虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用

鄒少琴

摘要：首先針對(duì)虛擬仿真技術(shù)的基本含義以及應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)圍繞虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)的應(yīng)用問題展開探討，以直流穩(wěn)壓電源以及數(shù)控機(jī)床為切入點(diǎn)，分析了虛擬仿真技術(shù)在上述兩個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用要點(diǎn)及價(jià)值，望能夠促進(jìn)電子技術(shù)行業(yè)對(duì)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)一步發(fā)展，鞏固虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用效能。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)行業(yè) 虛擬仿真技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術(shù)行業(yè)的各類設(shè)備產(chǎn)品必須具備良好的設(shè)計(jì)方案才能夠保障其工作狀態(tài)的理想。電子行業(yè)具有產(chǎn)品更新快研發(fā)周期短的特點(diǎn)。為了滿足不斷發(fā)展的市場(chǎng)需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級(jí)，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。本文即以直流穩(wěn)壓電源以及數(shù)控機(jī)床為切入點(diǎn)，對(duì)虛擬仿真技術(shù)在上述兩個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用要點(diǎn)及價(jià)值進(jìn)行分析與探討。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也可稱之為模擬技術(shù)，技術(shù)核心是用一個(gè)完全虛擬的系統(tǒng)對(duì)另一個(gè)真實(shí)存在的系統(tǒng)進(jìn)行模擬。此項(xiàng)技術(shù)涉及到多個(gè)學(xué)科，是計(jì)算機(jī)圖形、人機(jī)交互、傳感技術(shù)、以及人工智能等多個(gè)學(xué)科的交叉綜合領(lǐng)域。虛擬仿真技術(shù)主要包括三個(gè)方面的含義：第一是借助于計(jì)算機(jī)所生成環(huán)境具有虛擬性的特點(diǎn)；第二是人對(duì)這種虛擬環(huán)境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，系統(tǒng)可響應(yīng)人的動(dòng)作并作出合理的反應(yīng)。

當(dāng)前虛擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學(xué)、電子技術(shù)、以及水利電力等在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)中，體現(xiàn)出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個(gè)方面的特點(diǎn)。對(duì)于電子技術(shù)行業(yè)而言，虛擬仿真技術(shù)的最主要優(yōu)勢(shì)是可對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或優(yōu)化方案在實(shí)踐前通過高度仿真的模擬環(huán)境進(jìn)行分析，以驗(yàn)證方案的可靠性以及有效性，兼顧實(shí)現(xiàn)了提高效率，縮短周期，以及控制費(fèi)用等方面的性能優(yōu)勢(shì)，有推廣價(jià)值。

2 虛擬仿真技術(shù)在直流穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用

直流穩(wěn)壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。電網(wǎng)供給的交流電壓在經(jīng)過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對(duì)應(yīng)的交流電壓，然后經(jīng)由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時(shí)間變化而變化的單線脈動(dòng)電壓，并經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾過（濾過交流分量），通過此環(huán)節(jié)處理后得到相對(duì)平滑的脈動(dòng)電壓。最后經(jīng)過穩(wěn)壓電路處理，以確保電網(wǎng)電壓以及負(fù)載水平在發(fā)生改變時(shí)電壓維持在穩(wěn)定狀態(tài)下。為更加清晰的了解整個(gè)電路的工作原理與運(yùn)行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環(huán)境下通過設(shè)置開關(guān)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)的方式觀察示波器所呈現(xiàn)出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創(chuàng)建電路，具有界面直觀、操作簡(jiǎn)便、調(diào)用方便等優(yōu)勢(shì)。本軟件提供有包括交流、直流等在內(nèi)的17種分析方法，虛擬仿真能力強(qiáng)大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結(jié)合圖1：4個(gè)二極管所構(gòu)成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變?yōu)槊}動(dòng)電壓。通過設(shè)置開關(guān)J1為開啟狀態(tài)的方式，對(duì)整流器在二極管損壞狀態(tài)下所產(chǎn)生的開路情況進(jìn)行模擬。則全波整流轉(zhuǎn)換為半波整流，半波整流下所對(duì)應(yīng)輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對(duì)直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中J2開關(guān)進(jìn)行接通或斷開的方式能夠?qū)Ρ炔ㄐ斡^察得到：在電容接入電路內(nèi)后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時(shí)輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據(jù)是：在電容接入電路內(nèi)后，電容可有效存儲(chǔ)電荷，同時(shí)對(duì)高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態(tài)下，可通過調(diào)整負(fù)載電阻運(yùn)行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結(jié)果如下圖2所示。結(jié)合圖2來看，電容放電時(shí)間常數(shù)為RC。在C為恒定狀態(tài)下時(shí)，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更小；在R為定值狀態(tài)下時(shí)，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對(duì)應(yīng)輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對(duì)虛擬仿真軟件的合理應(yīng)用，還能夠?qū)χ绷鞣€(wěn)壓電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以確保改進(jìn)方案的實(shí)施效果理想。以某直流穩(wěn)壓電路對(duì)集成電路以及自保電路的改進(jìn)方案而言，為驗(yàn)證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進(jìn)方案構(gòu)建直流穩(wěn)壓電壓仿真點(diǎn)圖，以供電電壓220V（±10%）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對(duì)各點(diǎn)波形進(jìn)行觀察并讀值，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示。結(jié)合圖2可見：經(jīng)過改進(jìn)后，直流穩(wěn)壓電路波形脈動(dòng)被控制在較小范圍內(nèi)，電壓輸出穩(wěn)定程度高，可保持在12.036V左右，經(jīng)計(jì)算穩(wěn)壓系數(shù)為0.015（符合<0.05的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)），故驗(yàn)證該方案可完全滿足直流穩(wěn)壓電壓的參數(shù)要求。

3 虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

數(shù)控加工是現(xiàn)代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內(nèi)容之一。以五軸數(shù)控加工技術(shù)為例，所對(duì)應(yīng)的模具工件性狀復(fù)雜，對(duì)表面質(zhì)量要求高，因此對(duì)銑削加工提出了非常嚴(yán)格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個(gè)面加工工件，其優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約了大量的裝夾時(shí)間以及輔助測(cè)量裝置，且加工位置精度更高。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)及性能驗(yàn)證中通過對(duì)虛擬仿真技術(shù)的合理應(yīng)用，一方面能夠使數(shù)控機(jī)床充分且合理的應(yīng)用于對(duì)模具以及機(jī)械產(chǎn)品的加工中，另一方面能夠?yàn)檎_且充分的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，完成更多模具以及機(jī)械產(chǎn)品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數(shù)控加工實(shí)例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯(lián)動(dòng)編程開發(fā)技術(shù)，同時(shí)對(duì)后置技術(shù)進(jìn)行了編程制定。為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)控機(jī)床五軸五聯(lián)動(dòng)方案的編程程序正確性以及后置處理結(jié)果的可靠性，借助于虛擬仿真技術(shù)，在仿真軟件所提供虛擬環(huán)境下參照數(shù)控機(jī)床實(shí)際配置構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。虛擬仿真結(jié)果顯示：所模擬機(jī)床在對(duì)零件進(jìn)行加工的全過程中刀具路徑未發(fā)生偏差，加工零件性狀基本與設(shè)計(jì)要求相符合。

4 結(jié)語

本研究中針對(duì)虛擬仿真技術(shù)在電子技術(shù)行業(yè)中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析及探究，通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)：在電子技術(shù)行業(yè)中積極應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠有效解決以往設(shè)計(jì)方案直接應(yīng)用于實(shí)踐中存在的浪費(fèi)或失誤問題，避免了不必要的事故產(chǎn)生，可以有效提高電子技術(shù)產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的使用壽命與性能，對(duì)促進(jìn)電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也有重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍，周曉平，郝江濤 等.基于MatLab & Simulink的電工電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（3）：57-60.

[2] 趙麗梅.Electronics workbench在電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用[J].中國遠(yuǎn)程教育（綜合版），2001（12）：58-59.

[3] 周凱，那日沙，王旭東 等.Saber在電力電子技術(shù)仿真中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（3）：126-128，140.

[4] 李延寧，阮勇，尤政 等.叉指式高Q值可變電容仿真設(shè)計(jì)[J].兵工學(xué)報(bào)，2013（10）：1236-1242.

[5] 李長(zhǎng)文，張付軍，黃英 等.基于dSPACE系統(tǒng)的電控單元硬件在環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)控制仿真研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2004（4）：402-406.