虚拟实验科技创新论文范文

1时间安排灵活性低

目前，开放性实验室已经成为高校实验室建设的一大趋势，越来越多的高校实验室已从教师主体模式转型为学生主体模式。但是即使是开放性实验室也遵循一定的作息制度，而科技创新对于学生来说属于课外活动，学生时间安排零散，申请时便常有“撞车”的情况出现，在本科生实验教学紧张的时间段中，创新小组更有可能长时间的申请不到实验室。除此之外，实验室中元件种类有限，学生在进行科技创新活动时只能基于现有元件进行设计等等因素，也在一定程度上影响了学生对科技创新活动的积极性。基于这种情况，将Matlab仿真软件引入科技创新活动中，将仿真与实作相结合、将虚拟实验与硬件实验相结合，既能克服传统硬件实验室的局限性，又有助于开拓创新课题的思路，对开展大学生科技创新活动有极大的促进作用。

2Matlab软件在科技创新活动中的应用

Matlab软件作为一种工程仿真软件，在应用代数、电工电子、自动控制以及信号处理等多个专业的教学实验中均有广泛应用。本文以直流电机控制系统为例，简述Matlab软件在科技创新活动中的优势。

2.1多样的建模方式

对于工程专业的仿真研究来说，建立系统模型是对系统进行分析与设计的第一步。Matlab软件提供了基于代码和模块两种建模方式，对于每一种模式的建模都具有较高的灵活度。利用Matlab软件，可采用如下几种建模方法：

2.1.1代码编程实现利用m文件编写代码，实现模型建立。例如直流电机传递函数为。根据分析设计的需要，同样可以利用相应函数建立其零极点模型、状态空间模型等。这种建模方法灵活性大，但对编程能力要求较高，系统比较复杂时，学生实现起来会有一定困难。

2.1.2传递函数模块实现Matlab软件中的Simulink工具是一种模块化编程工具，模型库中提供了多种元件模块供用户选择。学生可以从中选择需要的函数模块，调节模块参数，建立某一元件，或控制系统的仿真模型。

2.2丰富的元件模型

传递函数是一种线性数学模型，但是很多元件本身是非线性的。以直流电机为例，在很多情况下，可以将它的数学模型线性化后，用传递函数描述。但是在某些创新课题中，需要更精确的电机模型。而直流电动机的内部数学关系比较复杂，即使已知各变量间的微分方程，对于本科学生来说，将其仿真实现也比较困难。Simulink中提供了丰富的元件库，将很多元件集成模块化，如图3所示。通过调节电机、电压源等元件的参数，可以对不同型号的电机进行分析与设计。这相当于实验室以虚拟仪器的形式，引进了大量的工程实验设备，对于学生的创新设计活动给予了充分的技术支持，改善了传统硬件实验室中学生只能基于实验室现有器材装备进行科技创新活动的情况，除此以外，将Matlab软件引入科技创新活动，学生以仿真实验的形式进行创新式的分析与设计，还有一个隐性的优势就是学生在实验时，不必担心因设计失误而造成元件或线路的损坏，这无形中减少了学生在动手实践时的顾虑，增强学生创新勇气和信心。

2.3便捷的分析手段

对于工程专业的学生来说，分析与设计控制系统，是科技创新活动的主流课题之一。学生在参加科技创新活动之前已经完成了相应的先修课程，掌握了利用不同性能指标分析系统性能的方法，这些方法大都基于系统的传递函数进行数学上的计算，对于比较复杂的实际系统，运算量较大。Matlab软件中提供了多种函数，可以对系统进行时域、频域、以及根轨迹分析。以图2所示直流电机控制系统为例，利用Matlab函数，可以很容易的画出系统的时域响应曲线，如图5（a）所示，根轨迹图，如图5（b）所示，和开环频率响应曲线，如图5（c）所示。借助Matlab软件分析系统性能，避免了繁杂的数学运算，既提高了分析的准确性，又节省了时间精力，学生可以将活动的重心及早的放到系统设计的环节中去。

2.4灵活的时间地点安排

利用Matlab软件将仿真实验与科技创新活动相结合，相当于学生将一间虚拟实验室搬到了个人电脑上。活动地点不再局限于专业实验室，小组成员可以在自习室、图书馆甚至寝室中进行讨论、交流、查阅资料以及编程设计等活动，这极大的增加了学生规划时间的自由度，同时，也改善了学生在实验室遇到问题查阅资料不便的情况，学生在遇到问题的时候，可以将电脑带至移动至图书馆、阅览室等场所进行创新活动。当遇到问题时，更可以带着问题找导师，提高了学生与导师之间的交流效率。

3结论

科技创新是培养大学生创新意识、创新思维的重要实践活动，实验室则是支撑科技创新活动的主要平台。依托Matlab软件进行虚拟实验室建设，将仿真与科技创新有机的结合起来，不仅极大的降低了创新活动的成本，更给学生的创新选题以及实践活动提供了更大的自由度和发挥空间，激发了学生的兴趣，也提高了创新活动的质量。

作者：冯程初俊博汪微槟单位：海军大连舰艇学院