1、    multisim仿真在輪機自動化課程教學中的應用研究    賈小平摘 要：針對航海類院校輪機自動化課程特點，該文以較抽象和較難理解的autochief-iii型電子調速器為例，探討如何通過multisim仿真，將輪機自動化課程中的教學重點和難點以更直觀、更生動的形式介紹給學生，從而達到更好的課堂教學效果。關鍵詞：multisim仿真 輪機自動化 教學：g420 ：a ：1674-098x（2014）09（c）-0158-02偶然通過一次講座認識了multisim仿真軟件，講座介紹了應用該軟件輔助高職院校開展實踐訓練取得較好效果的情況，受此啟發，何

2、不將該仿真軟件應用于輪機自動化的課堂教學呢？我們知道，主機遙控系統和機艙監視報警系統是現代化無人機艙的基礎，也是輪機自動化的核心和難點，但在講述上面內容時，一些電工電子的知識是不可回避的，比較典型的如觸發器、運算放大器的應用等，而高職類院校的學生通常對抽象的公式和理論推導不感興趣，同學們在學習輪機自動化課程以前雖然會有電工電子技術等專業基礎課程做鋪墊，但這些電工類基礎課程本身就比較抽象，而且往往以單個元件為背景展開論述，如果碰到一張綜合性的系統圖，同學們就難免對相關概念顯得茫然，但輪機自動化是一門理論和實踐要求都比較高的課程，在強調實踐能力的同時必須有相關的理論知識作為指導，如果能在講課時輔以

3、multisim仿真，則可起到事半功倍的效果，通過直觀的演示，讓同學們把所學知識有機地結合在一起，更深入地理解輪機自動化課程中那些抽象的電路，該文以船舶主機遙控系統中的autochief-iii型電子調速器為例，介紹一下仿真方法。1 電子調速器仿真方法multisim是美國國家儀器公司（national instruments corporation）推出的一個電子電路仿真軟件，實現了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。multisim能夠提供數千個虛擬元件供選用，同時元件庫可以聯網更新，以便包含生產廠商的最新產品，也可以自己建模、手動添加元件，此外，該軟件還提供了20多種虛擬儀器儀表，可以測試

4、和演示各種電子電路，在進行仿真的同時，該軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元件清單以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等1。autochief-iii型電子調速器的電路原理如圖1所示，經過分析我們知道，該電路分為基本電路和校正電路兩大部分2，其中基本電路主要用來實現pi調節規律，而校正電路則是為了使調速器能夠與螺旋槳特性相匹配。該電路核心部件是5個運算放大器，在輪機自動化這門課程中，關于運算放大器的使用不外乎以下3種情況，即作為比較器、放大器和跟隨器，而這3種使用方法在該電路中都得到了體現，其中運放器a1、a2作為放大器用于實現比例、積分運算，運放器a3作為電壓跟隨

5、器構成燃油限制選小器的一部分，運放器a4、a5作為電壓比較器，根據調速器輸出uo的大小控制6個電子開關的通斷來改變a1、a2的反饋電阻，從而改變調速器的工作特性以便和螺旋槳的推進特性相匹配，為了講解方便，將基本電路簡化，等效電路如圖2所示。該等效電路能夠根據轉速設定值和實際值之間的偏差按照pi調節規律輸出油量信號，相關的證明推導這里不再贅述，如果能通過multisim仿真，演示該電路的開環響應特性曲線，然后將該曲線與本課程前邊章節中介紹過的積分調節器開環輸出特性曲線相比較，該電路實際就是一個pi調節器，只不過這個調節器專門用于轉速的控制，所以就稱它為調速器。1.1 基本pi調速回路仿真首先打開

6、multisim10仿真軟件，按照基本pi調速回路等效圖搭建仿真電路3，因為原理圖僅標明了元件的類別，并沒有具體的型號和參數，比如只標明運算放大器、電阻等，但沒有運放器的型號和電阻的阻值等信息，而這些信息對于電路能否正常工作卻至關重要，這樣在仿真時我們就應該根據所需要的功能隨時修改這些參數直至滿意為止，在這里，運放器我們選擇burr-brown公司的opa743na，步驟如下：單擊菜單“place”->“component”出現放置元件的窗口，點擊“group”下拉菜單選擇“analog”，然后在“family”列表中選擇“opamp（運算放大器）”，最后在“component”列表中找

7、到“opa743na”并雙擊，然后在主窗體的合適位置單擊完成一次元件放置，如果雙擊放置好的元件則會彈出相應的設置窗口，可以查看或修改標簽、顯示、數值、針腳等屬性，甚至可以通過該窗口進行元件的故障設置。按照類似的方法為該運放器放置正負6 v的電源及其他元件，由基本pi調速回路等效圖可知，運放器a1的反向輸入端接的是設定轉速和實測轉速之間的偏差，為了便于觀察仿真結果，這里我們直接放置兩個正負2 v的電源來模擬階躍的偏差信號，然后在“instruments”工具條上單擊“oscilloscope”按鈕在合適的位置放置一個示波器來顯示仿真曲線，該示波器有ab兩個通道，一個通道接輸入的偏差信號，另一個通

8、道接輸出信號uo，所有的元件放置好以后就需要接線了，multisim仿真軟件中為元件接線是非常方便的，只需在線路的起點和終點分別單擊，仿真軟件會為我們自動連接，仿真電路完成后如圖3所示，單擊選中7號線，右鍵菜單，點擊“圖塊顏色”，出現調色板窗口，把7號線改為藍色，這樣在示波器窗口才能更好地區別輸入、輸出信號。準備工作完成后單擊“simulation”工具條上的“run/resume simulation”按鈕或按f5鍵開始運行仿真，雙擊示波器打開仿真屏幕，默認底色為黑色，我們可以通過單擊“reverse（反向）”按鈕將背景改為白色，這樣看起來更清爽，此時我們可以通過單擊j1、j2開關來控制階躍

9、信號的輸入，同時通過仿真示波器的屏幕觀察結果，圖4為仿真開始后180 ms至280 ms之間的一段截圖，由圖可知，基本pi調速回路的偏差輸入（a通道）的初始值為4.325 v，近似等于0 v，該電路的輸出uo的初始值為-5.794 v，在仿真開始后約206 ms時輸入信號階躍為正2 v，則uo立刻有一個比例輸出，然后隨著時間的推移，在比例輸出的基礎上再附加一個積分輸出，這時引導同學們回想前邊介紹過的pi調節器開環響應特性曲線（如圖5所示），通過比較讓同學們認同autochief-iii型電子調速器的基本電路確實是具有比例、積分調節規律的調節器。1.2 校正電路仿真校正電路的主要部件為2個運算放

10、大器和6個電子開關，該電路能夠根據直接反饋回來的油量信號uo與可變電阻p1、p2調定的轉折電壓up1、up2的比較結果來決定電子開關的通斷，從而改變基本調速回路的反饋電阻，也就改變了運放器a1、a2的放大系數，使得autochief-iii型電子調速器的輸出特性為三段折線，從而近似地匹配螺旋槳功率與轉速三次方之間的指數關系。只要給同學們講清楚校正電路的作用，對于該電路的原理分析就非常簡單了，其中電子開關和邏輯門電路沒什么好解釋的，只要把校正電路中的運算放大器a4，a5是如何作為比較器工作的給同學們講明白就可以了，我們知道，運算放大器不接反饋或者接正反饋，都是當作比較器來用的，對此我們可以非常方

11、便地通過multisim10仿真來給同學們演示，具體方法與基本pi調速回路的仿真類似，這里不再贅述。2 結語通過前面的介紹我們可以看出，在輪機自動化的課堂教學中引入multisim仿真可以更直觀地對抽象控制系統進行講解，通過仿真軟件搭建和課本上一模一樣的控制回路，讓同學們看到實實在在的仿真運行效果，從而提高課堂效率，使授課更有說服力，同時引導學生更深入地理解要點、難點知識，進而轉化為能力和素質，同時，仿真軟件的引入和使用也為學生拓展了知識、開闊了思路，為今后的職業生涯打下堅實的基礎。參考文獻1 崔霞，魏魯原.multisim10.0在電子技術實習中的應用j.實驗科學與技術，2010，8（6）：

12、42-43.2 初忠.輪機自動化m.大連：大連海事大學出版社，2006：182-184.3 顏芳，宋焱翼，謝禮瑩，等.基于multisim的電路原理課程仿真實驗設計j.實驗技術與管理，2013，30（5）：59-62.endprint摘 要：針對航海類院校輪機自動化課程特點，該文以較抽象和較難理解的autochief-iii型電子調速器為例，探討如何通過multisim仿真，將輪機自動化課程中的教學重點和難點以更直觀、更生動的形式介紹給學生，從而達到更好的課堂教學效果。關鍵詞：multisim仿真 輪機自動化 教學：g420 ：a ：1674-098x（2014）09（c）-0158-02偶然

13、通過一次講座認識了multisim仿真軟件，講座介紹了應用該軟件輔助高職院校開展實踐訓練取得較好效果的情況，受此啟發，何不將該仿真軟件應用于輪機自動化的課堂教學呢？我們知道，主機遙控系統和機艙監視報警系統是現代化無人機艙的基礎，也是輪機自動化的核心和難點，但在講述上面內容時，一些電工電子的知識是不可回避的，比較典型的如觸發器、運算放大器的應用等，而高職類院校的學生通常對抽象的公式和理論推導不感興趣，同學們在學習輪機自動化課程以前雖然會有電工電子技術等專業基礎課程做鋪墊，但這些電工類基礎課程本身就比較抽象，而且往往以單個元件為背景展開論述，如果碰到一張綜合性的系統圖，同學們就難免對相關概念顯得茫

14、然，但輪機自動化是一門理論和實踐要求都比較高的課程，在強調實踐能力的同時必須有相關的理論知識作為指導，如果能在講課時輔以multisim仿真，則可起到事半功倍的效果，通過直觀的演示，讓同學們把所學知識有機地結合在一起，更深入地理解輪機自動化課程中那些抽象的電路，該文以船舶主機遙控系統中的autochief-iii型電子調速器為例，介紹一下仿真方法。1 電子調速器仿真方法multisim是美國國家儀器公司（national instruments corporation）推出的一個電子電路仿真軟件，實現了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。multisim能夠提供數千個虛擬元件供選用，同時元件庫可

15、以聯網更新，以便包含生產廠商的最新產品，也可以自己建模、手動添加元件，此外，該軟件還提供了20多種虛擬儀器儀表，可以測試和演示各種電子電路，在進行仿真的同時，該軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元件清單以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等1。autochief-iii型電子調速器的電路原理如圖1所示，經過分析我們知道，該電路分為基本電路和校正電路兩大部分2，其中基本電路主要用來實現pi調節規律，而校正電路則是為了使調速器能夠與螺旋槳特性相匹配。該電路核心部件是5個運算放大器，在輪機自動化這門課程中，關于運算放大器的使用不外乎以下3種情況，即作為比較器、放大器和跟隨

16、器，而這3種使用方法在該電路中都得到了體現，其中運放器a1、a2作為放大器用于實現比例、積分運算，運放器a3作為電壓跟隨器構成燃油限制選小器的一部分，運放器a4、a5作為電壓比較器，根據調速器輸出uo的大小控制6個電子開關的通斷來改變a1、a2的反饋電阻，從而改變調速器的工作特性以便和螺旋槳的推進特性相匹配，為了講解方便，將基本電路簡化，等效電路如圖2所示。該等效電路能夠根據轉速設定值和實際值之間的偏差按照pi調節規律輸出油量信號，相關的證明推導這里不再贅述，如果能通過multisim仿真，演示該電路的開環響應特性曲線，然后將該曲線與本課程前邊章節中介紹過的積分調節器開環輸出特性曲線相比較，該

17、電路實際就是一個pi調節器，只不過這個調節器專門用于轉速的控制，所以就稱它為調速器。1.1 基本pi調速回路仿真首先打開multisim10仿真軟件，按照基本pi調速回路等效圖搭建仿真電路3，因為原理圖僅標明了元件的類別，并沒有具體的型號和參數，比如只標明運算放大器、電阻等，但沒有運放器的型號和電阻的阻值等信息，而這些信息對于電路能否正常工作卻至關重要，這樣在仿真時我們就應該根據所需要的功能隨時修改這些參數直至滿意為止，在這里，運放器我們選擇burr-brown公司的opa743na，步驟如下：單擊菜單“place”->“component”出現放置元件的窗口，點擊“group”下拉菜單

18、選擇“analog”，然后在“family”列表中選擇“opamp（運算放大器）”，最后在“component”列表中找到“opa743na”并雙擊，然后在主窗體的合適位置單擊完成一次元件放置，如果雙擊放置好的元件則會彈出相應的設置窗口，可以查看或修改標簽、顯示、數值、針腳等屬性，甚至可以通過該窗口進行元件的故障設置。按照類似的方法為該運放器放置正負6 v的電源及其他元件，由基本pi調速回路等效圖可知，運放器a1的反向輸入端接的是設定轉速和實測轉速之間的偏差，為了便于觀察仿真結果，這里我們直接放置兩個正負2 v的電源來模擬階躍的偏差信號，然后在“instruments”工具條上單擊“oscil

19、loscope”按鈕在合適的位置放置一個示波器來顯示仿真曲線，該示波器有ab兩個通道，一個通道接輸入的偏差信號，另一個通道接輸出信號uo，所有的元件放置好以后就需要接線了，multisim仿真軟件中為元件接線是非常方便的，只需在線路的起點和終點分別單擊，仿真軟件會為我們自動連接，仿真電路完成后如圖3所示，單擊選中7號線，右鍵菜單，點擊“圖塊顏色”，出現調色板窗口，把7號線改為藍色，這樣在示波器窗口才能更好地區別輸入、輸出信號。準備工作完成后單擊“simulation”工具條上的“run/resume simulation”按鈕或按f5鍵開始運行仿真，雙擊示波器打開仿真屏幕，默認底色為黑色，我們

20、可以通過單擊“reverse（反向）”按鈕將背景改為白色，這樣看起來更清爽，此時我們可以通過單擊j1、j2開關來控制階躍信號的輸入，同時通過仿真示波器的屏幕觀察結果，圖4為仿真開始后180 ms至280 ms之間的一段截圖，由圖可知，基本pi調速回路的偏差輸入（a通道）的初始值為4.325 v，近似等于0 v，該電路的輸出uo的初始值為-5.794 v，在仿真開始后約206 ms時輸入信號階躍為正2 v，則uo立刻有一個比例輸出，然后隨著時間的推移，在比例輸出的基礎上再附加一個積分輸出，這時引導同學們回想前邊介紹過的pi調節器開環響應特性曲線（如圖5所示），通過比較讓同學們認同autochie

21、f-iii型電子調速器的基本電路確實是具有比例、積分調節規律的調節器。1.2 校正電路仿真校正電路的主要部件為2個運算放大器和6個電子開關，該電路能夠根據直接反饋回來的油量信號uo與可變電阻p1、p2調定的轉折電壓up1、up2的比較結果來決定電子開關的通斷，從而改變基本調速回路的反饋電阻，也就改變了運放器a1、a2的放大系數，使得autochief-iii型電子調速器的輸出特性為三段折線，從而近似地匹配螺旋槳功率與轉速三次方之間的指數關系。只要給同學們講清楚校正電路的作用，對于該電路的原理分析就非常簡單了，其中電子開關和邏輯門電路沒什么好解釋的，只要把校正電路中的運算放大器a4，a5是如何作

22、為比較器工作的給同學們講明白就可以了，我們知道，運算放大器不接反饋或者接正反饋，都是當作比較器來用的，對此我們可以非常方便地通過multisim10仿真來給同學們演示，具體方法與基本pi調速回路的仿真類似，這里不再贅述。2 結語通過前面的介紹我們可以看出，在輪機自動化的課堂教學中引入multisim仿真可以更直觀地對抽象控制系統進行講解，通過仿真軟件搭建和課本上一模一樣的控制回路，讓同學們看到實實在在的仿真運行效果，從而提高課堂效率，使授課更有說服力，同時引導學生更深入地理解要點、難點知識，進而轉化為能力和素質，同時，仿真軟件的引入和使用也為學生拓展了知識、開闊了思路，為今后的職業生涯打下堅實

23、的基礎。參考文獻1 崔霞，魏魯原.multisim10.0在電子技術實習中的應用j.實驗科學與技術，2010，8（6）：42-43.2 初忠.輪機自動化m.大連：大連海事大學出版社，2006：182-184.3 顏芳，宋焱翼，謝禮瑩，等.基于multisim的電路原理課程仿真實驗設計j.實驗技術與管理，2013，30（5）：59-62.endprint摘 要：針對航海類院校輪機自動化課程特點，該文以較抽象和較難理解的autochief-iii型電子調速器為例，探討如何通過multisim仿真，將輪機自動化課程中的教學重點和難點以更直觀、更生動的形式介紹給學生，從而達到更好的課堂教學效果。關鍵詞

24、：multisim仿真 輪機自動化 教學：g420 ：a ：1674-098x（2014）09（c）-0158-02偶然通過一次講座認識了multisim仿真軟件，講座介紹了應用該軟件輔助高職院校開展實踐訓練取得較好效果的情況，受此啟發，何不將該仿真軟件應用于輪機自動化的課堂教學呢？我們知道，主機遙控系統和機艙監視報警系統是現代化無人機艙的基礎，也是輪機自動化的核心和難點，但在講述上面內容時，一些電工電子的知識是不可回避的，比較典型的如觸發器、運算放大器的應用等，而高職類院校的學生通常對抽象的公式和理論推導不感興趣，同學們在學習輪機自動化課程以前雖然會有電工電子技術等專業基礎課程做鋪墊，但這些

25、電工類基礎課程本身就比較抽象，而且往往以單個元件為背景展開論述，如果碰到一張綜合性的系統圖，同學們就難免對相關概念顯得茫然，但輪機自動化是一門理論和實踐要求都比較高的課程，在強調實踐能力的同時必須有相關的理論知識作為指導，如果能在講課時輔以multisim仿真，則可起到事半功倍的效果，通過直觀的演示，讓同學們把所學知識有機地結合在一起，更深入地理解輪機自動化課程中那些抽象的電路，該文以船舶主機遙控系統中的autochief-iii型電子調速器為例，介紹一下仿真方法。1 電子調速器仿真方法multisim是美國國家儀器公司（national instruments corporation）推出的

26、一個電子電路仿真軟件，實現了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”。multisim能夠提供數千個虛擬元件供選用，同時元件庫可以聯網更新，以便包含生產廠商的最新產品，也可以自己建模、手動添加元件，此外，該軟件還提供了20多種虛擬儀器儀表，可以測試和演示各種電子電路，在進行仿真的同時，該軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元件清單以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等1。autochief-iii型電子調速器的電路原理如圖1所示，經過分析我們知道，該電路分為基本電路和校正電路兩大部分2，其中基本電路主要用來實現pi調節規律，而校正電路則是為了使調速器能夠與螺旋槳特性相匹配。該

27、電路核心部件是5個運算放大器，在輪機自動化這門課程中，關于運算放大器的使用不外乎以下3種情況，即作為比較器、放大器和跟隨器，而這3種使用方法在該電路中都得到了體現，其中運放器a1、a2作為放大器用于實現比例、積分運算，運放器a3作為電壓跟隨器構成燃油限制選小器的一部分，運放器a4、a5作為電壓比較器，根據調速器輸出uo的大小控制6個電子開關的通斷來改變a1、a2的反饋電阻，從而改變調速器的工作特性以便和螺旋槳的推進特性相匹配，為了講解方便，將基本電路簡化，等效電路如圖2所示。該等效電路能夠根據轉速設定值和實際值之間的偏差按照pi調節規律輸出油量信號，相關的證明推導這里不再贅述，如果能通過mul

28、tisim仿真，演示該電路的開環響應特性曲線，然后將該曲線與本課程前邊章節中介紹過的積分調節器開環輸出特性曲線相比較，該電路實際就是一個pi調節器，只不過這個調節器專門用于轉速的控制，所以就稱它為調速器。1.1 基本pi調速回路仿真首先打開multisim10仿真軟件，按照基本pi調速回路等效圖搭建仿真電路3，因為原理圖僅標明了元件的類別，并沒有具體的型號和參數，比如只標明運算放大器、電阻等，但沒有運放器的型號和電阻的阻值等信息，而這些信息對于電路能否正常工作卻至關重要，這樣在仿真時我們就應該根據所需要的功能隨時修改這些參數直至滿意為止，在這里，運放器我們選擇burr-brown公司的opa7

29、43na，步驟如下：單擊菜單“place”->“component”出現放置元件的窗口，點擊“group”下拉菜單選擇“analog”，然后在“family”列表中選擇“opamp（運算放大器）”，最后在“component”列表中找到“opa743na”并雙擊，然后在主窗體的合適位置單擊完成一次元件放置，如果雙擊放置好的元件則會彈出相應的設置窗口，可以查看或修改標簽、顯示、數值、針腳等屬性，甚至可以通過該窗口進行元件的故障設置。按照類似的方法為該運放器放置正負6 v的電源及其他元件，由基本pi調速回路等效圖可知，運放器a1的反向輸入端接的是設定轉速和實測轉速之間的偏差，為了便于觀察仿真

30、結果，這里我們直接放置兩個正負2 v的電源來模擬階躍的偏差信號，然后在“instruments”工具條上單擊“oscilloscope”按鈕在合適的位置放置一個示波器來顯示仿真曲線，該示波器有ab兩個通道，一個通道接輸入的偏差信號，另一個通道接輸出信號uo，所有的元件放置好以后就需要接線了，multisim仿真軟件中為元件接線是非常方便的，只需在線路的起點和終點分別單擊，仿真軟件會為我們自動連接，仿真電路完成后如圖3所示，單擊選中7號線，右鍵菜單，點擊“圖塊顏色”，出現調色板窗口，把7號線改為藍色，這樣在示波器窗口才能更好地區別輸入、輸出信號。準備工作完成后單擊“simulation”工具條上的“run/resume simulation”按鈕或按f5鍵開始運行仿真，雙擊示波器打開仿真屏幕，默認底色為黑色，我們可以通過單擊“reverse（反向）”按鈕將背景改為白色，這樣看起來更清爽，此時我們可以通過單擊j1、j2開關來控制階躍信號的輸入，同時通過仿真示波器