交直流电网多时间尺度暂态仿真接口综述

为满足大规模交直流电网多时间尺度动态过程的准确、高效仿真需求,已有研究结合不同仿真建模理论深入讨论了多时间尺度分区仿真方法。对于多时间尺度分区仿真,不同分区间的仿真接口是决定仿真成败的关键。首先,分析了交直流电网的多时间尺度特性及分区多时间尺度仿真的分类。然后,梳理了机电-电磁暂态离线仿真接口设计的关键问题。进一步,归纳了多速率电磁暂态仿真接口和移频-常规电磁暂态混合仿真接口的研究现状。最后,对多时间尺度分区协同仿真接口设计的未来研究方向进行了展望。

漂浮式海上风电离网制氢联合仿真实验平台

海上风电制氢有助于解决海上风电消纳和远海输电难题,但目前的仿真缺乏海上环境对制氢影响的模拟,限制了相关研究与教学发展,因此亟需开发充分考虑海洋环境载荷的海上风电离网制氢仿真实验平台。该文将风机一体化仿真工具FAST和MATLAB/Simulink电力系统工具箱相结合,实现海上风机与发电机的联合仿真,在MATLAB内部通过设计接口实现电力系统与数学模型的两工具箱的联合仿真,以此构建两软件三工具箱联合的海上风电离网制氢一体化仿真实验平台。仿真结果表明,该平台能实现漂浮式海上风电离网制氢联合仿真,可为海上风电制氢有关研究和实验教学提供有力支撑。

让仿真变成生产力

中国企业普遍存在“大拿仿真”“假仿真”现象,仿真体系是“假仿真”的破解之道。从构成要素来看,综合仿真体系包含战略、成熟度、流程、标准、规范、人才、组织、软件、硬件及平台等。规划和建设是体系发展的两个阶段,仿真体系建设规划可分为近、中、远三个阶段,各阶段的建设目标分别是评价设计、优化设计和驱动设计;通过仿真体系建设,能够形成一套适应企业需求的综合仿真平台,从而充分发挥仿真体系产生的综合效能。只有建立科学和完善的仿真体系,才能保障仿真结果成为产品设计的依据,才能将仿真变成生产力,才能助力企业真正拥有“仿真驱动研发”的能力。

新能源电力系统细粒度并行与多速率电磁暂态仿真

随着可再生能源的快速发展,电力系统设备类型越来越多,系统振荡特征越来越复杂,对电磁暂态仿真的精度和效率提出了更高要求。基于大规模集成电路设计中所使用的延迟插入法(LIM),提出了新能源电力系统的细粒度建模方法,并结合图形处理器(GPU)的资源优势,实现了算法的并行求解。所提方法将传统交流电网与电力电子设备进行解耦,并基于混合数值稳定性判据和局部截断误差的方法确定了各子系统的步长。然后,通过插值实现了新能源电力系统的多速率仿真。最后,基于GPU硬件平台,以含新能源接入的改进39节点系统为例验证了所提方法的精度,并以不同规模的新能源接入、不同仿真步长的组合验证了所提方法在仿真效率方面的优势。

基于Unity3D的草坪毯修补机器人半物理仿真系统

机电一体化纺织机械的研发普遍存在现场调试工作量大、周期长及成本高等问题,针对目前主流仿真软件存在的三维展示效果差,或实时性不足,或无法连接机械电子软件进行综合仿真等缺点,研究设计了一套半物理仿真系统。基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了仿真平台,以仿真电路板为载体,实现了虚拟机械与控制系统间数据的实时交互;以草坪毯自动修补机器人为仿真对象,证明该半物理仿真系统具有较好的实时性及三维展示效果;通过输出修补机器人关键结构的运动时序图、空间轨迹图,验证了修补机器人机电系统的工艺仿真可行性,可替代部分现场调试工作,减少工作量、缩短研发周期、节约成本,提高设备的研发效率。

基于DEM-MBD耦合的液压挖掘机动力学仿真分析

在实际工况下,液压挖掘机工作装置受到的载荷较大且具有强时变性,因此工作装置各组成杆件及液压缸较易出现各种形式的失效。针对以上问题,选取某型号液压挖掘机作为研究对象,根据液压挖掘机工作装置实际挖掘物料工况,利用多体动力学软件ADAMS建立液压挖掘机虚拟样机模型并利用离散元软件EDEM建立物料模型。通过DEM-MBD耦合仿真分析方法,对液压挖掘机工作装置进行动力学仿真分析,主要获取挖掘物料过程中铲斗受力变化曲线、不同时刻铲斗受力云图,通过对其分析,能够获取铲斗在挖掘作业过程中受力变化情况,为铲斗的有限元分析、优化设计提供理论依据。

基于V-REP自动垂直泊车的教学仿真实验

泊车对驾驶员的操作技能有很高的要求,自动泊车系统的出现能够很好地解决这一问题,帮助驾驶员安全精准地完成泊车操作。该文对典型的自动垂直泊车进行仿真研究,针对标准和狭窄停车通道的垂直泊车,研究了C字型与人字型的泊车规划路径算法。基于机器人仿真平台(virtual robot experimentation platform,V-REP)搭建了典型的泊车仿真场景,利用用户数据协议(user datagram protocol,UDP)构建V-REP与MATLAB之间的通信,开展了V-REP与MATLAB的联合仿真实验,充分展示了自动垂直泊车的泊车过程,总结了垂直泊车的路径特点,对自动垂直泊车进行了可视化演示。此外,基于该平台为学生提供了虚拟仿真实验环境,激发了学生对无人驾驶的学习兴趣和勇于探索的精神,提高了学生的操作能力与创新思维能力,获得了良好的教学效果。

基于“仿真—半实物仿真—实物”三阶段开发流程的DAB变换器实验探索与研究

该文以双有源桥DC-DC变换器为对象,详细分析了变换器在三重移相调制下的两种数学模型,又基于这两种数学模型提出了对应的电感电流优化控制策略,搭建了包含MATLAB/Simulink仿真平台、StarSim半实物仿真平台和实物平台的三阶段实验平台,在平台中通过实验验证了优化控制策略的可行性和有效性。所设计的三阶段开发流程能够加深学生对电力电子领域相关知识的理解,逐步提升学生的理论分析能力、仿真验证能力和实践操作能力。

自动化生产线工业机器人的装调工艺仿真

在自动化生产线安装调试工作中,工业机器人的装调费时费力且难以迅速满足生产线工艺要求,提出了使用Process Simulate软件对自动化生产线中的工业机器人进行工艺仿真的解决方案。文章介绍了使用Process Simulate软件对自动化生产线中的工业机器人进行工艺仿真的基本方法和过程,从而实现工业机器人装调效率和自动化生产线生产效率的提高。

动态数据驱动仿真综述

动态数据驱动仿真是一种“模型和数据相结合”的仿真范式,它将真实系统的观测(数据)持续注入仿真(模型),让数据动态地校正仿真(状态、参数),以此来提高基于仿真的估计和预测能力。由于动态数据驱动仿真融合了模型预测和实时观测两方面的信息,因此它能更准确地估计系统状态并预测状态的未来演化。梳理了动态数据驱动仿真的思想起源和基本概念,延伸介绍了“模型和数据相结合”的思想孕育的一系列仿真范式,并辨析了它们之间的联系和区别;介绍了基于粒子滤波的数据同化方法和identical-twin仿真实验方法;从应用场景、模型和数据、数据同化算法、与新技术的融合等4个维度综述了动态数据驱动仿真的研究现状;从仿真模型、观测数据、数据同化、运行效率、应用领域等5个方面对动态数据驱动仿真未来研究方向进行了展望。

基于Unity3D的卷绕机半物理仿真系统研究

机电一体化产品在研发过程中普遍面临现场调试工作量大、周期长和成本高等问题,而且目前主流的仿真软件功能较为单一。因此,研究设计了一套兼具实时性和三维展示效果、能够连接机械电子软件的半物理仿真系统。其以卷绕机为仿真对象,利用Unity3D搭建虚拟仿真平台,通过电路板实现虚拟仿真平台与控制系统间数据的实时交互。通过输出卷绕过程中关键结构的运动时序和空间轨迹图,验证了卷绕机机电系统的工艺仿真可行性。研究结果表明,该系统可替代部分现场调试工作,提高研发效率。

雷达制导半实物仿真目标速度控制算法优化

针对末制导雷达半实物仿真试验中回波模拟质量问题,分析了时统不一致对回波模拟信噪比的影响,通过改进的中值滤波算法,优化了射频仿真系统中目标速度控制算法,有效消除了重帧、丢帧对回波信号的影响,大大提升了回波信噪比,保证了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。

“发酵工程”课程“理论——仿真——实操”教学体系研究

“发酵工程”是生物制药专业开设的一门实践性较强的必修课程。发挥仿真实验教学的链接作用,“理论—仿真—实操”的教学体系实现了理论与实践的有机融合。教学成效分析显示,该教学体系增强了学生的学习兴趣,提高了学生对理论知识的理解能力和应用实践能力,促进了课程目标的达成。

基于工程教育认证的环境工程仿真实验教学模式探索

环境工程专业作为河南工程学院首批工程教育认证的试点专业,现有的实验教学模式由于综合性、创新型实验少,基础性和验证性实验多等特点已经无法完全满足工程教育专业认证的需求。将河南工程学院环境工程现有实验项目进行分类、整合,借助虚拟仿真实验建立以“虚”促“实”、虚实结合的环境工程专业仿真实验教学体系,为本校环境工程专业学生解决问题能力的提升提供一个良好的实验平台,也为地方高校环境工程实验教学改革提供参考。

“毁伤快速算法与仿真技术”专题出版前言

区别于一般的爆炸力学和冲击动力学计算,毁伤仿真计算往往需要对完整目标场景甚至阵地场景进行武器打击全过程计算,同时又需要近实时给出计算结果。这种大场景和快速计算在武器研发和运用的工程实际中有着强烈的应用需求。现有爆炸和冲击动力学计算方法(如FEM)由于计算规模和计算效率的限制,在进行毁伤场景计算时往往只能对目标构件或者局部区域进行计算,很难满足毁伤仿真的应用需求。近年来出现了一些快速算法,如镜像爆源法、侵彻微分面元法和破片射线追踪法等,这些快速算法充分利用解析公式、经验数据或代理模型,结合计算机仿真与可视化技术,形成实用工具,有力支撑了国防工业和军事领域的应用。

射频隐身仿真分析和评估研究

当前对飞行器平台射频隐身的重视度越来越高,为了贴合实际地分析评估射频隐身性能,提出了一种用于多机协同传感器信号级联合仿真的评估方法。结合射频特征、低被截获性能表征指标以及作战场景、飞行器平台、雷达模型、截获接收机模型和低被截获性能分析算法模型,构建了可以用来对多机协同等作战样式下的射频隐身性能进行分析评估的仿真系统,为射频隐身设计提供支撑依据与评估验证环境。针对信息量大、复杂度高的表征参量计算模型,研究其近似快速算法,提高仿真系统的实用性。

数字化转型背景下虚拟仿真技术应用于天然药物化学实验课程的探索

虚拟仿真技术应用于天然药物化学实验课程是数字转型背景下高等学校信息化课程体系建设的必然要求,对于创新型药学类专业类人才的培养具有较大的优势。从实用、科研、经济效益、学生和教师使用的角度出发,分析并总结虚拟仿真实验教学使用过程中的几点建议,旨在为天然药物化学等相关课程开展虚拟仿真实验教学提供参考。

基于现代三维设计仿真技术的“机械设计基础”课程教学探索

“机械设计基础”是近机械类本科必修专业基础课,主要讲述常用机构及通用机械零部件的工作原理及设计方法,旨在培养学生掌握通用机械装置的基本设计方法及工程设计能力。该文针对当前课程教学中存在的各专业知识结构参差不齐、课程知识抽象化程度高学生不易理解、理论与实践教学环节脱节等关键问题,提出在学时缩减背景下将现代三维建模仿真技术中的参数化建模、虚拟装配、运动仿真等功能融入教学实践的可行方案,从改善课堂教学效果、增设课后习题研讨作业、开展渐进式课程设计等多个方面入手开展教学改革创新实践。教学实践结果表明,在不增加现有课堂教学总学时、不显著增加学生学习负担的前提下,利用三维设计仿真软件辅助教学,有效缓解了课程理论知识抽象、学生理解困难的问题,增强了学生学习的积极性、主动性,激发了课堂互动活力,提升了课堂教学氛围,同时在项目式教学环节中促进了学生创新精神和团队合作意识的培养,提高了学生使用机械设计软件解决实际工程设计问题的能力。

三相交流异步电动机控制及故障诊断虚拟仿真实验系统设计与应用

为切实解决三相交流异步电动机实验危险性高、操作复杂等教学难点,充分发挥虚拟仿真技术沉浸感强、交互性好、辅助抽象思考的优点,设计与开发一套三相交流异步电动机控制及故障诊断虚拟仿真实验系统。作为传统实验教学的延伸与拓展,该系统集成演示验证、设计探究和综合应用等多种实验形式,使学生能够独立、系统地参与实验,提高其解决工程实际问题的能力。

基于虚拟仿真技术的机电一体化技术专业群人才培养的改革与实践

机电一体化技术专业群人才培养面临高投入、高损耗、高风险,以及难实施、难观摩、难再现的“三高三难”问题的困境,引入虚拟仿真技术将产业的新技术、新设备、新工艺等融入到虚拟仿真教学平台与实践教学中,可有效地解决专业群实践教学中的“三高三难”问题。该文通过专业群人才培养模式改革、六大课程群构建、教师教学创新团队建设开展专业群建设,利用虚拟仿真技术从七个方面对专业群人才培养进行应用研究。实践表明,虚拟仿真技术能有效解决教学资源和实践设备不足的问题,创新利用虚拟仿真技术开展混合式教学,可以使课堂教学活动更加生动、形象,将抽象的知识点以更直观的方式呈现给学生,帮助学生理解和掌握相关知识和技能。教师利用虚拟仿真软件构建课程教学典型案例,可以根据学生的实际需求创新设计对应的教学情境,及时调整教学策略,开展“三教”改革,使教学活动更加有序、高效。专业群人才培养中利用虚拟仿真技术能有效解决学生所学知识的前沿性及时效性,为新时代背景下制造业转型升级提供具有工匠精神的综合工程素质和创新性专业人才。