模擬軟體

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模擬軟體（Simulation Software）

　　模擬軟體是指一類面向模擬應用的專用電腦軟體。它的特點是面向問題、面向模擬用戶。它的功能可以概括為建模、運控、結果處理和資料庫管理。因而,模擬軟體可以分為模擬程式包、模擬語言和模擬軟體平臺。

　　模擬軟體分為模擬語言、模擬程式包和模擬軟體系統三類。其中模擬語言是應用最廣泛的模擬軟體。模擬程式包是針對模擬的專門應用領域建立起來的程式系統。軟體設計人員將常用的程式段設計成通用的子程式模塊，並設計一個主程式模塊，用於調用子程式模塊。模擬研究人員使用這種程式包可免去繁重的程式編製工作。模擬程式包除不具備模擬軟體的功能1以外，至少具備功能2、3、4中的任一種。模擬軟體系統以資料庫為核心將模擬軟體的所有功能有機地統一在一起，構成一個完善的系統。它由建模軟體、模擬運行軟體（語言）、輸出結果分析報告軟體和資料庫管理系統組成。模擬軟體通過軟體模擬的具有完整硬體系統功能的、運行在一個完全隔離的環境中的完整電腦系統。它與模擬硬體同為模擬的技術工具。模擬軟體是從50年代中期開始發展起來的。它的發展與模擬應用、演算法、電腦和建模等技術的發展相輔相成。1984年出現了第一個以資料庫為核心的模擬軟體系統，此後又出現採用人工智慧技術（專家系統）的模擬軟體系統。這個發展趨勢將使模擬軟體具有更強、更靈活的功能、能面向更廣泛的用戶。目前比較風行的是虛擬現實模擬軟體，比如虛擬現實模擬平臺（VR-Platform）。模擬軟體其目標是不斷改善面向問題、面向用戶的模塊描述能力和對模型實驗的功能。不同技術水平的用戶通過模擬軟體能在不同的程度上採用他們表達問題的習慣語言,方便地與電腦對話,完成建模或模擬實驗。

1. 源語言的規範化和處理，即規定描述模型的符號、語句、句法、語法，檢測源程式中的錯誤和將源程式翻譯成機器可執行碼。
2. 模擬的執行和控制。
3. 數據的分析和顯示。
4. 模型、程式、數據、圖形的存儲和檢索。可以通過對軟體的設計來實現這些功能。

　　在教學過程中使用模擬軟體的場合可分為演示性和講解性場合。在講解原理時給學生把原理講清楚，再用幾個模擬例子說明這個原理，這種演示性場合在教學中非常常見。另一方面有時一個或者幾個學時都在講某個具體的電路，而把這個電路當成一個整體採用模擬軟體進行講解，這種場合更多出現在把基本原理講了之後講解真個系統的作用情況下。對於演示性和講解性場合分別有不同的教學要求。演示性場合的目的在於向學生演示講授過的原理，這些原理是從很多應用實例中提取出來的抽象概念。由於這些原理大部分都抽象所以需要用實例來具體化，而模擬軟體的特點有利於這種具體化過程。模擬軟體的方便使用使得教師無需搭建電路，模擬軟體的靈活使得教師無需更換實物就可以再次進行實驗。模擬軟體加速了學生把抽象概念進行具體化的過程。

　　講解性場合常見於對一個設備系統的教學，此時一般很少涉及新的原理，而更多的是把已經講解過的多個電路和原理綜合起來分析一個系統。這就對教師提出了更高要求，教師必須把各個單元和他們的運行原理分別講清楚，還要把他們之間的聯繫講清楚，一個系統運行時，有哪些單元起決定性作用，他們的運行原理在系統運行中是否也起決定性作用，而在分析整個系統的時候，哪些單元的運行原理可以只從側面理解，這些都需要教師進行教學任務分解時有效進行思考。

　　在使用模擬軟體時學生比較難掌握的有幾點：正確模型的使用，初始值的確定，演算法的選擇，步長的確定。教師一定要把這幾個方面給學生講解清楚，而且讓學生多練習才能讓他們掌握具體方法。正確使用模型的難點在於學生往往對模型裡面的參數無法準確進行設置，因此教師應當把這些參數講透徹，這樣學生才能理解。由於正確設定初始值能加快模擬過程，所以教師應當讓學生知道初始值的設置方法，在電路中經常設置的初始值有電容電壓和電感電流等初始值，如果這些值設置不當，模擬過程就要經歷很長的暫態。演算法的選擇在模擬中很重要，由於要根據電路來選擇演算法，所以要讓學生知道自己的模型是連續模型還是離散模型，從而正確選擇模型的演算法。確定步長時要結合電腦的配置和對輸出精度的要求共同確定。

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