《机电系统建模与仿真》实验指导书(研究生)剖析
《机电系统动态仿真》实验指导书2019版共11页文档
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MATLAB实验环境，练习MATLAB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.*BY=A*Bplot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 by Dong-yuan GE')程序运行界面如下：plot3用于三维曲线绘制，其使用格式与plot十分相似。
参考程序如下：t=0:0.02:2*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-', x,y,z,'o')程序运行界面如下：mesh与surf用于三维空间网线与曲面的绘制。
机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析
392017年5月下 第10期 总第262期作者简介:韩召伟(1973—),男,山东济宁人,硕士,讲师,研究方向:机械制造方向。
由于我国市场竞争性越来越大,产品上市的周期正在逐渐缩短,在有限时间内研发出满足客户需要的、性能显著的机电产品可以说是各大厂家最终目标。
对此,电脑开始成为厂家研发中不可或缺的一项工具。
在计算机的帮助下进行机电一体化系统建模与仿真也就开始成为技术研究人员分析和探究的重要课题。
1 在电脑辅助下的机电一体化系统建模方式机电一体化系统其建模实际上就是物理对象的有效建模,再简单来说就是物理实体上的建模,把机电一体化的系统抽象成物理模型并在电脑中表达出来。
电脑中表达和描述的物理模型,一定要比较容易转变为数学描述,只有这样才可以把针对于物理模型方面的电脑仿真有效实现。
下面主要介绍几种国际中的物理模型方法。
1.1 方块图建模方块图来源于控制理论这一学科,能够对信号流的输出和输入进行有效建模。
它包含有很多基本型控制模块,例如积分、比例积分、微分、比例微分等等,根据线段再把这些模块相联系起来。
每一种模块都是由传递函数所构成的,其特点就是能够反馈模块与前馈模块对任意控制系统进行表达[1]。
1.2 系统图法系统图法其研究主要是以卡内基梅隆大学为主。
系统图描述的前提是线形图理论,系统图实际上就是系统能量流的拓扑构造线形图的一种表示形式,相关研究人员将方块图和线形图有效结合起来,使得系统图也能够对含有信号流的系统构造进行描述和表达,实现了系统图的描述方式。
系统图法跟键合图法相类似,都是通过运用一种在整个能量域中能够对系统行为加以建模的最少的通用原件对系统建模。
元件和元件之间用能量链的衔接来表达系统能量流的走向。
1.3 面向对象的建模这种建模方法主要是对象电子、机械等不同领域的对象分别建模。
并存在不同的数据库里不同目录当中。
这种建模法具有继承、层次化以及数据封袋等特点,能够有效减少失误、实现模型的再次使用。
机电系统的模拟仿真与分析
机电系统的模拟仿真与分析电子与电气工程是现代科技领域中至关重要的学科之一。
随着科技的不断发展，机电系统的模拟仿真与分析在电子与电气工程中扮演着重要的角色。
本文将探讨机电系统的模拟仿真与分析的意义、方法以及应用。
一、机电系统的模拟仿真与分析的意义机电系统是由电气设备和机械设备组成的复杂系统，广泛应用于各个领域，如工业制造、交通运输、能源等。
通过对机电系统进行模拟仿真与分析，可以帮助工程师更好地理解系统的运行原理和性能特点，提前发现潜在问题，优化设计方案，提高系统的可靠性和效率。
二、机电系统的模拟仿真与分析的方法1. 建立数学模型：首先，需要对机电系统进行建模，将其抽象成数学方程或模型。
这一步骤需要对系统的结构、参数、工作原理等进行深入的了解和分析。
常用的建模方法包括等效电路法、微分方程法、状态空间法等。
2. 选择仿真工具：在建立数学模型之后，需要选择合适的仿真工具进行仿真分析。
目前市场上有很多专业的仿真软件，如MATLAB、Simulink、ANSYS等。
这些软件提供了丰富的模型库和仿真工具，能够辅助工程师进行系统的仿真分析。
3. 进行仿真实验：通过仿真软件，可以对机电系统进行各种仿真实验。
例如，可以模拟不同工况下系统的运行情况，分析系统的响应特性、能耗、稳定性等。
仿真实验可以帮助工程师更好地理解系统的性能，并进行参数优化和设计改进。
4. 分析仿真结果：在进行仿真实验后，需要对仿真结果进行分析和评估。
通过对仿真结果的分析，可以了解系统的优势和不足之处，找出问题所在，并提出改进措施。
这一步骤需要运用工程知识和经验，结合仿真结果进行综合分析。
三、机电系统的模拟仿真与分析的应用机电系统的模拟仿真与分析在实际工程中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 工业制造：在工业制造领域，机电系统的模拟仿真与分析可以帮助工程师优化生产线的布局和运行参数，提高生产效率和产品质量。
通过仿真实验，可以模拟不同工况下的生产线运行情况，分析瓶颈和优化方案，提高生产线的整体性能。
机电系统建模与仿真报告要求
机电系统建模与仿真报告要求
一、内容要求
1.系统建模与仿真主要概念，并举例说明系统建模与仿真的作用和意义。
2.论述系统仿真的类型和特点。
3.以实例说明仿真研究的步骤。
可选系统运动学、动力学或一些机电系统建模与仿真作为实例。
4.以上为推荐内容，但可不仅限于上述内容，也可以包含自己较为感兴趣的系统建模与仿真内容。
二、其它要求
1.应通过独立查阅资料完成报告，避免抄袭重复。
2.字数要求5000字左右，A4纸打印4~5页。
3.完成后交至班长或学委处，并集中上交，若不交报告则课程无成绩，请周知。
4.一般3周左右后完成报告并上交。
《机电系统建模与仿真》实验指导书
《机电系统建模与仿真》实验指导书江苏科技大学部门文件设备发?2006?08号关于规范课程实验指导书、学生实验报告的格式与基本内容要求的说明为提高实验教学运行质量，进一步加强综合性、设计性实验内涵建设，加强学生综合运用知识、创新精神与实践能力的培养，现对课程实验指导书和学生实验报告等实验教学文件提出如下规范要求，请各学院结合自身的实际情况，认真加以整改。
1．课程实验指导书以课程为单位，使用十六开纸和统一格式封面，并装订成册(封面格式见附件1)。
2．课程实验指导书第一页为封面，要求见附件1；第二页为前言，要求见附件2；第三页为目录；第四页开始为实验项目指导书，要求见附件3。
3．学生实验报告可以电子和书面两种形式提交，其中书面报告原则上使用现行“实验报告簿”(校园内有售)，内容要求见附件4，电子报告指导教师参照书面报告要求明确。
4．前言、实验项目指导书、学生实验报告的格式与基本内容要求(附件2、附件3和附件4)仅供参考，指导教师应根据各课程 1 和实验项目的具体情况，内容和格式上可以加以调整，突出“个性”。
5．原则上“镇江船舶学院“时期编印的指导书必须全面修订，即使内容完全不变的课程，形式上也要按本要求重新编印。
6、对于“华东船舶工业学院”时期编印且形式上符合上述要求的指导书，若其中个别实验项目不适应内涵要求需要修改、目前库存量较大的，其中修改的项目指导书以活页形式补充，不要求重新编印。
附：1．课程实验指导书封面格式2．课程实验指导书前言内容要求3．具体项目指导书格式与基本内容要求4．学生实验报告基本内容要求设备与实验管理处二○○六年五月九日 2 《机电系统建模与仿真》实验指导书王红茹编写适用专业：机械电子工程____________ ____________ 2011年11月江苏科技大学机械工程学院 3 前言《机电系统建模与仿真实验指导书》是为了配合《机电系统建模与仿真》课程教学、促进理论与实践相结合、提高教学质量而编写的。
机电系统建模与仿真
有相等的电压值，而输入电流值等于输出
的电流值即在该节点上输入、输出电流的
代数和为零。
p2q2
p2 q2
p1 o p3
q1
q3
p1q1
p
p3q3
p1=p2=p3 q1-q2-q3=0
用o结点表示三通管路
精选课件
b.1结点－相当于一个串联电路，在该节点上电流相等， 而上流的电压值等于下流的电压值加上该电
精选课件
e
Sf
f
5、功率键合图上因果关系及标注规则
a.因果关系
对于外界输给系统的功率，其中往往只知道一个 变量（力变量或流变量），而另一个变量则由系 统中各 因素的共同作用决定其量值。 同理对于系统中的任一作用元来讲，其功率键上 的力变量e和流变量f中，也有一个变量是以自变 量的形式输给该作用元，而另一个变量则是因该 作用元的作用而以因精变选课量件的形式反馈回系统。
i
1 I
udt
1 P 动量 I 1 P 动量 I 1 P 动量 I
精选课件
为了便于建立状态方程，可以取C元和I元功率键上自变量 对时间的积分为状态变量。即取：液体体积V，运动件的 位移X，固体或液体的动量P为状态变量。这些状态变量的 一阶导数即为原来的自变量。
v q x v p f P p
这样，原来C元、I元功率键上两个变量之间的积分关系就 转化为状态变量和原来因变量之间的代数关系。
TF :m
e2 f2
e1m=e2 f2=f1/m
精选课件
d. 旋转器GY(gyrator)
当在功率键合图中需要表示感应电动机的 作用时，可以用旋转器。 表示形式：
e1 GY e2 f1 ：m f2
e1m=f2 f1/m=e2
机电系统动力学建模及仿真的研究的开题报告
机电系统动力学建模及仿真的研究的开题报告一、选题背景及研究目的机电系统是由机械部分和电气部分构成的，是现代机械制造中常用的一种复合系统。
机电系统的动力学性能对于各种机械设备的性能和精度都有着重要的影响。
因此，对机电系统的动力学特性进行建模和仿真具有重要意义。
在研究机电系统动力学建模及仿真方面，目前存在着很多挑战和难点。
首先，机电系统中机械和电气部分的联系和作用非常复杂，建立其动力学模型需要考虑很多因素。
其次，机电系统的动力学现象涉及多种物理量，如机械力、电流、速度等，如何将它们进行统一的数学表达也是一个难点。
此外，机电系统的仿真过程需要耗费大量计算资源，如何提高仿真效率也是一个需要加以解决的问题。
因此，本次研究旨在深入探究机电系统动力学建模及仿真的方法与技术，研究如何建立准确有效的机电系统动力学模型，并通过仿真方法对模型的动力学特性进行分析和验证，进一步提高机电系统的设计和性能。
二、研究内容及方法研究的重点主要包括以下几个方面：1.机电系统动力学模型的建立：通过分析机械部分和电气部分的相互作用，建立机电系统的动力学模型，包括机械部分的运动学方程、动力学方程和电气部分的状态方程等。
2.建立机电系统仿真模型：将机电系统动力学模型转化为数学模型，并进行计算机仿真，从而对系统的动态响应、稳定性、噪声等方面进行分析。
3.优化机电系统设计方案：通过仿真结果对机电系统的不同设计方案进行比较分析，找出最优解，以提高机电系统的工作效率和稳定性。
研究方法主要包括理论分析和计算机仿真。
理论分析主要进行机电系统动力学模型的建立和分析，计算机仿真则是基于所建立的机电系统动力学模型进行仿真和分析。
三、预期结果及意义通过本次研究，预期能够建立准确有效的机电系统动力学模型，实现仿真分析，具有以下预期结果：1.提高机电系统的设计和性能：通过仿真分析，找出机电系统设计中的不足之处，并对其进行优化改进，来提高机电系统的工作效率和稳定性。
最新机电系统建模与仿真知识分享
挖掘机系统建模与仿真摘要:阐述挖掘机液压系统的工作原理。
根据液压元件、工作装置的布置结构和尺寸，在AMESim软件平台上对该型挖掘机的液压系统和工作装置进行了建模，并通过对模型参数的设置，实现了机电液一体化系统运动仿真。
重点就其中压力脉动与工作装置跟随效果差等问题进行了分析。
关键词：液压系统、建模、AMESim一、建模与仿真为实现对机电系统平稳、快速、准确的控制，对机电系统正确建模是十分重要的。
所谓的机电系统建模就是对物理对象(即物理实体)的建模，也就是将物理对象的输入、输出变化规律抽象为一种数学描述。
通过它不仅可实现对机电系统状态的准确分析和预测，而且还可以实现机电系统的正确控制。
目前，机电系统建模的方法大致有两类:机理分析法(又称理论建模)和实验测试法(又称试验建模)。
机理分析法是通过分析系统的运动规律，在一些合理假设下，运用一些己知的定理、定律和原则建立起机电系统的数学模型，其中包括传统理论建模、通用建模法、专业建模软件;而实验测试法则是通过合理的实验方法，利用输入输出数据所提供的信息建立系统模型，其中包括频域参数估计法、系统扫频分析法。
二、液压挖掘机中的建模在液压挖掘机中，发动机通过液压系统来驱动工作装置，液压系统效率的高低对挖掘机的经济性有很大影响，其液压系统的效率仅为40%左右，这是液压挖掘机效率低下的主要原因之一。
因此，对液压系统进行改进和研究，对提高液压挖掘机的效率，改善液压挖掘机的工作性能具有重要的意义。
挖掘机液压系统是由多种液压元件组成的非线性系统，各个元件间靠压力油传递能量，依靠控制信号实现压力、流量的控制。
AMESim软件是基于图形化的仿真软件，带有多种工程软件包，其中液压仿真软件包包含了大量的常用液压元件、液压源和液压管路等，控制软件包包括多种信号源和运算法则，非常适合工程系统尤其是液压及其控制系统的建模仿真和动态分析。
1工作装置建模1．1挖掘机的挖掘循环制定合理的工作循环，是为了在仿真过程中使挖掘机的动作流畅协调。
机电系统建模与仿真PPT课件精品文档
<一>从功率键合图推导状态方程 1、确定状态变量和输入变量
功率键合图中，C元、I元有导数或积分关系，故取C 元的流变量f，I元的力变量e作为状态变量。
C作用元：
f
1 c
vdt
p
1 c
qdt
u
1 c
idt
1 X 位移 c
1 V 体积
c
1
Q c
电荷
I作用元：
v
1 I
Fdt
q
1 I
1.电系统建模与仿真概述1-1
● 机电系统三大问题：
①已知输入（激励）和系统特性（动态特 性或数学模型）求响应预测问题→仿真；
②已知输入和输出，求系统特性，此为系 统识别问题；
③已知输出和系统特性，求输入，此为载 荷识别问题；
建模与仿真专题讲座 功率键合图
一、作用
二、构成与符号
三、建模与仿真
第一步： 画出功率键合图 功率键合图
第二步：写出功率键合图中储能元件上原来的因 变量之间的关系
V12
1 I阀
P12
F11
1 C弹
x12
P2
1 C管
v2
第三步：应用键合图的规则及其变量间的逻辑关系，将 各状态变量的一阶导数（相当于原来的自变量） 推导成储能元功率键上的因变量及输入变量的代 数或函数关系。
p1
p3
q1
△p=p2
p2 q2
p1 1 p3
q1
q3
p1=p2+p3
用1结点表示带有液阻的管路
q1=q2=q3=q
复杂机电系统的建模与仿真技术研究
复杂机电系统的建模与仿真技术研究现代机电技术越来越注重复杂系统的研究和开发，但是复杂系统往往由多个子系统的耦合构成，使得系统的设计、测试和优化等方面变得极为复杂和困难。
在这方面，建模和仿真技术的快速发展为复杂机电系统的研究提供了一种新的途径。
一、复杂机电系统的建模建模是复杂机电系统研究的重要基础，合理的建模可以快速的形成有效的仿真模型。
当然，建模的方法和技术是多种多样的，常见的有基于数学模型的建模方法，基于物理模型的建模方法和神经网络建模方法等等。
但是不管采用何种建模方法，建模效果好坏的关键在于模型的准确性和可靠性。
下面以数学模型为例，对复杂机电系统建模的几个关键点进行探讨。
1. 选择合适的建模工具选择合适的建模工具是建立复杂机电系统的数学模型的首要任务。
例如在机电一体化系统中因为涉及到多学科交叉，如电、机、液体等领域，因此在进行建模时需要采用比较通用的模型语言如Modelica或者MATLAB/Simulink等。
此外在涉及到特定领域，如风电系统、电力工程等，需要采用相应的软件，如ANSYS等。
当然，选择合适的建模工具不仅与领域有关，也需要考虑建模的复杂程度、重复利用性等因素。
2. 建立合理的变量模型建立复杂机电系统的数学模型，还需要考虑变量的建模。
系统中的变量包括输入、输出和控制变量等，它们具有不同的物理意义和参考系。
在模型建立过程中，需要建立一套合理的变量模型来表示系统的物理特征。
通常来说，在进行机电系统的变量建模时，需要将其分为机械、电气、液压和控制四个方面。
对于机械系统，常见的变量有位移、速度和加速度等。
对于电气系统，常见的变量有电流、电势和电磁力等。
液压系统中需要表达变量如液压油压力、流速等。
控制方面常用的变量如误差、控制量等。
理性建立合理的变量模型对模型的准确性和可靠性具有至关重要的意义。
3. 导出正确的物理方程机电的数学模型通常是由一系列的微分方程和代数方程组成的，因此构建数学模型的关键在于正确的表示物理方程。
机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析
机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析发表时间：2016-03-14T15:40:29.710Z 来源：《基层建设》2015年22期供稿作者：欧阳作宇[导读] 随着社会的发展，市场竞争日益激烈，高新技术产品的上市周期越来越短。
欧阳作宇身份证号码：132801************ 摘要：本文主要对目前国际上的可以实现自动向数学模型转化的机电一体化系统理想的物理模型建立的方法进行了总结与归纳，分析研究了由Lancaster大学EDC（EngineeringDesignCenter）中心的研究者们开发的计算机辅助机电一体化系统概念设计的建模与仿真软件Schemebuilder，研究了用键舍图方法建模的仿真软件20-sim和使用面向对象方法建模的仿真软件Dymola，以及使用方块图建模的控制系统仿真软件Matlab和机械机构系统仿真软件Adams。
最后总结了机电一体化建模与仿真的发展趋势，即机电相结合的机电一体化系统仿真软件为机电一体化系统理想的建模和仿真环境。
关键词：键合图；方块图；面向对象；机电一体化；建模；仿真；数学模型一、前言随着社会的发展，市场竞争日益激烈，高新技术产品的上市周期越来越短，在更短的周期内推出性能更好、更迎合客户需求的机电产品成为厂家的追求目标。
针对这一问题，计算机成为厂家不可缺少的工具。
计算机辅助机电一体化系统建模和仿真就成为我们机电一体化技术研究者们研究的一个重要课题。
二、计算机辅助机电一体化系统建模方法机电一体化系统的建模指的是物理对象的建模，也就是物理实体的建模，把机电一体化系统抽象化为理想化的物理模型在计算机中表达出来。
这种在计算机中表达的物理模型，必须易于转化为数学描述才能实现物理模型的计算机仿真。
物理模型向数学形式的转化过程通常都比较复杂，因此选择合适的易于数学描述的物理模型描述，是计算机辅助机电一体化系统建模和仿真中至关重要的问题。
下面将介绍目前国际上几种建立计算机物理模型的方法。
《机电系统建模与仿真》实验指导书(研究生)
《机电系统建模与仿真》实验指导书王红茹编写适用专业：机械工程________________________江苏科技大学机械工程学院2015年11月实验一：多闭环直流伺服系统仿真分析实验学时：2 实验类型：综合实验要求：必修 一、实验目的1. 掌握运用MATLAB/Simulink 进行多闭环伺服控制系统仿真分析的方法。
二、实验内容及原理主要针对工程领域常用的自动控制系统－－双闭环控制系统进行建模与仿真实验，并对其原理进行详细介绍。
采用PI 控制器的转速负反馈单闭环调速系统能在系统稳定的前提下实现转速无静差，但不能满足调速系统对动态性能要求较高时的场合，且对扰动的抑制能力也较差。
双闭环调速系统是在单闭环调速的基础上，将转速和电流分开控制，分别设计转速、电流两个控制器，且转速控制器的输出作为电流控制器（内环）的给定输入，从而形成转速、电流双闭环控制。
这种双闭环调速系统是直流调速的一种典型形式。
以双闭环V-M 调速系统为例，介绍运用MATLAB/Simulink 进行双闭环控制系统动态分析的方法。
双闭环V-M 调速系统的结构如图1.1所示。
图中，直流电机参数：kW P nom 10=，V U nom 220=，A I nom 5.53=，min /1500r n nom =，电枢电阻Ω=31.0a R ，系统主电路总电阻Ω=4.0R ，电枢回路电磁时间常数s T a 0128.0=，机电时间常数s T m 042.0=；三相桥平均失控时间s T s 00167.0=，触发器放大系数30=s K ； 电流反馈系数A V K i /072.0=，电流环滤波时间常数s T oi 002.0=；转速反馈系数r V K t min/0067.0⋅=，转速环滤波时间常数s T on 01.0=。
①电流环、转速环选型原则。
电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，且突加控制作用时超调量越小越好。
电流环的控制对象是双惯性型的，两个惯性时间常数之比为1049.3002.000167.00128.0<=+=+oi s a T T T 。
机电系统建模与仿真-1概述讲解
原计划发 仿真后实
射
发
爱国者 141
101
罗兰特 224
95
尾刺
185
114
节省导弹
40 129 71
节省费用（单位：千万美 元）
8．0 4．2 2．5
例4 世贸大厦倒塌的结构问题
例5 ADAMS/CAR中建立的整车模型
• 仿真的类型： 物理仿真——基于物理模型的仿真 数学仿真——基于数学模型的仿真 半物理仿真——一部分数学模型、一部分物理模型
系统开发的需要； 经济上的考虑； 安全上的考虑； 时间上的考虑； 仿真模型具有易操作、易理解的特点， 使用它便于多方案分析比较。
例1 电视机抗跌落分析
MATLAB的计算结果
为设计工程师提供结构改 进及包装设计的理论依据
• 例2、气囊弹射速度确定 （1997年，美国）原来220英里/小时，在加拿大一年统
复合结构级 系统一般由若干个分系统组成，对每个分系统都给出行为级描 述，被视为系统的一个“部件”。这些部件有其本身的输入、输出 变量，以及部件间的连接关系和接口。据此可建立系统在复合结构 级（分解结构级）上的数学模型。灰箱 这种复合结构级描述是复杂系统和大系统建模的基础。 5.1 数理方法 分析系统结构原理，定义系统变量→将物理定律应用于系统各 组成元件，并进行综合得到描述输入-输出关系的（微分）方程式 →模型验证（实验验证）。
4.2 仿真在机电系统设计中的作用
• 仿真的定义 仿真是指对现实系统某一层次抽象属性的模仿。其基本思
想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求 对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。
计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机 对系统进行分析与研究的方法。
系统建模及仿真实验指导书(10级)
《系统建模与仿真实验设计与指导》机电工程学院电气工程及自动化实验室2013年3月目录基础实验（一）控制系统建模及稳定性分析基础实验（二）控制系统的数字仿真基础实验（三）控制系统的时域分析基础实验（四）控制系统的频域分析综合实验（五）控制系统的设计实验说明：通过本课程的实验教学，学生应熟练掌握MATLAB语言的程序设计与使用。
掌握MATLAB软件实现控制系统数学模型的建立、变换和稳定性分析；控制系统的数字仿真；控制系统的时域、频域分析；控制系统设计。
通过实验对所学的专业理论知识有更深入的理解和认识，从而具备解决自动化及相关专业领域中实际系统分析、设计与综合等问题的能力。
实验报告要求给出具体的MATLAB程序和简要的实验总结。
实验一控制系统建模及稳定性分析一、 实验目的1. 掌握Matlab 中系统模型描述相关命令函数及使用；2. 掌握系统模型变换；3. 掌握Matlab 中不同方法的系统稳定性分析。
二、 实验内容1. 系统数学模型建立与转换2. 控制系统稳定性分析三、 实验步骤1. 系统数学模型建立2. 系统数学模型转换3. 控制系统稳定性分析给定SISO 系统输入为“flow”，输出为“Temp”，传递函数为使用MATLAB 表示该传递函数()22321.32 2.5e ()0.5 1.21s s s G s s s s -++=+++ 将状态空间模型 转换为传递函数和零 极点增益模型。
[]0100001052011100⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎣⎦⎣⎦=x x u y x R ) 已知控制系统结构图如图所示，求取系统的闭环极点，并判别闭环系统的稳定性。
控制系统数字仿真一、实验目的掌握Matlab中典型闭环系统的数字仿真；二、实验内容典型闭环系统的数字仿真MATLAB实现三、实验步骤求如图所示系统的阶跃响应y(t)的数值解。
控制系统的时域分析一、 实验目的熟悉MATLAB 环境下求取控制系统时间响应，计算性能指标量，分析系统的动态和稳态性能。
《机电控制系统仿真与软件设计》报告书
机械与车辆学院《机电控制系统仿真与软件设计》报告（2013-2014学年第一学期）课程设计题目：机电控制系统设计与仿真姓名：学号：班级：指导老师：时间：成绩：目录一、课程设计性质和目的 ................................................................... - 2 -二、课程设计的内容及要求 ............................................................... - 2 -三、课程设计的进度及安排 ............................................................... - 3 -四、MATLAB/Stateflow学习.............................................................. - 4 -五、水位控制系统模型 ....................................................................... - 4 -六、嵌入式C代码............................................................................... - 5 -七、调试运行及分析 ........................................................................... - 7 -八、心得体会........................................................................................ - 7 -九、参考文献........................................................................................ - 8 -十、致谢................................................................................................ - 8 -十一、附录............................................................................................ - 9 -附录1 simulink水位控制模型 ................................................. - 9 -附录2 stateflow 水位控制模型................................................ - 10 -附录3 proteus水塔控制仿真.................................................... - 11 -附录4 ert_main.c函数文件 ...................................................... - 12 -附录5 rt_zcfcn.c函数文件 ....................................................... - 15 -附录6 untitled.c函数文件 ........................................................ - 18 -附录7 untitled_data.c函数文件................................................ - 24 -一、课程设计性质和目的机械电子工程专业是一个对实践、应用能力要求很强的专业，机电控制系统设计与仿真课程学习的目的是让学生借助MATLAB软件来研究机电控制系统的设计方法，与传统控制系统设计采用直接编写程序代码不同的是，本课程是在MATLAB/SIMULINK中设计出控制系统模型，再通过Embedded Coder将控制系统模型生成可执行的C代码，然后加载至MCU中去，采用这种新颖的方法，不用再专注于繁琐程序代码的编写工作，而可以将精力花费在控制算法的研究上。
机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析
机电一体化系统建模技术与仿真软件的研究与分析发布时间：2021-03-29T13:40:42.180Z 来源：《工程管理前沿》2021年1期作者：董悦宋国秋王子军[导读] 机电一体化系统建模可以缩短产品周期，提高产品生产效率，优化产品性能董悦宋国秋王子军沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁省沈阳市110000摘要：机电一体化系统建模可以缩短产品周期，提高产品生产效率，优化产品性能，满足客户的需求，掌握有效的建模技术与仿真软件可以促进机电行业快速发展，提供机电一体化的程度，实现多种工作步骤同步完成，为此企业需要加大机电一体化系统的建模与仿真技术研发，完善系统的结构设计与功能开发，优化机电一体化的建模仿真水平，提高企业核心竞争力与市场地位。
本文通过阐述机电一体化的建模方法，如键合图建模方法、方块图建模方法，分析机电一体化系统的计算机仿真软件，希望可以为建模技术与仿真软件快速发展提供理论参考。
关键词：机电一体化系统；建模技术；方块图建模；仿真软件机电设备的自动化与智能化进程加快，促使建模技术与仿真软件技术快速发展，机电一体化发展也从机械简单组合形成多领域多成分结合发展的重要技术，可以进一步提高产品性能，优化完善机电一体化的操作系统，缩短产品上市周期，提高客户满意度，为此需要重视机电一体化研究，明确机电一体化建模方法的应用，结合企业生产的实际情况，加强机电一体化系统的建模与仿真技术的研究，选择合适的建模仿真技术，提高产品竞争力，增强企业实力，提高经济效益。
一、关于机电一体化技术建模方法机电一体化构建物理模型，将物理实体进行技术建模，实现机电一体化系统的抽象化，转化为可以在计算机中表达出来的具有数学描述性质的物理模型，即机电一体化抽象而成的理想化物理模型可以使用可执行的计算机代码实现计算机仿真，从而简化物理模型转化为数学形式的过程。
因此选择合适的计算机物理技术建模方法可以有效提高机电一体化建模技术质量，缩短产品生命周期，帮助企业制造更高性能的机电产品。
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《机电系统建模与仿真》实验指导书
王红茹编写
适用专业：机械工程
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江苏科技大学机械工程学院
2015年11月
实验一：多闭环直流伺服系统仿真分析
实验学时：2 实验类型：综合
实验要求：必修 一、实验目的
1. 掌握运用MATLAB/Simulink 进行多闭环伺服控制系统仿真分析的方法。
二、实验内容及原理
主要针对工程领域常用的自动控制系统－－双闭环控制系统进行建模与仿真实验，并对其原理进行详细介绍。
采用PI 控制器的转速负反馈单闭环调速系统能在系统稳定的前提下实现转速无静差，但不能满足调速系统对动态性能要求较高时的场合，且对扰动的抑制能力也较差。
双闭环调速系统是在单闭环调速的基础上，将转速和电流分开控制，分别设计转速、电流两个控制器，且转速控制器的输出作为电流控制器（内环）的给定输入，从而形成转速、电流双闭环控制。
这种双闭环调速系统是直流调速的一种典型形式。
以双闭环V-M 调速系统为例，介绍运用MATLAB/Simulink 进行双闭环控制系统动态分析的方法。
双闭环V-M 调速系统的结构如图1.1所示。
图中，直流电机参数：kW P nom 10=，V U nom 220=，A I nom 5.53=，min /1500r n nom =，电枢电阻
Ω=31.0a R ，系统主电路总电阻Ω=4.0R ，电枢回路电磁时间常数s T a 0128.0=，机电时间常数s T m 042.0=；三相桥平均失控时间s T s 00167.0=，触发器放大系数
30=s K ； 电流反馈系数A V K i /072.0=，电流环滤波时间常数s T oi 002.0=；转速反馈系数r V K t min/0067.0⋅=，转速环滤波时间常数s T on 01.0=。
①电流环、转速环选型原则。
电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，且突加控制作用时超调量越小越好。
电流环的控制对象是双惯性型的，两个惯性时间常数之比为
1049.3002
.000167.00128
.0<=+=+oi s a T T T 。
由于Ⅰ型系统的超调量小，因此将电流环
按Ⅰ型系统设计。
转速环按Ⅱ型系统设计，目的是实现无静差控制，且提高了系统的抗干扰性能。
②为保证电流调节器和转速调节器工作在线性区，且保护调速系统的各元器件不致损坏，应在电流调节器和转速调节器的输出端分别设置一个限幅装置，本实验采用饱和非线性特性来实现。
通过对设置不同的比列、积分系数可实现电流环及整个系统的动态仿真。
三、实验教学方法与手段
本实验教学采用指导老师“讲解+演示”的方式进行教学。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
五、实验条件
计算机、信号发生装置、信号显示装置及搭建控制系统所需的元器件；实验用专业软件、教材和实验指导书。
六、实验步骤
对双闭环控制系统而言，将其分为电流环和转速环分别进行MATLAB 计算与
图1.1 双闭环V-M 调速系统的动态结构图
仿真。
电流环的动态结构图如图 1.2所示，图中电流调节器参数设置为32
.0
=
P和
25
=
I。
分别以下两种情况下，进行仿真实验，并分析电流环的性能、保存仿真结果：
①忽略干扰，给定信号用单位阶跃信号代替；
②分别加入两个干扰信号（用单位阶跃信号代替），绘制扰动曲线。
转速环的动态结构如1.3，图中，扰动信号3代表负载变化引起的扰动；扰动信号2代表电网电压波动、晶闸管整流与移相触发器参数变化引起的扰动。
针对图1.3，通过两个实验分析系统的动态性能：
①忽略扰动影响，在单位阶跃信号作用下，绘制系统的转速变化曲线；
②转速环抗扰动过程的仿真，在2、3出分别加入扰动信号，绘制扰动响应曲线。
图1.2 电
流环
动态结构图
图1.11 双闭环V-M 直流调速系统动态结构
图
七、思考题
1. 创建系统动态结构图的一般步骤是什么？
八、实验报告
实验报告基本内容详见附件。
九、其它说明
认真阅读相关实验设备注意事项，正确使用各实验设备。
附件: 学生实验报告基本内容要求
实验一：多闭环直流伺服系统仿真分析实验报告
班级&学号：姓名：
一．实验预习
1.实验目的
2.实验原理
3.实验步骤
二．实验记录
三．思考题解答
实验二：复杂系统的设计与仿真
实验学时：2 实验类型：综合
实验要求：必修
一、实验目的
1. 学会运用MATLAB/Simulink 进行控制系统设计及仿真的方法。
二、实验内容及原理
通过对某小功率角度跟踪系统控制器的设计，来介绍机电系统设计与仿真的方法。
某小功率角度跟踪系统的结构如图 2.1所示，其中整定系统可调放大系数
11=K ，8002=K ，滤波器时间常数s T L 0024.0=，伺服电动机拖动系统机电时间
常数s T M 2.0=。
对该位置随动系统进行仿真，并设计合理的PD 控制器（或PID 控制器）和反馈控制器对其进行全面仿真计算。
三、实验教学方法与手段
本实验教学采用指导老师“讲解+演示”的方式进行教学。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。
五、实验条件
计算机、信号发生装置、信号显示装置及搭建控制系统所需的元器件；实验
图2.1 小功率角度跟踪系统结构图
用专业软件、教材和实验指导书。
六、实验步骤
（1）无校正时，系统的单位阶跃响应
在MATLAB/Simulink 环境下，建立系统的动态结构图，如图2.2所示。
根据上图，运行仿真，记录仿真结果，并分析系统的动态性能。
（2）设计PD 控制器，进行串联校正 参考PD 控制器： 1
0015.01
028.0)(++=
s s s G PD
（2.1）
则进行PD 串联校正的系统动态结构图，如图2.3所示。
根据图2.3，运行仿真，记录仿真结果，比较加入PD 串联校正后系统的动态性能。
（3）设计控制器，进行反馈校正 参考反馈校正控制器：
1
0435.0000452.0)(2
+=s s s H （2.2）
对原系统在PI 串联校正的基础上，调整2K 使1202=K ，则反馈校正闭环系统的动态结构如图2.4所示。
对图2.4进行仿真，记录仿真结果，并比较其与PD 串联校正的优缺点。
七、思考题
1、试比较串联校正和反馈校正的优缺点。
八、实验报告
实验报告基本内容详见附件。
九、其它说明
认真阅读相关实验设备注意事项，正确使用各实验设备。
附件: 学生实验报告基本内容要求
实验二：复杂系统的设计与仿真实验报告
班级&学号：姓名：
一．实验预习
1.实验目的
2.实验原理
3.实验步骤
二．实验记录
三．思考题解答
11。