的加工工藝的合理安排、工藝參數的正確設置無法產生深刻的體會。如應用仿真軟件時無論學生任意安排工藝路線及工藝參數，比如切削速度和刀具設置不一樣，加工出來的工件效果幾乎一樣，因此學生們對合理的工藝路線和參數難以仔細考慮。

因此作為一個仿真軟件，它和實際機床還是有很多區別的，無法真正代替實際機床，所以仿真軟件使用只能作為縮短實習時間，提高實習效率的一種輔助手段，必須適當的安排實際操作來彌補其不足之處。

4 結語

VNUC數控加工仿真軟件是利用計算機虛擬動畫技術來模擬實際機床的加工過程，可使用戶既能掌握數控機床加工的基本原理，又能掌握數控機床操作的基本技能。將該軟件應用于教學培訓和實際生產中，可以減少培訓成本，保證生產質量，具有十分重要的意義[4]。總之，只有科學、合理的將VNUC仿真軟件與實際操作有機結合起來并應用到數控教學中，就能更好地為教學服務，提高教學質量。

參考文獻：

[1]李芹.基于VNUC數控仿真軟件下的教學[J].科技風,2009,（19）

[2]陳國慶,沈先君.數控機床仿真在數控教學中的應用[J].科教文匯,2007,（30）

仿真軟件范文第4篇

關鍵詞：電路；仿真軟件；應用

電路是高校電子與電氣信息類專業的技術基礎課，是后續專業課程，如模擬電子技術、電力系統分析等課程的基礎。傳統理論教學較為枯燥，學生缺乏學習積極性；實驗教學大多采用掛箱，學生難以發揮自主性。為解決這些問題，教師可以將仿真軟件引入電路教學。

一、傳統電路教學現狀

電路研究對象是實際電路按照一定的依據進行科學抽象而得到的電路模型，所有元件具有確定的電磁性質和精確的數學定義。傳統理論教學中，以介紹理想電路元件的電壓電流關系、電路的求解方法為主，理論知識和數學推導居多，學生覺得抽象、難度大、枯燥，缺乏學習積極性。在傳統實驗教學中，大部分高校采用實驗掛箱進行實驗，學生只需按照實驗指導書按部就班操作即可，難以對實際電路元件、接線、原理有較好的認識，實驗也就成了走過場。由于實驗室器材及實驗教學時間有限，一些綜合性、探索性實驗難以實現，制約了學生的學習主動性。

二、教學中引入仿真軟件的優勢

電路仿真軟件，如Multisim、EWB、PSPice等都具有電路設計與仿真的功能，在教學中引入仿真軟件，可以解決傳統教學中的一些問題。

理論教學中引入仿真軟件后，教師可以在仿真軟件中搭建電路模型，將理論計算結果與仿真結果進行對比，從而激發學生的學習興趣。對于一些復雜的波形，如動態電路的電壓、電流變化波形，可以通過軟件仿真得到，效果更加直觀，可以提高教學效率和質量。一些仿真軟件還具有分析功能，如MATLAB，可以對仿真得到的波形作更深入的分析，加深學生對理論知識的理解。

實驗教學中，可以將實物實驗與仿真實驗結合進行。在實物實驗前，先通過仿真熟悉電路工作原理，有效避免實物實驗中因不熟悉工作原理導致的器件損壞或人員傷害事故。仿真軟件具有豐富的元件庫，參數修改靈活，連線方便。一些綜合性、探索性實驗可以通過仿真進行，能有效解決實驗室器材及教學時間受限的問題。仿真實驗沒有器材、地點、時間、安全的限制，學生可以自主進行仿真，擴展了實踐空間。

三、MATLAB/Simulink在教學中的應用舉例

MATLAB/Simulink中的SimpowerSystems工具箱提供了一些電路元件，學生可以搭建電路模型進行仿真，借助于MATLAB強大的編程功能，可以進行復雜的數據分析。

本文以一階RC電路的零輸入響應為例，在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型，如圖1所示。R=100Ω，C=10mF，電容初始電壓U0=100V，開關在t=0時閉合，觀察電容電壓的變化。按理論分析，，將理論波形與仿真波形對比，如圖2所示，可以加深學生對一階RC電路動態波形的理解。將一些典型的電容電壓仿真值與對應時間列于表1中，理論上電容電壓從U0變為36.8%U0，對應的時間為τ，，仿真中對應時間為0.0102s，與理論值0.01s接近，由此能形象說明時間常數的意義。

四、結語

將仿真軟件引入電路教學中，可以使理論教學更加直觀、形象，激發學生的學習興趣；可以使基礎性實驗最大限度地發揮作用，加深學生對電路工作原理的理解；還可以為綜合性實驗、探索性實驗提供不受時間、空間、器件限制的計算機仿真實驗平臺，為培養學生的自主思考和創新能力提供了機會。

參考文獻：

仿真軟件范文第5篇

關鍵詞：三維虛擬仿真；視景仿真；機械結構模擬；軟件設計；圖像處理

0引言

隨著機械設計工業的快速發展，對機械結構設計的精度和時效性提出了更高的要求，機械內部結構組成單元復雜，各個零部件的尺寸精密度較高[1]，傳統的工業制圖方法進行設計誤差較大，不能有效滿足精度設計和精準診斷的應用需求。而計算機圖形與圖像處理技術的快速發展并有效應用在機械結構模擬設計中[2]，通過高精度的計算機測量計算，從而改善機械結構的制圖精度。為了提高機械設計的精密度和機械故障診斷的準確度，結合虛擬現實VR技術和視景仿真技術[3]，本文提出一種基于三維虛擬的機械結構模擬仿真軟件設計方案，通過機械結構三維虛擬設計軟件開發，改善機械內部結構繪圖的精準性，為機械設計、機械制造和機械故障診斷提供更為有效的手段。

1軟件總體設計構架

基于三維虛擬的機械結構模擬仿真軟件采用循環傳輸和多線程加載方案進行機械測量參數加載，采用接觸式射頻識別進行機械結構的三維信息測量，這是一種遠程傳感測量方法，能有效滿足機械部件測量的精準度要求。系統的數據傳輸模塊由模塊FRINF⁃16CCL⁃M和主單元FRINF⁃16M組成。后端服務器采用Java+MySQL并行程序加載方式搭建，視景仿真構架下的機械結構三維虛擬模擬系統主要由機械結構信息采集單元、機械結構信息存儲數據庫、Web網絡應用服務器單元及服務后臺組成。采用MultigenCreator建模軟件進行視景仿真，對機械內部結構進行紋理和質地渲染，渲染出質感極強機械結構的三維虛擬模型。在服務后臺通過紋理映射和人機交互，輸出三維虛擬圖像，在網絡通信輸出終端進行人機對話，建立OpenFlight數據庫，實現機械設計和故障診斷分析等應用功能[4]。根據上述設計原理和總體結構構架分析.進行功能模塊化分析，軟件系統的功能模塊主要由圖形微處理器模塊、總線集成模塊、3D幾何建模模塊、機械結構測量數據采集模塊、對外接口模塊、數據建模模塊和機械圖像輸出模塊等組成.根據上述系統的總體設計構架，進行機械結構三維虛擬模擬系統優化設計，首先進行工程文件構建，采用4類基本實體對象（三維虛擬信息處理、視景仿真、中間件和感知視場）構建軟件系統的應用業務適配層，結合MobileGIS服務構建視景仿真軟件的客戶端/服務器端，對機械結構的三維虛擬模擬中，三維視景仿技術主要采用的是紋理映射（TextureMapping）的三維渲染技術[5]，采用多線程自上而下開發模式，在三維仿真模型中構建渲染畫面，確定機械結構關鍵部位點的位置和方向，結合三維虛擬場景的層次化結構進行虛擬位圖顯示和圖像增強，實現對機械結構的亮點特征分析。

2系統模塊化設計與實現

2.1機械結構的三維虛擬模擬實體建模

對機械結構的三維模擬仿真建立在MultiGenCre⁃ator專業化的建模工具基礎上。通過工程文件配置，使用MultiGenCreator的結構化軟件界面輸入視景仿真的參量模型，采用由“點”連接成“面”的設計方式進行三維紋理信息渲染[6]。進入Creator的主界面，在三維虛擬視景仿真端的網格空間中采用紋理映射方法調整網格的大小。在選擇好三維映射的網格和機械結構的測量單位模型后，開始建造三維虛擬模型。采用高程數據特征分解方法進行原始的機械結構數據的線性化處理，使得機械結構三維模擬得到的圖形具有真實物體的光澤感。對特征數據進行剪切和自適應篩選，添加/dev、/etc主要目錄。在VirtualBox虛擬機中將選定的材質賦給模型，在Windows編輯圖像處理代碼，通過MapTextureTools選擇貼圖方法進行機械結構的二次曲面重構[7]，調整模板文件，輸出機械結構的三維虛擬模擬實體建模結構.根據上述設計流程，在工程實例中進行機械結構三維虛擬模擬分析。按步驟安裝完MultiGenCreator軟件后，根據機械結構的外形測量參數配置工程文件，使用批處理模塊進行信息加載和圖像處理。以工程實例為背景，進行機械結構的三維虛擬模擬實體。（1）在FaceTools中選擇面的類型，將待貼紋理的面定義為標志牌[8]，維持圖形顯示速度，調整網格的大小。（2）在InsertMaterialstool工程模塊中，通過Geom⁃etryTools把面變換為體，根據需要的材質、模型的顏色、透明度進行紋理映射和圖形渲染，將選定的材質賦給模型，在OpenFlight建模環境中打開圖形觀察器，生成機械結構的三維虛擬模擬實體模型并進行參數調整[9].

2.2機械結構三維虛擬視景開發實現

根據機械結構的三維虛擬視景仿真軟件的設計和要求，需要建立一個LynxPrime圖形界面，其實現步驟描述為：（1）創建套接字。利用API函數直接調用視景模型，通過socket函數創建套接字，首先定義VegaPrimeAPI非類型的變量s，初始化內核的socket函數，配置仿真類、仿真循環，采用socket進行機械結構參量配置，通過公用vpApp定制第一個參數（af），指定機械結構三維模擬自定義變量地址族，用函數configure（）用來解析.acf，通過TCP/IP協議用配置人機交互接口，持續調用beginframe（），實現機械三維虛擬圖像在二維位圖上像素值特征提取。（2）利用紋理映射技術使得輸出的三維虛擬機械結構圖像與套接字綁定（bind），進行機械結構的表面層次（FaceLevel）渲染，調用bind函數，在三維圖形觀察器中組織機械結構模擬的視景數據。（3）調用recvfrom接收三維虛擬圖形輸出。定義整型變量為len，在編譯生成可執行程序代碼后，機械結構信息數據庫根文件系統配置到數據交換端口，使用批處理模塊進行圖像處理，實現機械結構三維虛擬模擬設計。（4）關閉套接字。在圖形輸出和信息處理完成之后，調用closesocket函數關閉套接字，在UDP的服務器端釋放WSACleanup函數，終止對套接字庫的調度，實現了對機械結構信息的對象存儲、虛擬計算服務以及遠程調用。

3軟件測試分析

為了測試本文方法在實現機械結構三維虛擬模擬仿真中的應用性能，進行仿真實驗分析。軟件開發環境是Windows7操作系統，利用VisualC++7.0進行程序設計。CPU為IntelPentium4500MHz，內存為2.5GB，采用OpenGL和VegaPrime軟件聯合編程進行視景仿真設計.采用本文方法進行機械機構的三維虛擬模擬仿真，能有效實現機械結構的三維模擬，對各個部位的擬合程度較高，視覺效果較好，能有效指導機械設計制造。

4結語

為了提高機械設計的精密度和機械故障診斷的準確度，提出基于三維虛擬的機械結構模擬仿真軟件設計方案。實驗對比分析發現，軟件能有效實現機械結構的三維模擬，對各個部位的擬合程度較高，在機械設計和機械故障診斷等工程實踐中具有較好的指導意義。

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