虛擬實驗科技創新論文范文

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1時間安排靈活性低

目前，開放性實驗室已經成為高校實驗室建設的一大趨勢，越來越多的高校實驗室已從教師主體模式轉型為學生主體模式。但是即使是開放性實驗室也遵循一定的作息制度，而科技創新對于學生來說屬于課外活動，學生時間安排零散，申請時便常有“撞車”的情況出現，在本科生實驗教學緊張的時間段中，創新小組更有可能長時間的申請不到實驗室。除此之外，實驗室中元件種類有限，學生在進行科技創新活動時只能基于現有元件進行設計等等因素，也在一定程度上影響了學生對科技創新活動的積極性?；谶@種情況，將Matlab仿真軟件引入科技創新活動中，將仿真與實作相結合、將虛擬實驗與硬件實驗相結合，既能克服傳統硬件實驗室的局限性，又有助于開拓創新課題的思路，對開展大學生科技創新活動有極大的促進作用。

2Matlab軟件在科技創新活動中的應用

Matlab軟件作為一種工程仿真軟件，在應用代數、電工電子、自動控制以及信號處理等多個專業的教學實驗中均有廣泛應用。本文以直流電機控制系統為例，簡述Matlab軟件在科技創新活動中的優勢。

2.1多樣的建模方式

對于工程專業的仿真研究來說，建立系統模型是對系統進行分析與設計的第一步。Matlab軟件提供了基于代碼和模塊兩種建模方式，對于每一種模式的建模都具有較高的靈活度。利用Matlab軟件，可采用如下幾種建模方法：

2.1.1代碼編程實現利用m文件編寫代碼，實現模型建立。例如直流電機傳遞函數為。根據分析設計的需要，同樣可以利用相應函數建立其零極點模型、狀態空間模型等。這種建模方法靈活性大，但對編程能力要求較高，系統比較復雜時，學生實現起來會有一定困難。

2.1.2傳遞函數模塊實現Matlab軟件中的Simulink工具是一種模塊化編程工具，模型庫中提供了多種元件模塊供用戶選擇。學生可以從中選擇需要的函數模塊，調節模塊參數，建立某一元件，或控制系統的仿真模型。

2.2豐富的元件模型

傳遞函數是一種線性數學模型，但是很多元件本身是非線性的。以直流電機為例，在很多情況下，可以將它的數學模型線性化后，用傳遞函數描述。但是在某些創新課題中，需要更精確的電機模型。而直流電動機的內部數學關系比較復雜，即使已知各變量間的微分方程，對于本科學生來說，將其仿真實現也比較困難。Simulink中提供了豐富的元件庫，將很多元件集成模塊化，如圖3所示。通過調節電機、電壓源等元件的參數，可以對不同型號的電機進行分析與設計。這相當于實驗室以虛擬儀器的形式，引進了大量的工程實驗設備，對于學生的創新設計活動給予了充分的技術支持，改善了傳統硬件實驗室中學生只能基于實驗室現有器材裝備進行科技創新活動的情況，除此以外，將Matlab軟件引入科技創新活動，學生以仿真實驗的形式進行創新式的分析與設計，還有一個隱性的優勢就是學生在實驗時，不必擔心因設計失誤而造成元件或線路的損壞，這無形中減少了學生在動手實踐時的顧慮，增強學生創新勇氣和信心。

2.3便捷的分析手段

對于工程專業的學生來說，分析與設計控制系統，是科技創新活動的主流課題之一。學生在參加科技創新活動之前已經完成了相應的先修課程，掌握了利用不同性能指標分析系統性能的方法，這些方法大都基于系統的傳遞函數進行數學上的計算，對于比較復雜的實際系統，運算量較大。Matlab軟件中提供了多種函數，可以對系統進行時域、頻域、以及根軌跡分析。以圖2所示直流電機控制系統為例，利用Matlab函數，可以很容易的畫出系統的時域響應曲線，如圖5（a）所示，根軌跡圖，如圖5（b）所示，和開環頻率響應曲線，如圖5（c）所示。借助Matlab軟件分析系統性能，避免了繁雜的數學運算，既提高了分析的準確性，又節省了時間精力，學生可以將活動的重心及早的放到系統設計的環節中去。

2.4靈活的時間地點安排

利用Matlab軟件將仿真實驗與科技創新活動相結合，相當于學生將一間虛擬實驗室搬到了個人電腦上。活動地點不再局限于專業實驗室，小組成員可以在自習室、圖書館甚至寢室中進行討論、交流、查閱資料以及編程設計等活動，這極大的增加了學生規劃時間的自由度，同時，也改善了學生在實驗室遇到問題查閱資料不便的情況，學生在遇到問題的時候，可以將電腦帶至移動至圖書館、閱覽室等場所進行創新活動。當遇到問題時，更可以帶著問題找導師，提高了學生與導師之間的交流效率。

3結論

科技創新是培養大學生創新意識、創新思維的重要實踐活動，實驗室則是支撐科技創新活動的主要平臺。依托Matlab軟件進行虛擬實驗室建設，將仿真與科技創新有機的結合起來，不僅極大的降低了創新活動的成本，更給學生的創新選題以及實踐活動提供了更大的自由度和發揮空間，激發了學生的興趣，也提高了創新活動的質量。

作者：馮程初俊博汪微檳單位：海軍大連艦艇學院