机电系统仿真技术

机电系统仿真技术

第一章基础准备及入门

数学软件就其内核而言分为两大类

1、数值计算

对大批量的数据具有较强的管理，计算和可视化的能力。例子：kdq3800.m

2、数学计算

符号计算见长，并可得到分析符号解和任意精度解。

例子：

syms a b c d x

y=a*x^3+b*x^2+c*x+d；

xx=solve(y,'x')

matlab兼有两种算法，比较出色的软件。

1.1安装及工具包选择

安装后产生两个目录

1、软件

2、用户使用工作目录

1.2操作界面

1、包括：指令窗口、目录窗口、内存窗口、历史窗口

1.3命令窗口运行入门

1、独立窗口

2、计算器

解释ans、续行

3、数值、变量、表达式

3.1数值的记述：十进制，科学计数法eps 2 (308)

3.2变量

3.3系统占用的变量

用户可以对上述变量赋值，这种可清除。

可以除0

3.4运算符和表达式

下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数：MATLAB常用的基本数学函数

abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度

angle(z)：复数z的相角(Phase angle)

sqrt(x)：开平方

real(z)：复数z的实部

imag(z)：复数z的虚部

conj(z)：复数z的共轭复数

round(x)：四舍五入至最近整数

fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数

floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数

ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数

rat(x)：将实数x化为分数表示

rats(x)：将实数x化为多项分数展开

sign(x)：符号函数(Signum function)。

当x<0时，sign(x)=-1；

当x=0时，sign(x)=0;

当x>0时，sign(x)=1。MATLAB常用的三角函数

sin(x)：正弦函数

cos(x)：馀弦函数

tan(x)：正切函数

asin(x)：反正弦函数

acos(x)：反馀弦函数

atan(x)：反正切函数

atan2(x,y)：四象限的反正切函数sinh(x)：超越正弦函数

cosh(x)：超越馀弦函数

tanh(x)：超越正切函数

asinh(x)：反超越正弦函数acosh(x)：反超越馀弦函数atanh(x)：反超越正切函数

3.5面向复数的计算

运算定义在复数域

3.6定义数组的计算

1.4命令窗口的其他操作

1、默认颜色

2、结果显示

3、标点符号

4、常用控制指令

5、指令行的编辑

1.5 路径设置和文件管理

当前路径

搜索路径

1.6工作空间及变量编辑

1、浏览器及变量可视化

2、工作空间管理指令Who，whos

Clear

3、变量编辑器

4、数据文件和变量的存取工作空间浏览器保存

向空间输入数据

用命令：save、load

1.7M文件编辑器

1、启动方法

2、文件编制简介

1．8 帮助系统及其应用

1帮助系统三种形式

2两个帮助指令Help、lookfor

3、帮助浏览器

4、官方网站

系统仿真技术在物流系统设计中的应用

广东交通职业技术学院 毕 业 论 文 姓名：李泽东 专业：港口物流设备与自动控制 班级：港口物流设备与自动控制111班 所属院系：海事与港航学院 论文题目：系统仿真技术在物流系统设计中的应 用 指导教师：关腾飞 完成时间： 2014-01-30

毕业论文任务书 学生姓名李泽东专业班级111 指导教师关腾飞工作单位广东交通职业技术学院毕业论文题目:系统仿真技术在物流系统设计中的应用 毕业论文主要内容： 系统仿真技术在物流系统设计中的应用 要求完成的主要任务: 物流仿真软件系统可以把现有的或正在规划中的物流配送中心或工厂在计算机系统中建成虚拟的动画模型, 实现一种以动画为载体, 集作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息合为一体的系统仿真平台 指导教师签名系主任签名 二级学院教学副院长签名(盖章)

目录 绪论------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.现代物流及其特点------------------------------------------------------------------------4 2.物流系统仿真应用研究的进展------------------------------------------------------------------------6 2.1 生产物流系统仿真---------------------------------------------------------------------------6 2.2 供应链仿真-------------------------------------------------------------------8 2.3 物流配送系统仿真---------------------------------------------------------------------8 3.系统仿真在物流系统设计中的应用-------------------------------------------------------------9 3.1系统描述-------------------------------------------------------------------9 3.2仿真目标-------------------------------------------------------------------9 3.3仿真过程-------------------------------------------------------------------10 4.仿真优化方法的改进-------------------------------------------------------------------11 结论------------------------------------------------------------------------------------------------12 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------13 摘要 对物流系统仿真的相关研究领域进行评述，从应用角度将物流系统仿真分为生产物流系统仿真、物流配送系统仿真和供应链仿真，分析了各领域研究的特色并介绍了其应用研究成果，对现有研究的不足进行了评述；分析了物流系统仿真优化方面的主要进展及存在的问题；概述了综合仿真环境及其在物流系统仿真中的应用；提出了物流系统仿真的进一步发展方向。 关键词：物流系统；仿真；仿真优化

【完整版】仿真软件在机械系统设计中的应用

机械系统中仿真软件的使用现状分析 1.计算机仿真概述 所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、计算机技术的发展,而成为一门新兴的学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。计算机仿真主要有以下三种仿真形式： （1）物理仿真：按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。直观形象，逼真度高，但代价高，周期长。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。 （2）半物理仿真：即物理数学仿真，一部分以数学模型描述，并把它仿真计算模型，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天、武器系统等研究领域。 （3）数字仿真（计算机仿真）：首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。作为新兴的技术方法，与传统的物理实验相比较，计算机仿真有着很多无可替代的优点： 1）模拟时间的可伸缩性由于计算机仿真受人的控制，整个过程可控性比较强，仿真的时间可以进行人为的设定，因此时间上有着很强的伸缩性，也可以节约实验的时间,提高实验的效率。 2）模拟运行的可控性由于计算机仿真以计算机为载体，整个实验过程由计算机指令控制进程，所以可以进行认为的设定和修改，这个实验模拟过程有较强的可控性。 3）模拟试验的优化性由于计算机仿真技术可以重复进行无限次模拟实验，因此可以得出不同的结果，各种结果相互比较，可以找到一个更理想更优的问题的解决方案，可以作为优化实验，选择相应的方案。

控制系统仿真

5.2设222(x,y,z)4y z f x x y z =+++，求函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值。 解： >> fun=inline('x(1)+x(2)^2/(4*x(1))+x(3)^2/x(2)+2/x(3)','x'); >> x0=[0.5,0.5,0.5]; >> [x fval]=fminsearch(fun,x0) x = 0.5000 1.0000 1.0000 fval = 4.0000 → 函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值为：4.0000 6.8求方程组1221x y z x y z x y z ++=??-+=??--=? 的解。 解： >> A=[1 1 1;1 -1 1;2 -1 -1]; >> b=[1;2;1]; >> B=[A,b]; >> rank(A),rank(B) ans = 3 ans = 3 >> X=A\b X = 0.6667 -0.5000 0.8333 → 方程组的解为：0.6667x =，=-0.5000y ，=0.8333z 6.11求函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换。 解： >> syms t; >> ft=exp(-3*t)*sin(t); >> Fs=laplace(ft) Fs = 1/((s + 3)^2 + 1) → 函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换为：21(s 3)1 ++

7.11单位负反馈系统的开环传递函数为 1000(s)(0.1s 1)(0.001s 1) G s =++ 应用Simulink 仿真系统构建其阶跃响应曲线。 解： 模型仿真图 1 单位阶跃响应曲线图 1 7.7用S 函数创建二阶系统0.20.40.2(t)y y y u =+=，0y y ==，()u t 为单位阶跃信号，使用Simulink 创建和仿真系统的模型。 解： function [sys,x0,str,ts] = sfun1(t,x,u,flag) switch flag, case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3 sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9} sys=[]; end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes() sizes=simsizes;

4机电系统动态性能的计算机仿真

4．机电系统动态性能的计算机仿真 4．1 概述 机电系统计算机仿真是目前对复杂机电系统进行分析的重要手段与方法。在进行机电系统分析综合与设计工作过程中，除了需要进行理论分析外，还要对系统的特性进行实验研究。系统性能指标与参数是否达到预期的要求？它的经济性能如何？这些都需要在系统设计中给出明确的结论。对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验，然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的，因此就必须对其进行模拟实验研究。当然在有些情况下可以构造一套物理模拟装置来进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对机电系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。所谓机电系统计算机仿真就是以机电系统的数学模型为基础，借助计算机对机电系统的动静态过程进行实验研究。这里讲的机电系统计算机仿真是指借助数字计算机实现对机电系统的仿真分析。这种实验研究的特点是：将实际系统的运动规律用数学表达式加以描述，它通常是一组常微分方程或差分方程，然后利用计算机来求解这一数学模型，以达到对系统进行分析研究的目的。 对机电系统进行计算机仿真的基本过程包括：首先建立系统的数学模型，因为数学模型是系统仿真的基本依据，所以数学模型极为重要。然后根据系统的数学模型建立相应的仿真模型，一般需要通过一定的算法或数值积分方法对原系统的数学模型进行离散化处理，从而建立起相应的仿真模型，这是进行机电系统仿真分析的关键步骤；最后根据系统的仿真模型编制相应的仿真程序，在计算机上进行仿真实验研究并对仿真结果加以分析。 机电系统计算机仿真的应用与发展已经过了近40年的历程，进入20世纪80

对汽车控制系统建模与仿真

对汽车控制系统建模与仿真 摘要：PID 控制是生产过程中广泛使用的一种最基本的控制方法，本文分别采用用简单的比例控制法和用PID控制来控制车速，并用MATLAB对系统进行了动态仿真，具有一定的通用性和实用性。 关键词：MATLAB 仿真；比例控制；PID 控制 1 MATLAB和PID概述 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 2车辆行驶过程车速的数学模型 对行驶在斜坡上的汽车的车速进行动态研究，可以分析车辆的性能，指导车辆的设计。MATLAB软件下的SIMULILNK模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆行驶过程车速控制分析提供了一种有效的手段。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。

物流系统仿真技术

目录 一、任务任务书...................................2 1、课程设计题目...................................2 2、课程问题描述...................................2 3、课程设计要求.. (3) 二课程设计过程...................................4 1、模型设计......................................4 2、参数设置.. (6) 3、模型运行.......................................7 4、数据统计......................................20 5、系统分析......................................21 三、附录 (22) 本文参考文献·····································23 东北林业大学《物流系统仿真技术》课程设计任务书 1.课程设计题目 配送中心系统仿真 2.课程设计问题描述 （1）一配送中心负责3种类型商品的配送业务，该3种商品按照均值20s 的指数分布时间间隔到达该配送中心。 （2）该3种商品类型分布为 ①a=（学号mod30）%（注：模值为0时取30）； ②b=（学号mod40）%（注：模值为0时取40）； ③c=1-a-b 。 NortheastForestryUniversity Collegeofengineeringandtechnology 12月25 《物流系统仿真技术》 课程设计 姓名：武夷山 学号：2010 指导老师：每次

自动控制系统仿真教案

控制系统仿真技术实验指导书 实验课程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年月日

实验报告须知 实验的最后一个环节是实验总结与报告，即对实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。每次实验，都要独立完成实验报告。撰写实验报告应持严肃认真、实事求是的科学态度。实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而要重新进行一次实验，找出引起较大误差的原因，同时用理论知识来解释这种现象。并作如下具体要求： 1. 认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院标准实验报告册，作图要用坐标纸。 2. 报告中的电路图、表格必须用直尺画。绘制电路图要工整、选取合适比例，元件参数标 注要准确、完整。 3. 应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。 4. 计算要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。 5. 绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师 检查，曲线图必须经剪裁大小合适，粘附在实验报告相应位置上。 6. 应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料 中大量抄录。 7. 思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，可以发挥，有的要画图说明， 不能过于简单，不能照抄。 8. 实验报告的分数与报告的篇幅无关。 9. 实验报告页眉上项目如实验时间、实验台号、指导教师、同组学生等不要漏填。

目录 目录 实验一：MATLAB语言的基本命令实验二：控制系统模型与转换 实验三：Simulink 仿真应用 实验四：控制系统工具箱的使用实验五：磁盘驱动系统综合分析实验六：单级倒立摆控制仿真设计

系统仿真技术

系统仿真技术 摘要：介绍了我国仿真技术的发展过程及美国科学局为建立集成的综合仿真环境和仿真系统归纳的五个层次的使能技术。着重探讨了模型的校核，验证与确认，环境仿真，分布交互仿真等关键技术. 关键词：模型校核；建模；验模；环境仿真；分布交互方真；虚拟技术 1概述 仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。 仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。 仿真技术的应用已不仅仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验，仿真技术已扩大为可应用于产品型号研制的全过程，包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各个阶段。仿真技术不仅仅应用于简单的单个系统，也应用于由多个系统综合构成的复杂系统。 对于国外仿真技术的发展和应用，本文拟引用九十年代初美国国防科学局(Defense Science Board)对建模与仿真的使能技术(Enabling Technologies)(即应能解决实现的技术)作出的归纳，可以作为我们思考问题的参考。美国国防科学局认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统，应解决实现以下五个层次的使能技术。 第一层次——基础技术 包括：光纤通讯，集成电路，软件工程工具，人的行为模型，环境模型。 第二层次——元、部件级技术 包括：内存，海量存贮器，显示器，局域网，微处理器，数据库管理系统，数/模/数转换器，建模与仿真构建工具，测试设备。 第三层次——系统级技术 包括：微计算机系统，远距离通讯/广域网，人-机界面，计算机图像生成系统，高性能计算机系统，仪器装备系统，数据库，协议/标准/保密。 第四层次——应用级技术 包括：制造过程仿真工程设计建模与仿真，含人仿真系统，随机作战仿真，半自动兵力。 第五层次——集成综合环境和建模与仿真工具 包括：需求定义，原型机，规划，设计与制造，训练与备战，测试与评估。 上述使能技术有些由商业市场解决，有些主要由美国国防部组织解决，如下表所示： 2仿真技术发展和应用中的几个问题探讨 1.建模与验模 数学模型是仿真的基础。对被仿真的对象或系统，应根据其运动定律、约束条件

哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计

基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图

图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。

动态系统建模仿真 实验报告

动态系统建模仿真实验报告 实验二，实验四 姓名 学号

实验二直流电动机-负载建模及仿真实验 1实验内容 在运动控制系统中电机带动负载转动，电机-负载成为系统的被控对象。本实验项目要求根据电机工作原理及动力学方程，建立模型并仿真。 2实验目的 掌握直流电动机-负载的模型的建立方法； 3实验器材 （1）硬件：PC机。 （2）工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 在很多应用场合中，直流电动机的输出轴直接与负载轴相连，转动部件固定在负载轴上，即为常见的电机直接驱动负载形式。如果不考虑传动轴在转动过程中的弹性形变，即把传动轴的刚度看作无穷大，就可以在系统设计过程中，将执行电机和负载视为一个整体对象，这样被控对象的模型就可以用如图2.1所示的 框图来表示。其中 U表示控制电压；a U，a L，a R分别表示电机的电枢电压，电 r 枢电感和电枢电阻； J为电机的转动惯量，L J为负载的转动惯量，包括由电机 m 驱动的转动体、轴承内圈、转动轴、轴套、速度测量元件、角度测量元件以及被测试件折合到电机轴上的转动惯量等； D、L D分别表示电机和负载的粘性阻尼 m 系数； k为电机的电磁力矩系数；e k为电机的反电势系数；mθ为电机-负载的转 m 角， θ 为电机-负载的角速度。 m 在这一实验中，认为电机与负载的转角是相同的，并考虑了电机及负载转动中产生的粘滞阻尼力矩，所以其电压方程、力矩方程变为如下形式

?????+=+--=+=-s s J J D D M s I k s k s E s s I T s I Ra s E s Ua m l m L m l m m e l )()()()()()())()(()()(θθ (2.1) 由方程组（2.1）可以得到相应的结构框图如图1所示。 图1直流电动机-负载数学模型结构框图 5实验要求： （1）建立从a u 到m θ 的传递函数模型，求其频率特性，并与项目1中的电机频率特性进行对比。 （2）分别取（Dm+D L ）1=0.1（Dm+D L ）和（Dm+D L ）2=0.01（Dm+D L ），编制MATLAB 或simulink 程序，比较阻尼系数不同时电机-负载模型的频率特性。 （3）分别取J L1=0.1J L 和J L ２=10J L ，编制MATLAB 或simulink 程序，比较电机-负载模型的频率特性。 实验所需具体参数如下表。

动态系统建模仿真-实验报告

1实验目的 （1）了解位置伺服系统的组成及工作原理； （2）了解不同控制策略对系统性能的影响。 2实验设备 （1）硬件：PC 机。 （2）工具软件：操作系统：Windows 7；软件工具：MATLAB R2014a 及simulink 。 3工作原理及实验要求 3.1实验原理 图3.1是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图，Gc （s ）为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。 对于位置伺服控制系统，控制器的输出并不是直接驱动电机，而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，在本实验项目中，将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式： Bs Js G P += 2 1 (1.1) 其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。 图3.1位置伺服系统方块图 3.2实验要求 （1）采用PID 控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线。要求考虑摩 擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。 （2）采用模糊控制算法对系统进行仿真，求出求出负载转角的响应曲线，并与 PID 控制的响应曲线进行比较。仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱

和等非线性因素的影响。 4实验内容及步骤 4.1PD 控制位置伺服系统仿真 （1）定义参数： 系统仿真图为图4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Bs Js G P += 2 1 ，参数J 取0.05，参数B 取0.5。摩擦力矩? -=θJ u u f ,u 为控制输出，J 为等效转动惯量，? θ转速。非线性饱和器上下限非别为10~-10。 图4.1 PD 控制位置伺服系统 （2）PD 参数整定 本次仿真采用试凑法确定PID 控制器参数，试凑法就是根据控制器各 参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行,边修改参数,直到满意为止。 一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数KI 将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系统消除静差的速度慢。增加微分系数KD 有利于加快系统的响应,是超调减少,稳定性增加,但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时,一般可根据以上参数

matlab机电系统仿真大作业

一曲柄滑块机构运动学仿真 1、设计任务描述 通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。 2、系统结构简图与矢量模型 下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆与长度已知。 图2-1 曲柄滑块机构简图 设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系 图2-2 曲柄滑块机构的矢量环

3．匀角速度输入时系统仿真 3.1 系统动力学方程 系统为匀角速度输入的时候，其输入为输出为；。 (1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为: (2)曲柄滑块机构的位置方程 (3)曲柄滑块机构的运动学方程 通过对位置方程进行求导，可得 由于系统的输出是与，为了便于建立A*x=B形式的矩阵，使x=[], 将运动学方程两边进行整理，得到 将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式 3.2 M函数编写与Simulink仿真模型建立 3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况 仿真的基本思路：已知输入w2与，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出与r1。 （1）编写Matlab函数求解运动学方程 将该机构的运动学方程的矩阵形式用M函数compv（u）来表示。 设r2=15mm，r3=55mm，r1（0）=70mm，。 其中各个零时刻的初始值可以在Simulink模型的积分器初始值里设置

M函数如下： function[x]=compv(u) %u(1)=w2 %u(2)=sita2 %u(3)=sita3 r2=15; r3=55; a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b; （2）建立Simulink模型 M函数创建完毕后，根据之前的运动学方程建立Simulink模型，如下图： 图3-1 Simulink模型 同时不要忘记设置r1初始值70，如下图： 图3-2 r1初始值设置

系统仿真

系统仿真 1系统仿真概述 1.1定义及实质 所谓系统仿真（system simulation），就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。 系统仿真的实质是 ①它是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。 ②仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能。 ③仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。 1.2系统仿真的分类 根据仿真所采用的模型划分，可将仿真分为数学仿真和物理仿真两大类。 物理仿真亦称为实物仿真，它是在系统生产出样机后，将系统实物全部或部分的引入回路，由于物理仿真能将系统的实际参数、数学仿真中难以考虑到的非线性因素和干扰因素引入仿真回路，因此物理仿真更接近系统的实际情况，通过仿真可以检验实物系统工作的可靠性，可以准确地调整系统元部件的参数。 数学仿真就是将数学模型编排成模拟计算机的排题图或数值计算机的程序。这一过程是将原始数学模型转换成仿真模型，通过对计算机模型的运行达到对原始系统研究的目的，数学仿真在系统设计阶段和分析阶段是十分重要的，通过数学仿真可以检验理论设计的正确性。 1.3系统仿真的作用 ①仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。 ②对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。 ③通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。 ④通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。 1.4适合于系统仿真的问题 ①难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学模型的有效方法。 ②虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法。 ③希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估计某些参数对系统行为的影响。 ④难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯一可行的方法，例如太空飞行的研究。 ⑤需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案。

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计 （2014级） 题目控制系统仿真课程设计学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 完成日期

实验一 交流异步电机动态仿真 一．设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二．设计原理 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 2 0.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下：2 1m s r L L L σ=-， r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=() p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

《机电系统动态仿真》实验指导书2010版

实验一 MATLAB 基本操作 一、实验目的: ①通过上机实验操作,使学生熟悉 MA TLAB 实验环境,练习 MA TLAB 命令、m 文件,进行矩阵运算、图形绘制、数据处理。 ②通过上机操作, 使得学生掌握 Matlab 变量的定义和特殊变量的含义,理解矩阵运算和数组运算的定义和规则。 ③通过上机操作,使得学生掌握数据和函数的可视化,以及二维曲线、三维曲线、三维曲面的各种绘图指令。 二、实验原理与说明 Matlab 是 Matrix 和 Laboratory 两词的缩写,是美国 Mathworks 公司推出的用于科学计算和图形处理的可编程软件,经历了基于 DOS 版和 Windows 版两个发展阶段。 三、实验设备与仪器: PC 电脑, Matlab7.0仿真软件 四、实验内容、方法与步骤: 数组运算与矩阵运算 数组“除、乘方、转置”运算符前的“ . ”决不能省略,否则将按矩阵运算规则进行运算; 执行数组与数组之间的运算时, 参与运算的数组必须同维,运算所得的结果也与参与运算的数组同维。 A=[ 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]; B=[-1 -2 -3; -4 -5 -6; -7 -8 -9];

X=A.*B Y=A*B plot 用于二维曲线绘图,若格式为 plot (X , Y , ’ s ’ ,其中 X 为列向量, Y 是与 X 等行的矩阵时,以 X 为横坐标,按 Y 的列数绘制多条曲线; 若 X 为矩阵, Y 是向量时,以 Y 为纵坐标按 X 的列数(或行数绘 制多条曲线。 参考程序如下: t=(0:pi/100:pi' y1=sin(t*[-1 1]; y2=sin(t.*sin(9*t; plot(t,y1, 'r:', t, y2, 'b-.' axis([0 pi, -1, 1] title('Drawn byDong-yuan GE' 程序运行界面如下:

浅析机械设计中的系统建模与仿真

浅析机械设计中的系统建模与仿真 发表时间：2018-05-15T14:56:43.670Z 来源：《知识-力量》2018年3月上作者：赵洪泽[导读] 本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。 （西华大学，四川成都 610039）摘要：本文介绍发展系统建模与仿真技术的的分类，进一步阐述系统建模与仿真技术的运用，最后总结建模与仿真技术的发展的趋势。关键词：系统建模仿真趋势 一、模拟仿真的定义 仿真(Simulation)，即使用系统模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目仿真系统整体的层次上表示的。系统仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计，一般采用蒙特卡洛法进行仿真，为设计提供决策支持和科学依据。仿真是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。 二、模拟仿真的运用 研制新型飞机时，一般先要对按比例缩小的飞机模型进行风洞试验，以验证飞机的空气动力学性能；开发新型轮船或舰艇等时，一般先要在水池中对缩小的轮船模型进行试验，以了解轮船的各种性能；我国在建设三峡大坝时，广泛采用建模与仿真技术研究和评估大坝对环境、生态、洪水等方面的影响；设计新的生产线或新产品时，要通过仿真或试验对生产线或产品性能作出评估。训练、演示、教学、培训；军事模拟、指挥、虚拟战场；建筑视景与城市规划等多个领域均有仿真模拟的存在。 三、仿真的分类仿真可以按照不同原则分类： ①按所用模型的类型（物理模型、数学模型、物理数学模型）分为物理仿真、计算机仿真（数学仿真）、半实物仿真； ②按所用计算机的类型（模拟计算机、数字计算机、混合计算机）分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真 ③按仿真对象中的信号刘（连续的、离散的）分为连续系统仿真和离散系统仿真； ④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真（仿真时间标尺等于自然时间标尺）、超实时仿真（仿真时间标尺小于自然时间标尺）和亚实时仿真（仿真时间标尺大于自然时间标尺）； ⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等四、系统的分类 （一）从自然属性的角度对系统划分的内容。根据系统是否具有齐次性，系统可以分为：线性系统与非线性系统。简单地说，线性系统就是满足“加法”和“乘法”的系统，两个信号之和经过一个线性系统所产生的输出，等于这两个信号分别经过这个系统得到的输出，这就是加法；乘法就是一个信号乘以一个常数经过线性系统的输出，等于这个信号经过此系统的输出乘以这个常数；而非线性系统就是不满足“加法”和“乘法”的系统（二）根据系统状态变化是否连续，可以将系统分为连续系统（continuous system)和离散事件系统(discrete event system)。连续系统是指系统状态随时间发生连续变化，如化工、电力、液压-气动系统、铣削加工等，其数学模型有微分方程、状态方程、脉冲响应函数等形式。离散事件系统是指只有在离散的时间点上发生“事件”时，系统状态才发生变化的系统，它的数学模型通常为差分方程。制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等都是典型的离散事件系统。 （三）根据系统的模型参数是否恒定，系统可以分为：时变系统与时不变系统。时变系统的函数随时间发生而变化，时不变系统的函数是恒定的，不因时间的变化而变化。还是以售票系统为例，这个系统的参数设定，一般就不会随时间的变化而变化了，因此是时不变系统；人类生存的生态环境就是一个时变系统，每一时刻都有动植物在灭绝，五、数字化仿真的优势 ①有利于缩短产品的开发周期； ②有利于提高产品质量； ③有利于降低产品开发成本； ④可以完成复杂产品的操作、使用训练。 六、数学模型的分类 按人们对事物发展过程的了解程度分类：白箱模型：指那些内部规律比较清楚的模型。如力学、热学、电学以及相关的工程技术问题。灰箱模型：指那些内部规律尚不十分清楚，在建立和改善模型方面都还不同程度地有许多工作要做的问题。如气象学、生态学经济学等领域的模型。黑箱模型:指一些其内部规律还很少为人们所知的现象。如生命科学、社会科学等方面的问题；但由于因素众多、关系复杂，也可简化为灰箱模型来研究按建立模型的数学方法分类:几何模型、微分方程模型、图论模型规划论模型马氏链模型；按应用离散方法或连续方法分类：离散型、连续模型；按是否考虑模型的变化分类：静态模型动态模型按是否考虑随机因素分类：确定性模型随机性模型；按模型的应用领域分类:生物数学模型、医学数学模型、地质数学模型、数量经济学模型、数学社会学模型。 七、建模与仿真的发展趋势 由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，柔性自动化，智能化，并行工程等是当今先进制造技术的发展趋势。计算机的普遍应用给系统仿真领域带来了巨大的发展动力。计算机仿真技术，也就是数学仿真技术的发展改变了以往物理仿真投资大、周期长、不易改进的局面，计算机的应用又推动了系统仿真领域的研究不断向前发展。通过建模与仿真技术的结合，进一步优化产品，使产品智能化，自动化。仿真技术将逐渐涉及更多领域，以求跟随计算机的数字化发展进程。

MATLAB控制系统各种仿真例题(包括simulink解法)

一、 控制系统的模型与转换 1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。 ]52)1)[(2(24)(322 33++++++=s s s s s s s G ) 99.02.0)(1(568 .0)(22+--+=z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s'); G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); G Transfer function: s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3 >> num=[1 0 0.56]; den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1) Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.99 2． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。 )1)(6)(5()1)(1(8)(22 +++-+++=s s s s j s j s s G ) 2.8() 6.2)(2.3()(1 511-++=----z z z z z H ，T=0.05s >>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j]; G=zpk(z,p,8) Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1) >>pzmap(G)

动态系统建模仿真实验报告

动态系统建模仿真-实验报告

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1实验目的 (１）了解位置伺服系统的组成及工作原理； （2）了解不同控制策略对系统性能的影响。 ２实验设备 (1）硬件：ＰC 机。 (２）工具软件：操作系统:W ｉndows ７；软件工具：ＭＡTL ＡB Ｒ2０1４a 及s ｉmu ｌink 。 ３工作原理及实验要求 3.1实验原理 图３.１是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图,Gc （s)为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。 对于位置伺服控制系统,控制器的输出并不是直接驱动电机,而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节,在本实验项目中,将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式: Bs Js G P += 21 （１．1） 其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。 1 Js +Bs 2 Gc(s) r y e u f - u 电机-负载模型 图3.1位置伺服系统方块图 3.2实验要求 (1）采用ＰID 控制器对系统进行仿真,求出负载转角的响应曲线。要求考虑摩擦 力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。

（２）采用模糊控制算法对系统进行仿真,求出求出负载转角的响应曲线，并与 PID 控制的响应曲线进行比较。仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。 4实验内容及步骤 4.1PD 控制位置伺服系统仿真 (１)定义参数: 系统仿真图为图4.1，信号发生器选择幅值为5频率1的正弦信号，在本次实验中Bs Js G P += 2 1 ,参数J 取０.０5，参数B 取0.5。摩擦力 矩? -=θJ u u f ,u 为控制输出,J 为等效转动惯量,? θ转速。非线性饱和器上下限非别为10～-10。 图4.1 PD 控制位置伺服系统 (２）PD 参数整定 本次仿真采用试凑法确定PID 控制器参数,试凑法就是根据控制器 各参数对系统性能的影响程度,边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。 一般情况下,增大比例系数KP 会加快系统的响应速度,有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数ＫＩ将减少积分作用,有利于减少超调使系统稳定,但系