仿真在电工技术课程中的教学设计和应用.ppt

1、仿真在电工技术课程中的教学设计和应用,刘用林 濮阳市技工学校,本研究论文的特点和创新之处, 第一次以知识的接受对象（受教育者）学生为主体研究，由课题小组的学生结合教学改革实际提出电工学课程较为合理的、面向二十一世纪的教学平台。 重点结合机械类各专业，将传统的教学理念、方法、手段与现代教育技术的应用相结合、提出计算机辅助教学的教学设计。 3 提出将先进的计算机知识和仿真技术引入电工学课程，使其真正成为名副其实的专业基础课程。 4 充实、完善和丰富电工学课程的教学方法、手段。重在培养学生创新意识、科研能力，提高学生的整体素质，达到全面提高教学质量的目的。,研究课题的引出,众所周知，电工学课程对于非

2、电专业的学生是一门非常重要的专业基础课。全院绝大部分学生都要或多或少的学习电工学课程。其共分为少学时类型、中学时类型、多学时类型三种。其中多学时类型就是面向机械类各专业的。课题小组调查了历届机械类专业的毕业生，征询他们对电工学课程的教学意见，也一致认为电工学课程对于他们来说是非常的重要，学好该课程对学生的专业学习以及以后的科研工作有很大的帮助和促进作用。因此，本课题小组从学生角度对该课程以及该课程的教学过程、教学方法和手段进行了大量的、深入的、细致的调查研究。大部分学生认为，既然高等院校是培养人才的地方，学生投资买教育，所以，学校因该结合电工学课程特点，为学生提供大量的、丰富的、优质的教育产品

3、（品种），提供优质教育服务。健全一个丰富的电工学课程的教学平台。为此，我们提出了电工学课程教学平台的一些思路以及设想。,计算机辅助教学的教学设计：,电工技术部分 第一章 电路的基本概念和基本定律 第二章 电路的分析方法 第三章 正弦交流电路 课堂教学、部分内容采用多媒体教学、仿真 第四章 三相正弦交流电路 教学相结合。仿真软件采用Pspice、Matlab。 第五章 非正弦周期信号电路 （偏重基本概念和基本理论） 第六章 电路的瞬态分析 第七章 磁路和变压器 第八章 电动机 第九章 电气控制 课堂教学和多媒体教学相结合。 第十章 电工测量 （偏重理论联系实际和实际应用） 第十一章 安全用电 电

4、子技术部分 第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 课堂教学、部分内容采用多媒体教学、仿真教学 第三章 负反馈放大器 相结合，仿真软件采用Pspice、EWB。 第四章 集成运算放大器的应用蔼 （偏重基本概念和基本理论） 第五章 电力电子技术 第六章 逻辑门电路和组合逻辑电路 课堂教学、部分内容采用多媒体教学、仿 第七章 时序逻辑电路 真教学相结合，仿真软件采用Pspice、 第八章 脉冲波形的产生和整形 EWB、Matlab/Simulink。 第九章 模拟量与数字量的转换 （偏重理论联系实际和实际应用） 课程设计部分 1 可编程控制器（PLC）部分 2 电工部分 不是该课题研究的内容，故

5、暂不讨论 3 电子部分,电工学课程常用仿真软件的介绍,仿真教学环节引入到电工学课程的教学环节，一方面可以提高教学质量，提高学生的学习兴趣、提高学生知识面、丰富课堂教学内容；一方面可以培养机械类个专业学生的创新意识和能力，拓展电工学课程教学的深度和广度，适应教学改革和培养人才的需要。,常用的仿真软件有： 1 Pspice: 该软件是由美国加州大学伯克利分校于1972年推出的，经过近二十 年的不断完善，现已经成为国际公认的电子电路仿真软件。事实上已经是仿 真软件的标准，当今流行的各种微机版的电子电路仿真软件的，基本上都是 在该软件平台的上开发的。 2 OrCAD: 该软件也是最早在国内应用的微机版

6、的EDA软件之一。用户用它主要作电 路原理图的设计和多层印刷电路板的设计。随着电子技术(电子产品)市场的迅速发展， 该公司并购了MicroSim公司的电路仿真软件，将其集成在OrCAD软件中，从而使该软 件具有电路的仿真能力。 3 PROTEL: 该软件是迄今为止在我国应用最为广泛的微机版的电子电路辅助设计软 件。它具有强大的电路原理图设计和印刷电路板设计功能。经过近十年的发展，它可 完整的实现电子产品从电路的设计到实现生成PCB板的全过程。 4 EWB: 该软件（统称电子工作台）具有学习容易，使用简便和仿真结果直观清晰等 特点。同时提供了多种虚拟仪器，用户可以利用虚拟仪器对电路进行仿真实验，

7、就如 同在实验室中使用真实的仪器进行电路调试。因此他很适合做电子技术课程的辅助实 验教学. 5 System View: 该软件是一个用于现代电子系统设计、仿真的动态电路分析工具，是 一个系统级的工作平台，具有很强的专业应用性特点。主要应用于通信应用的系统设 计、分析，可以进行数字信号处理系统、模拟、数字通信系统，信号处理和控制系统 的仿真分析。,6 MATLAB/Simulink: MATLAB工具软件是集数值计算、符号运算、图像处理等强大功能于一体 的科学计算语言。工程软件MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写。作为强大的科学 计算平台, 它几乎能够满足所

8、有的计算需求。 MATLAB工程软件的特点和优势 （1）友好的工作平台和编程环境： 随着MATLAB的不断升级，其操作界面更加接近Windows的标准界面。 因此，人机交互性更强，操作更加简单。简单易学的编程环境，提供 了比较完备的调试系统，使用户程序不必经过编译就可以 （2）简单易用的程序语言： MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语 言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写 格式。 （3）强大的科学计算及数据处理能力： 可以说MATLAB是一个函数的海洋（MATLAB拥有700多个工程中要用 到的数学运算函数，其中最常用为二三百个函数），各种

9、各样的应用 领域都可以在MATLAB里找到对应的函数（这样可以减少,使用者投入常用算法设计的精力）。尤其有了工具箱后，使函数的功能 更加专业化。 （4）完美的图形处理功能： MATLAB拥有高级图形和可视化的数据处理能力。 （5）应用广泛的模块库和工具箱： MATLAB拥有一个非常强大的动态系统仿真建模工具箱Simulink。 用户可以直接使用工具箱学习和应用，而不需要亲自再编写程序源代 码就可以进行模块化的设计和系统级的仿真。 （6）实用的程序接口和发布平台： MATLAB具有跨平台兼容的能力。 同时，MATLAB提供了一个Simulink库，即Simulink是MATLAB的一个分 支。它

10、是一个用来对动态系统进行建模、仿真、分析的软件包。使得 建模仿真如同搭积木一样简单。在过去的几年里，Simulink已经成为教 学和工业应用中对动态系统进行建模时使用的最为广泛的软件包。在 美国及其它发达国家的理工科院校里，特别是数值计算用的最频繁的 电子信息类学科中，MATLAB已经成为一门必修的课程。在科研院 所、大型公司或企业的工程计算部门，MATLAB也是最为普遍的计算工具之一。,Simulink库是一个面向框图的仿真软件，Simulink库中所使用的仍然是MATLAB的语 法，只不过Simulink库是Mathworks公司从最底层开发的一个完整的仿真环境和图形界 面。因此，如果读者

11、有一些MATLAB的基础知识，除了要学一下图形界面的使用方法 之外，不需在学新的语法，马上就会应用。所以，从这一点来看，它显示了对用户的 友好性。 Simulink库作为面向框图的仿真软件，具有以下功能： （1） 用方框图的绘制代替了程序的编写。构成任何一个系统（即仿真模型）分三部： 选定模块、相互连接、设定参数。而这三部在一个图形界面（即新建模型）均用鼠标 和键盘完成。 （2） 仿真模型的建立和运行的智能化。建立好一个模型，选择运行，软件就会自动选 择能保证给定精度的最大步长，使得在给定精度的要求下系统仿真具有最快的速度。 （3） 输入输出信号来源形式的多样化。其输入信号可以是各种信号发生器

12、、来自一个 设定的纪录文件、来自MATLAB的工作空间（Workspace）。输出信号也是这样。这就扩 大了仿真系统（模型）与各种外部软件和硬件的接口能力。 由于MATLAB语言的内容极为丰富，而且它的各种函数都与数学领域有关。因此，本 着循序渐进的原则，先学习一些MATLAB的入门知识，以后随着数学知识的丰富和水 平的提高，在进行相关函数的学习。这么多的函数，是不是一个一个的掌握呢？完全 没有必要，也是不可能的。学习MATLAB/Simulink比较好的一个策略是即学即用。 通过以上六个仿真软件的详细分析并考虑机械类各专业学生今后的专业学习，所以， 研究小组以工程软件MATLAB/Simulink库为主，介绍其在电工学课程的教学 设计和应用研究。,仿真技术在电工学课程中的应用举例,例1 功率：在电工学中是一个非常重要的概念。在元件或支路的关联参考方向确定以后，就可以进行分析。 图.5 较复杂电路模型的实例,举例2。 正弦交流电路,正弦量的基本概念,电阻R、电感L、电容C的电压关系,举例三向量 电路如图所示，已知R=5，L=3，1/C=2，UC=10/30OV，求：I、Ir、Ic、UL、US。并画出相量图。,第一步：建立仿真模