机电系统建模与仿真ch1

第一章 绪论——建模及仿真在机电 系统设计与开发中的作用
1.2.2 仿真在机电系统设计中的作用 • 仿真的定义 • 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
第一章 绪论——建模及仿真在机电 系统设计与开发中的作用
第一章 绪论——建模及仿真在机电 系统设计与开发中的作用
半物理仿真之硬件在回路仿真
半物理仿真之软件在回路仿真
半物理仿真之人在回路仿真
第一章 绪论——建模及仿真在机电 系统设计与开发中的作用
• 机电系统仿真的任务： 在理论分析阶段通过对系统运行状态的模拟 来分析和验证设计方案的正确性和合理性。 在样机制作阶段和试验阶段，检验控制模 型的优劣。 对于仿真的要求：简单性与精确性的矛盾， 分析成本与模型有效性的矛盾；数学模型是对于 实际物理系统的近似数学描述，而非物理系统本 身，重要的是数学模型要能够满足设计需要。
第一章 绪论 ——机电系统常用的计算机仿真软件
1.3 机电系统常用的计算机仿真软件 • Pro/Engineer：零件三维模型、机械装配，同时 配备有有限元和运动学分析模块 • ANSYS：基于有限元方法的力学分析 • ADAMS：Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System机械系统动力学分析 • MATLAB：Matrix Laboratory
• 典型机电系统：无人工厂
第一章 绪论——建模及仿真在机电 系统设计与开发中的作用
1.2 建模及仿真在机电系统设 计与开发中的作用 1.2.1 机电系统开发的技术路线 • 拟定目标及初步技术规范、 可行性分析、初步设计（总 体方案设计）、总体方案的 评价与评审、理论分析建 模、仿真、模拟试验）、详 细设计（样机设计）、详细 设计方案的评价与评审、试 制样机、样机试验测试、技 术鉴定
第一章 绪论 ——机电系统概述
• 机电一体化系统与 人体的对比 • 机电一体化的相关 技术：机械、计算 机及信息处理、系 统技术、自动控制、 传感与检测、伺服 驱动 • 机电一体化的技术 优势
第一章 绪论 ——机电系统概述
• 典型的机电系统：工业机 器人的关节伺服传动系统； 基本的机电控制问题—— 位置和速度的动态控制
• 关于数学模型 数学模型的目的和作用：在系统的最初设计 阶段或投入制造之前对其动态特性进行预测， 这种预测以数值模拟或称仿真的方式进行，其 依据是基于系统动力学特性的数学描述，也就 是数学模型。数学模型是设计工具。 建立模型的途径：数理方法、试验建模、假 设检验 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）
第一章 绪论 ——机电系统概述
• 典型的机电系统： 数控机床；点位 控制、直线运动 控制、连续路径 (轮廓)控制
第一章 绪论 ——机电系统概述
• 典型机电系统：自动化制造单元；顺序控制问题
第一章 绪论 ——机电系统概述
• 典型机电系统：柔性制造单元；具有生产规划和 调度能力
第一章 绪论 ——机电系统概述
第一章 绪论
1.1 机电系统概述 1.1.1 机电一体化技术产生的背景 • 机械技术向自动化、智能化发展的产物 • 电子技术向机械工业领域的渗透 1.1.2 机电一体化的基本概念 • 机电一体化的定义：机电一体化技术和产品 • 机电一体化系统的基本要素：机械本体、测试传 感、驱动、执行机构、控制及信息处理、能源
参考书目
• 《机电系统建模与仿真》. 张立勋等编著. 哈尔滨 工业大学出版社. • 《机电控制工程》. 高钟毓、王永梁编著. 清华大 学出版社. • 《高等动力学》. 毕学涛编著. 天津大学出版社. • 《系统动力学》. Katsuhiko Ogata 著[中文译名： 尾形克彦]