《机电系统动态仿真》实验指导书2010版
机电一体化系统仿真实验报告
机电一体化系统仿真实验报告一、实验目标本实验的目标是通过仿真模拟机电一体化系统，验证系统的工作原理和性能参数，探究机电一体化系统在不同工况下的响应特性。
二、实验原理机电一体化系统是由机械部分和电气部分组成的，其中机械部分包括传动装置、力传感器和负载，电气部分包括控制器和电机。
在机电一体化系统中，电机通过控制器产生驱动信号，控制负载的转动。
力传感器用于测量负载的转动产生的力，并反馈给控制器。
三、实验步骤1.搭建仿真模型：根据实验要求，选择合适的仿真软件，搭建机电一体化系统的仿真模型。
通过连接电机、控制器、传动装置、力传感器和负载，构建完整的系统。
2.设置参数：根据实验设定的工况，设置系统的参数。
包括电机的转速、传动装置的传动比、负载的转动惯量和滑动摩擦系数等。
3.运行仿真：对系统进行仿真运行，记录电机的转速、负载的转动惯量、力传感器的输出力以及电机的功率消耗等参数。
4.分析结果：根据仿真结果，分析系统在不同工况下的响应特性。
可以通过绘制曲线图或制作动画来观察系统的运动轨迹和力的变化情况。
五、实验结果与讨论根据实验设置的参数，在不同转速和负载惯量下进行了多组仿真实验，并记录了系统的各项参数。
1.转速与力的关系：随着电机转速的增加，负载的输出力也随之增加，但是增幅逐渐减小。
当转速达到一定值后，输出力和转速的关系呈现饱和状态。
2.负载惯量与转速的关系：在给定转速范围内，随着负载惯量的增加，电机的转速逐渐降低。
这是因为负载惯量增加会增加系统的惯性，降低了电机的响应速度。
3.功率消耗的变化：随着转速和负载惯量的增加，电机的功率消耗呈现增加的趋势。
这是因为转速和负载惯量的增加会增加电机的负载，使其需要输出更大的功率来维持转速。
四、实验总结通过此次实验，我们深入了解了机电一体化系统的工作原理和性能特点。
在不同工况下，电机的转速、负载的力输出、功率消耗等参数都有相应的变化。
通过仿真实验，我们可以准确地预测系统在不同工况下的性能表现，为设计和优化机电一体化系统提供了依据。
《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 。
机电系统动态仿真-基于MATLABSimulink课程设计
机电系统动态仿真-基于MATLAB Simulink课程设计简介机电系统是由电气、机械及控制部分组成的复杂系统。
动态仿真是一种研究系统行为的方法，可以帮助我们更好地理解系统的运行原理。
本课程设计旨在介绍机电系统动态仿真的基本原理和方法，并使用MATLAB Simulink软件进行实践操作。
课程内容本课程设计包括以下几个部分：1. 机电系统简介介绍机电系统的组成部分、基本特性及其应用场景，旨在让学生对机电系统有一个全面的认识和了解。
2. MATLAB Simulink简介介绍MATLAB Simulink的基本使用方法，包括模块的添加、参数的设置和仿真结果的显示等。
3. 机电系统建模使用MATLAB Simulink软件对机电系统进行建模，包括机械部分、电气部分及控制部分等。
4. 系统仿真利用所建立的机电系统模型进行系统仿真，包括控制器输出、系统响应等结果分析。
5. 结果分析对仿真结果进行对比分析，分析不同参数条件下系统的运行情况，找出系统的优化方案。
实践操作为了让学生更好地掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，本课程设计还包括以下的实践操作：1. 模型建立使用MATLAB Simulink工具箱，建立一个简单的机电系统模型。
2. 参数设置调整模型内参数，观察系统响应情况。
3. 仿真并分析结果执行仿真操作，对仿真结果进行分析，并尝试不同参数条件下系统的运行情况。
4. 优化方案结合分析结果，提出相应的优化方案，并重新设置参数进行仿真。
5. 实验报告整理实验数据、结果和分析，撰写实验报告。
实验环境本课程设计使用的软件工具为MATLAB Simulink，需要学生提前安装并掌握基本使用方法。
课程收获通过本课程的学习和实践操作，学生能够初步掌握机电系统动态仿真的基本原理和方法，了解MATLAB Simulink的基本使用方法，从而更好地理解机电系统的运行原理和优化方案。
同时，学生能够提高实际操作能力，加强分析和解决问题的能力。
电机与拖动实验指导书(2010版)
一绪论1、DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交直流电源操作说明实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。
开启三相交流电源的步骤为：1）开启电源前。
要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。
控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。
2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。
此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。
3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W 及N上已接电。
实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。
输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。
当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。
4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。
实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。
将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。
开启直流电机电源的操作：1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。
2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。
接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。
励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。
当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。
但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。
第4章机电系统动态性能的计算机仿真(OK)精品PPT课件
几何相似：根据相似原理把原来的实际系 统放大可缩小。如把12000吨水压机可用 1200吨或120吨水压机作其模型。万吨轮船 也要用缩小的模型来研究。
性能相似：构成模型的元素和原系统的不 同，但其性能相似。如：可用一个电气系 统来模拟热传导系统。在这个电气系统中 电容代表热容量，电阻代表热阻，电压代 表温差，电流代表热流。
Z传递函数
H (z)U Y((zz))a0b 1za 11 z 1 b nza nn zn
权序列
k
y(k)u(i)h(ki) i0
离散状态空间模型
x(k1)F(xk)G(uk)
y(k)x(k)
3、连续－离散混合模型
各个环节中有的空间为连续变量，而有 的环节的状态变量为离散变量
r(t) ＋ e(t)
传递函数
n 1
G(s)
Y(s) U(s)
cn j1s j
j0
n 1
a n js j
j0
权函数（脉冲函数）
y(t)0u()g(t)dt 状态空间描述 X AX Bu
y CX
2、离散时间模型
差分方程
a 0 y ( n k ) a 1 y ( n k 1 ) a n y ( k ) b 1 u ( n k 1 ) b n u ( k )
对系统进行研究、分析与设计的方法；
（1）直接在系统上进行实验 在要设计的系统上进行实验
（2）在模型上进行实验 对要设计的系统进行处理，根据其
中内含的各种自然规律（包括欧姆定律、 比例环节和惯性环节等）得到相关的控 制规律，即系统的数学模型来进行研究。
对要设计的系统进行一定比例的缩 放得到缩小或放大的物理模型。（古时 的建筑）
《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年代以来，随着微型计算机技术以及软件技术的飞速发展与广泛应用，使得机电系统计算机仿真获得了实质性的发展，并使其走进广大的机电系统生产、设计、研究的第一线。
电力系统动模实验指导书
电力系统动模实验指导书.doc电力系统动模与自动化综合实验系统电力系统动模部分实验指导书信息科学与工程学院中南大学电力系统动模部分实验指导书I 目录第一章概述1 一、电力系统组成及作用1 二、电力系统自动化 1 三、发电机动模实验台概述 2 四、操作注意事项 6 第二章发电机组的开机停机过程与自动控制7 一、电路操作说明7 二、开机停机过程8 第三章发电机的自动准同期并列9 一、准同期控制的原理9 二、微机自动准同期控制器9 三、准同期并列实验11 第四章同步发电机励磁控制系统20 一、励磁系统与励磁调节原理20 二、励磁控制系统实验21 第五章电动机调速24 一、机组调速系统概述24 二、电动机调速实验25 电力系统动模部分实验指导书 1 第一章概述一、电力系统组成及作用图1-1 电力系统组成电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统（如图1-1所示）。
输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。
发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。
电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统一般称为二次系统。
二、电力系统自动化电力系统是世界上最为复杂的人工系统之一，其安全、稳定、经济地运行是其它产业正常发展，乃至社会稳定的基础。
因此精确、有效的对电力系统进行控制是十分重要的。
为保持电力系统正常运行的稳定性和频率、电压的正常水平，系统应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量，并有必要的调节手段。
在正常负荷波动和调节有功、无功潮流时，均不应发生自发振荡。
电力系统自动化的主要目的是采取各种措施使系统尽可能运行在正常运行状态。
在正常运行状态下，通过制定运行计划和运用计算机监控系统实时进行电力系统运行信息的收集和处理，在线安全监视和安全分析等，使系统处于最优的正常运行状态。
机电系统动态仿真课程教学改革研究
机电系统动态仿真课程教学改革研究作者：刘欣来源：《科技创新导报》 2011年第32期刘欣(天津工业大学机械工程学院机械电子系天津 300160)摘要:文章是结合笔者的教学实践和《机电系统动态仿真》这门专业课的特点,探讨了当前课程教学中存在的问题,从教学内容、教学方法、实践教学和评价体系等方面,阐述了改进教学的策略,将教与学紧密地结合起来,将传授知识与提高能力统一起来,改革的目的是探索以培养学生科学研究能力为核心的素质教育模式。
关键词:机电系统动态仿真课程教学改革素质教育中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11(b)-0153-02引言随着科学技术的发展,机电产品层出不穷,而且越来越复杂,对这些复杂的机电系统进行动态设计和动态分析显得尤为重要,本课程正是为了适应这一趋势而安排到本科生的培养计划中的。
“机电系统动态仿真”是工科机械电子专业重要的专业课,在专业的培养体系和课程结构中占有举足轻重的地位,它是培养本科学生科学研究能力的重要教学环节,其前修课程是高等数学,线性代数,机械控制工程基础,电子技术,机电传动控制,机器人技术基础等,学生应当具有了机电系统方面的预备知识。
本课程以仿真软件的应用为基础,注重学生科学研究能力的培养,课程的教学改革有利于学生综合素质的全面提高。
文章从教学内容、教学方法、和实践环节入手,阐述了机电系统动态仿真课程实践教学的改革方法,探索了提高教学质量和学生能力培养以及综合素质提升的有效途径。
1 课程教学目标和特点本课程是使学生通过学习,获得机电系统仿真方面必要的基本理论、基本知识和基本技能,了解仿真技术的发展动向,为后续学习和深造以及从事机电专业的工程技术工作和科学研究打下坚实的基础。
该课程是一门研究性很强的课程,为了适应新世纪素质教育的要求以及该学科特点,应对这门课程所涉及的教学内容、教学环节进行深入的分析和研究,合理调整和优化。
现代机械工程基础实验1(机电2010-6)PLC指导书
现代机械工程基础实验1(机电方向)P L C部分实验指导书（适用机械工程及自动化专业）班级：姓名：学号：2010年7月课题1 交通信号灯控制程序的设计实验目的1、熟悉PLC编程软件的使用。
2、掌握PLC程序设计的方法和调试过程。
实验要求使用PLC编制一程序完成以下功能：按下启动按钮后灯1～3按以下顺序亮和灭每9秒为一个循环，循环3周后停止（各灯灭）；若中途按下暂停按钮，则保持现有的状态不变，再按下起动按钮后继续循环；若中途按下停止按钮则各灯灭，再按下起动按钮后从头开始循环。
输入：启动按钮00000 停止按钮00001 暂停按钮00002输出：灯1～3 01001～01003注：不接输出，利用PLC的输出显示LED模拟灯1～3即可。
实验步骤1、按要求设计好电路原理图，并在小组中讨论通过后实施。
2、设计梯形图并利用CXP软件生成程序并下载到PLC中。
3、接好输入，调试程序。
4、改变循环节奏和总循环次数，调整程序（例如改为循环节奏2秒，循环4次）。
实验仪器和设备计算机、CXP软件、CPM1A、按钮、下载线。
实验报告1、整理出PLC控制程序梯形图（最好用两种方法）。
2、体会PLC控制系统与继电器—接触器控制系统相比的优势。
思考：若改为脉冲控制，及每来一个脉冲，改变一次灯的状态（相当于1秒钟，用按钮作脉冲输入），程序应如何设计？课题2 气动搬运机械手在生产线中的应用实验目的1、熟悉生产线控制程序中步进信号的设定与处理。
2、掌握基于的PLC小型控制系统程序设计的方法和调试过程。
实验内容所涉及课程或相关课程的知识面：该实验，涉及电器控制与PLC及液压与气动的相关知识，要求学生利用所学习过的CXP编程语言设计梯形图控制程序，利用液压与气动关于电磁阀与气缸的控制设计外围电路及气动原理图，利用机电传动控制中关于步进电机的知识设计步进电机驱动电路。
实验要求使用PLC编制一程序完成以下功能：有生产线需使用气动机械手将产品从输送带A搬运到输送带B，具体动作如下，输送带A将产品输送到夹取位；光电开关检测到产品信号；输送带A停；气动机械手在A 位伸出；下降；夹取工件；上升；缩回；回转到B位；下降；放松工件；气动机械手缩回；回转到A位；输送带B启动运行1秒；输送带A启动……循环。
机电综合实验指导书
课程名称：《机电综合实验》授课专业：授课班级：周学时：总学时：学分：任课教师：孟涛目录实验一. 三相异步电动机正反转控制电路实验 (3)实验二. 继电—接触器控制星形/三角形降压起动电路实验 (5)实验三 PLC仿真实验（自动门控制） (7)实验四 PLC仿真实验（部件分配） (10)实验五. PLC控制气缸往复运动回路实验 (13)实验六. PLC控制气缸顺序动作回路实验 (17)实验七. 步进电机的PLC控制实验 (22)实验八. 交流伺服电机单轴定位控制实验 (24)实验九. 溢流阀的二级调压回路实验 (26)实验十. 三位四通电磁换向阀卸荷回路实验 (28)实验十一. 差动连接的增速回路 (30)实验十二. 电磁阀和调速阀调速回路实验 (32)实验十三. 双作用气缸的直接控制实验 (34)实验十四. 双作用气缸的速度控制实验 (37)实验十五. MPS模块化生产系统认识 (40)实验一三相异步电动机正反转控制电路实验一、实验目的1.了解三相异步电动机的结构及铭牌数据的意义2.了解按钮，交流接触器和热继电器的基本结构和动作原理。
3.掌握三相异步电动机正反转控制电路的工作原理、接线及操作方法。
4.了解电动机运行时的保护方法。
二、实验设备1.万用表、异步电动机。
2.交流接触器、熔断器、热继电器、按钮、刀开关。
3.导线若干。
三、实验内容1.熟悉常用低压电器元件的结构、工作原理、型号规格、使用方法及其在控制线路中的作用。
2.熟悉三相异步电动机正反转控制电路的工作原理、接线方法、调试及故障排除的技能。
四、实验步骤1.根据电动机正反转原理图，绘制相应的电气接线图。
2.进行主电路连接。
3.进行控制电路的连接。
4.检查电路连接是否正确。
5.电路连接正确，进行通电试车，看电动机能否正常工作。
6.若出现故障必须断电检查，再通电，直到试车成功。
7.操作正转起动、反转起动、停止按钮，观察电动机的运行情况。
五、考核标准1.电动机不能正常起动或不能停止，扣20分。
机械动态仿真实验指导
《机械动态仿真》实验指导书一．课程简介机械动态仿真是为机械工程等相关专业开设的一门技术基础课，主要介绍基于MATLAB软件平台的机械运动仿真模块SimMechanics和Simulink的应用，目的在于培养学生了解和掌握机械动态仿真的基本理论、仿真方法及技术，为将来从事机械产品动态特性分析奠定基础。
二．课程实验目的实验目的：熟悉和掌握MATLAB软件的函数编程，掌握基于MA TLAB软件平台的机械仿真模块SimMechanics和Simulink的建模方法、仿真技术。
通过实验教学，使学生学会把实际问题抽象为数学模型、进而建立仿真模型的方法，增强分析和解决实际问题的能力。
三．实验方式与基本要求实验方式：学生独立在计算机上进行MATLAB软件编程，建立四连杆机构、曲柄滑块机构、二连杆平面机器人等机构的数学模型，进而建立基于Simulink和SimMechanics 动态仿真模型，设置仿真运行参数，观察不同参数下的仿真结果。
基本要求：1．为保证实验顺利进行，要求学生掌握MATLAB语言的基础知识；2．由指导教师讲清实验的基本要求、目的、建模要点及注意事项；3．要求学生严格遵守实验课守则，认真实验，按时完成实验报告。
四．实验报告每个实验均应撰写实验报告。
实验报告内容应包括：实验名称、目的、内容、实验结果分析等。
鼓励学生以小论文形式整理和撰写实验报告。
五．考试（考核）方法与规定本课程的实验考核采取理论测试与操作考核相结合方式，并考虑平时实验及实验报告完成情况，按百分制综合平定成绩。
实验1-1 小车弹簧系统的运动仿真参考书图6-17 质量-阻尼-弹簧机械系统的仿真。
应用牛顿定律可以用数学模型描述：)11(22-=++uky dt dy f dty d m式中，y 是质量m 的位移；u 为作用质量m 上的力。
采用现代控制理论的状态方程，可以将单自由度的二阶微分方程写成两个一阶微分方程： 设 x1=y, x2=dy/dx, 则有⎪⎭⎪⎬⎫+--==m u x m f x m k dt dx x dt dx 21221 （1-2）根据（1-2）的数学模型即可编制仿真程序，之后即可上机调试运行。
机电一体化系统实验指导书
机电一体化系统实验指导书1. 实验目的本实验旨在通过对机电一体化系统的设计、搭建和调试，让学生掌握机电一体化系统的工作原理及其应用领域，并提高学生的动手能力和团队协作能力。
2. 实验器材和软件2.1 实验器材•电机•传感器•控制电路•电源•运动部件2.2 软件•Arduino IDE•SolidWorks3. 实验内容3.1 实验准备1.确定实验主题和目标。
2.设计机电一体化系统的结构和布局。
3.使用SolidWorks绘制机电一体化系统的3D模型。
3.2 系统搭建1.根据设计图纸，搭建机电一体化系统的物理结构。
2.连接电机、传感器和控制电路。
3.进行系统的初步测试，确保电机、传感器和控制电路的正常工作。
3.3 系统调试1.使用Arduino IDE编写控制程序。
2.将控制程序烧录到控制电路中。
3.调试控制程序，确保机电一体化系统能够按照预定的程序进行工作。
4.测试系统的稳定性和可靠性，进行必要的调整和修正。
3.4 实验报告1.撰写实验报告，包括实验目的、实验步骤、实验结果和分析等内容。
2.将实验报告以Markdown文本格式输出。
4. 实验步骤1.确定实验主题和目标，并进行初步的系统设计。
2.使用SolidWorks绘制机电一体化系统的3D模型，并根据模型进行结构搭建。
3.连接电机、传感器和控制电路，进行初步的系统测试。
4.使用Arduino IDE编写控制程序，并烧录到控制电路中。
5.调试控制程序，确保机电一体化系统能够按照预定的程序进行工作，进行必要的调整和修正。
6.进行系统稳定性和可靠性测试。
7.撰写实验报告。
5. 实验注意事项1.在操作实验器材时，要注意安全事项，避免误操作造成伤害。
2.调试控制程序时，要小心操作，避免电路短路或其他不当操作导致损坏设备。
3.如有疑问或困难，及时向实验指导老师寻求帮助。
6. 实验结果与分析经过搭建和调试，机电一体化系统成功实现了预定的功能，并且运行稳定可靠。
仿真实验方案指导书
第四章 实 验 项 目 介 绍实验一 电力系统有功功率分布及分析一、实验简介本实验采用仿真教学实验系统中的九节点电网模型来进行，该模型有三台发电机与三台双卷变压器各自形成单元接线，高压侧电压220kV ，六条220kV 线路彼此连接形成环网。
本实验内容与课程“电力系统稳态分析”第三章“简单电力网络的计算与分析”中第一节的内容、第四章“复杂电力系统潮流的计算机算法”第三节及第四节的部分内容相关，通过本实验，让学生了解电力系统潮流分布中有功功率P 的一些特点。
二、实验目的首先通过本实验让学生认识及学会应用本仿真教学实验系统，学会对相关电力元件进行简单操作；学会观察电力系统的潮流分布状况，并记住某些元件(节点)的具体潮流值；本实验主要内容是让学生认识电力系统潮流中有功功率P 的分布特点，通过实验操作了解影响有功功率P 分布的因素。
三、实验原理图1所示为一条线路的等值电路图。
假设ij P 和ij Q 为线路ij 的有功及无功潮流，两端节点电压分别为i U 和j U ，其它参数如图所示。
则有假设1==j i U U , sin ij ij θθ=, cos 1=ij θ,0=ij r 上式可以简化为式中ij x 是线路电抗。
四、实验内容1．记录全网各节点电压的幅值及其相角；观察并记录有功P 方向；2．依据实验要求，按照实验步骤调节发电机的有功功率P 值并记录下变化后的节点电压的幅值及其相角值；观察并记录操作后的有功P 方向；3．重复以上实验操作步骤，调节负荷的有功功率P 值并记录下变化后的节点电压的()ij ij ij ij j i ij i ij b g V V g V P θθsin cos 2+-=ijj i j i ij ij x b p /)()(`θθθθ-=--=图1 线路等值电路图 图1 线路等值电路图幅值及其相角值；观察并记录操作后的有功P 方向；4．分别对上述两个步骤的实验数据进行对比分析，观察有功P 对各个电气量影响的不同，并按要求作图予以分析说明；5．对比(2)、(3)步骤的实验数据结果，并根据(4)所作的图示予以分析说明； 6．最后对所做实验及其数据结果，结合课本的相关知识点做实验总结，并回答文后问题。
系统建模与仿真实验指导书(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. 系统数学模型转换将状态空间模型转换为传递函数和零极点增益模型。
3. 控制系统稳定性分析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。
实验二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。
实验三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。
二、实验内容1．利用MATLAB求取系统的时间响应2．系统的稳态性能分析（稳态误差计算）3．系统的过渡过程分析（包括动态性能指标的计算）三、实验步骤1、单位反馈控制系统为其输入，为输出, 系统的开环传递函数为求系统的闭环传递函数。
在同一个坐标系中绘制输入信号为和时，系统的时域响应曲线。
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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.*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 byDong-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。
基本指令为 mesh(X,Y,Z ; surf (X,Y ,Z ;参考程序如下:clf[x,y]=meshgrid(-3:0.1:3, -2:0.1:2;z=(x.^2-1.4*x.*exp(-x.^2-y.^2+x.*y;surf(x,y,z,axis([-3,3,-2,2,-0.5,1]title('shading faceted', shading faceted%mesh(x, y, z程序运行界面如下:实验二经典控制系统分析一、实验目的:对控制系统进行时域、频域分析二、实验原理与说明三、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:1、实验内容:已知系统传递函数为 564/( 1(10 (23++++=s s ss s G , 求最大超调量, 调整时间和峰值时间。
控制系统的稳态性能用系统的稳态误差表示, 它是系统控制精度的度量。
如图 2.1所示, 系统的开环传递函数为: ( (s H s G , 在不考虑干扰的影响时,可得系统的稳态偏差为(( (11lim (lim 00s X s H s G s s sE e s s ss +==→→,可得系统的稳态误差为( ( ( (11lim (lim 00s H s X s H s G s s sE s s ss +==→→ε当系统的输入分别为单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号时,可得系统的静态位置误差系数 Kp 、静态速度误差系数 Kv 、静态加速度误差系数 Ka 分别为:图 2.1 控制系统方框图( (lim 0s H s G K s p →= ( (lim 0s H s sG K s v →= ( (lim 20s H s G s K s a →= 则控制系统的稳态偏差分别为:p ss K e +=111, v ss K e 12=, a ss K e 13=。
若控制系统为单位反馈系统, 则稳态误差等于稳态偏差, 若不为单位反馈系统,则(1lim 0s H e ss s ss →=ε。
已知单位负反馈系统的开环传递函数为 5(1(10(++=s s s s G ,求其单位斜坡输入时,系统的稳态误差。
GK=zpk([], [0 -1 -5],10;XI=zpk([], [ 0 0], 1;sys=1/(1+GK;Es=sys*XIess=dcgain(tf ([ 1 0], [1]*Est=0:0.05:10;xi=t;y=lsim(sys*GK, xi,t;plot(t, xi, 'r-.', t, y, t, xi-y','k:'xlabel('t(s'ylabel('幅值、差值 'legend('输入 ',' 输出 ',' 误差 ',0 title('Static Error Developed by Dong-yuan GE'图 2.2 系统的稳态误差2、频域分析:在工程应用中,不仅要考虑系统的稳定性,还要求系统有一定的稳定程度,这就是所谓自动控制系统的相对稳定性问题。
所谓相对稳定性就是指稳定系统的稳定状态距离不稳定 (或临界稳定状态的程度。
反映这种稳定程度的指标就是稳定裕度。
对于最小相位的开环系统, 稳定裕度就是系统开环极坐标曲线距离实轴上 0, 1(j -点的远近程度。
这个距离越远,稳定裕度越大,系统的稳定程度越高。
在幅值穿越频率上, 使得系统达到临界稳定状态所需要附加的相角滞后量,称为相位裕量。
指幅值穿越频率所对应的相移 (cωφ与-1800角的差值,即 00180( 180( (+=--=c c ωφωφγ幅值裕度:在相位穿越频率上,使得所应增大的开环放大倍数, 叫做幅值裕度。
以 gK 表示;可通过下式求得:|( (|1g g g j H j G K ωω=,其分贝值可用下式计算| ( (|lg 20lg 20g g g j H j G K ωω-=。
已知系统的开环传递函数为5(1(100 (++=s s s s G , 试求该系统的幅值裕度和相角裕度。
参考程序为: clear allnum=[100];den=conv([1 0],conv([1 1],[1 5]; [mag, phase, w]=bode(num,den; %bode(num,den sys=tf(num,den;%[mag, phase, r1, r2]=margin(sys margin(num,denhold on实验结论u 在对控制系统进行时域分析时,对于单位负反馈系统的开环传递函数为5(1(10 (++=s s s s G 的控制系统,当输入信号为单位斜坡信号时,系统的稳态误差为 2。
在频域分析中, 由波特图可知,开环传递函数为5(1(100 (++=s s s s G 的控制系统的幅值裕度为 -10.5分贝,相位穿越频率为 2.24 rad/s,相位裕度为 -23. 7°,幅值穿越频率为 3.91rad/s.实验三 PID 控制器的设计一、实验目的:1、熟悉 PI 、 PD 和 PID 三种控制器的设计。
2、通过实验,深入了解 PI 、 PD 和 PID 三种控制器的阶跃响应特性及相关参数对它们性能的影响。
二、实验原理与说明PI 、 PD 和 PID 三种控制器是工业控制系统中广泛应用的有源校正装置 . 其中PD 为超前校正装置它适用于稳态性能已满足要求 , 而动态性能较差的场合, 提高系统的快速性。
PI 为滞后校正装置,它能改变系统的稳态性能,消除或者减弱控制系统的稳态误差。
PID 时一种滞后一超前校正装置它兼有 PI 和 PD 两者的优点。
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: 1、实验内容:使设计图示的位置随动系统的 PD 控制器。
使得系统速度误差系数 40≥vK, 幅值穿越频率50≥cωsrad /, 相位裕量 (cωγo50≥。
已知 3 K3. 1=,4K 0933 . 0=, dK785. 22=, dT15. 0=s, 3T310877. 0-⨯=s , τ3105-⨯=s。
2、试验方法与步骤:① . 根据梅森公式可得,控制系统的传递函数为=(s G1(1(1(34321+++s s T s T s K K K K K d dτ=1(1(1(3+++s s T s T s Kd τ可见, 为校正系统为Ⅰ型系统, 故 KK v=。
按设计要求选 K vK ==40。
取 1K3=, 2K8. 4=, =K 1K 2K 3K 4K d K 79. 39=, 则未校正系统的开环传递函数为:=(s G1105(110877. 0(115. 0(4033+⨯+⨯+--s s s s通过仿真实验,作未校正系统的伯德图,可得幅值穿越频率, 相位裕量。
② . 确定 PD 控制器,由于原系统的幅值穿越频率、相位裕量均小于设计要求,为提高系统的动态性能,选用串联 PD 控制器。
为了使原系统结构简单, 对未校正部分的高频段小惯性环节作等效处理,则未校正系统的开环传递函数可近似表示为=(s G110877. 5(115. 0(401(1(313+⨯+=++-s s s s T s T s Kd由于 PD 控制器的传递函数为1( (+=Ts K s G p c为了使校正后的系统开环伯德图为希望的二阶最优模型, 可消除未校正系统的一个极点,即1(1(1( ( (13+++=Ts K s T s T s Ks G s G p d c令 dT T=,则1( ( (13+=s T s KKs G s G pc由于该校正后的控制系统为Ⅰ型系统, 则整个控制系统的开环放大系数'' cK ω=, 根据性能要求50≥c ωsrad /, 故选4. 1=pK。
115. 0(4. 1110877. 5(115. 0(40( (3+⨯+⨯+=-s s s s s G s G c110877. 5(563+⨯=-s s③ . 编写 Matlab 程序,进行仿真实验。
五、实验程序:1、校正前的系统仿真程序: num=40;den=conv(conv(conv ([1 0],[0.15 1], [0.877*0.001 1],[5.877*0.001 1 ]; bode(num, den; grid ontitle('Developed by GE Dong-yuan' 仿真结果如下:如图所示,可得幅值穿越频率 6. 15=cωsrad /,相位裕量 (cωγo17=。