Simulační software je založen na procesu simulace reálného jevu pomocí sady matematických vzorců. Je to v podstatě program , který umožňuje uživateli pozorovat operaci prostřednictvím simulace, aniž by ji skutečně provedl. Hojně se používá pro navrhování zařízení tak, aby se výsledný produkt co nejvíce přiblížil konstrukčním charakteristikám bez nákladných technologických úprav. Simulační software se často používá ve hrách, ale má také důležité průmyslové aplikace. V případech, kdy je zneužití strojního zařízení nákladné, jako v případě letadel , jaderných elektráren nebo chemických závodů , je simulovaný skutečný ovládací panel připojen k simulaci fyzické odezvy v reálném čase , což poskytuje cennou výuku v bezpečném prostředí. životní prostředí.
Moderní počítačové programy mohou simulovat chování energetických systémů , povětrnostní podmínky , elektronické obvody , chemické reakce , mechatroniku [1] , tepelná čerpadla , zpětnovazební řídicí systémy , jaderné reakce a dokonce i složité biologické procesy . Teoreticky lze na počítači simulovat jakékoli jevy, které lze redukovat na matematická data a rovnice. Modelování může být složité, protože většina přírodních jevů podléhá téměř nekonečnému množství vlivů. Jedním ze způsobů rozvoje užitných modelů je identifikace nejdůležitějších faktorů ovlivňujících dosažení cílů modelování. Kromě simulace procesů se simulace používá také k testování nových teorií. Po vytvoření teorie vztahů příčiny a následku může teoretik tyto vztahy kodifikovat ve formě počítačového programu . Pokud se pak program chová stejně jako skutečný proces, existuje velká šance, že navrhovaný vztah je správný.
Hlavní simulační balíčky spadají do dvou kategorií: diskrétní-událost a spojitá simulace. Simulace diskrétních událostí se používá k simulaci statistických událostí, jako jsou například zákazníci bank přicházejících do fronty. Správným vztahem pravděpodobností příchodu k pozorovanému chování může model určit optimální počet front, aby se čekací doba fronty udržela na dané úrovni. Kontinuální simulátory se používají k simulaci široké škály fyzikálních jevů , jako jsou balistické trajektorie , lidské dýchání , odezva elektromotoru , vysokofrekvenční přenos dat , výroba energie parní turbínou atd. Simulace se používá v počátečním návrhu systému k optimalizaci výběru komponent a regulátoru , a v modelových návrhových systémech pro generování vloženého řídicího kódu. Nepřetržitá simulační práce v reálném čase se používá k školení operátorů a nastavení offline kontroléru.
Existují čtyři hlavní dobře známé přístupy modelování: metoda plánování událostí, skenování aktivit, interakce procesů a třífázový přístup, pro srovnání lze uvést následující:
Metoda plánování událostí je jednodušší a má pouze dvě fáze, což umožňuje programu běžet rychleji, protože neexistuje žádné podmíněné skenování událostí. Přístup ke skenování aktivit je také jednodušší než třífázová metoda, protože nemá kalendář a podporuje šetrné modelování. Tento přístup je však mnohem pomalejší než třífázový přístup, protože považuje všechny aktivity za podmíněné. Třífázový přístup spočívá ve skenování plánu pro související aktivity a poté skenování jakýchkoli podmíněných aktivit, které jej zpomalují. Ve skutečnosti se třífázový používá v distribuovaných systémech , operačních systémech , databázích [2] .
Software pro simulaci elektronických obvodů používá matematické modely k reprodukci chování skutečného elektronického zařízení nebo obvodu. Je to v podstatě počítačový program, který promění počítač v plně funkční elektronickou laboratoř. Elektronické simulátory integrují editor schémat , simulátor SPICE a křivky na obrazovce. Tím, že simuluje chování obvodu před jeho skutečným vytvořením, výrazně zlepšuje účinnost a poskytuje pohled na chování a stabilitu návrhů elektronických obvodů. Většina simulátorů používá SPICE engine, který simuluje analogové , digitální a smíšené A/D obvody s výjimečným výkonem a přesností. Obvykle také obsahují rozsáhlé knihovny modelů a zařízení. Ačkoli tyto simulátory mají obvykle možnosti exportu PCB , nejsou nezbytné pro návrh a testování obvodů, což je hlavní aplikace simulace elektronických obvodů.
Existují jak přísně analogové simulátory elektronických obvodů, tak simulátory se smíšeným režimem, které zahrnují jak analogové, tak i událostmi řízené digitální simulační schopnosti [3] . Veškerá analýza smíšených signálů může být provedena pomocí jediného integrovaného obvodu. Všechny digitální modely v simulátorech se smíšeným režimem poskytují přesnou specifikaci doby šíření a zpoždění náběhu/doběhu.
Algoritmus řízený událostmi poskytovaný simulátory se smíšeným režimem je obecný a podporuje nenumerické datové typy . Prvky mohou například používat reálné nebo celočíselné hodnoty k napodobování funkcí digitálního signálového procesoru nebo selektivních datových filtrů . Protože algoritmus řízený událostmi je rychlejší než standardní řešení matice SPICE , doba simulace pro modely obvodů řízených událostmi je výrazně zkrácena ve srovnání s analogovými modely [4] .
Smíšené modelování se provádí na třech úrovních:
Přesné reprezentace se používají především při analýze problémů integrity signálu a přenosové linky , kde je vyžadována pečlivá kontrola I/O charakteristik integrovaného obvodu. První dvě simulační metody využívají k řešení problémů SPICE , zatímco třetí metoda, digitální primitiva, využívá možnosti smíšeného režimu. Každá z těchto metod má své výhody a účel. Ve skutečnosti mnoho modelů (zejména ty využívající technologii A/D ) vyžaduje kombinaci všech tří přístupů.
Abyste správně pochopili činnost programovatelného logického řadiče (PLC) , musíte strávit značný čas programováním , testováním a laděním programů PLC. Systémy PLC jsou ze své podstaty drahé, zejména prostoje. Pokud je PLC naprogramováno nesprávně, může to mít za následek ztrátu výkonu a nebezpečné podmínky. Simulační software PLC je cenným nástrojem pro pochopení a učení se o PLC [5] . Simulace PLC poskytuje uživatelům možnost psát, upravovat a ladit programy napsané pomocí formátu tagů , což je výkonná technika programování PLC, ale také složitější. Simulace PLC integruje programy žebříkové logiky založené na značkách s 3D interaktivní animací pro zlepšení uživatelské zkušenosti s učením [6] .