气动系统建模仿真设计

气压控制伺服系统的数学建模及仿真模型建立

关于气动伺服系统的数学建模，主要是通过分析系统的运动规律，运用一些己知的定理和定律，如热力学定律、能量守恒定律、牛顿第二定理等，通过一些合理而必要的假设和简化，推导出系统被控对象的基本状态方程，并将其在某一工作点附近线性化，从而获得的一个近似的数学模型。虽然这些模型不是很准确，但还是能够反映出气动伺服控制系统的受力和运动规律，并且借此可以分析出影响系统特性的主要因素，给系统的进一步分析和控制提供依据和指导。

另外，利用Simulink 工具包可以不受线性系统模型的限制，能够建立更加真实的非线性系统，同时其模型分析工具包括线性化和精简工具。因此，本文在数学模型的基础之上，利用Simulink 对所研究的气压力控制系统尝试建立一个非线性数学模型，并对该模型进行计算机仿真。

由于气动系统的非线性，如气体的压缩性较大，且在气缸的运动过程中容腔中气体的各参数和变量是实时变化的，所以对气动系统的精确建模是比较困难的。所以为了建立系统的模型，我们对控制系统作一些合理的假设，来简化系统的数学模型。假设如下：

(1)气动系统中的工作介质—空气为理想气体； (2)忽略气缸与外界和气缸两腔之间的空气泄漏； (3)气动系统中的空气流动状态为等熵绝热过程； (4)气源压力和大气压力恒定；

(5)同一容腔中的气体温度和压力处处相等。 1) 比例阀的流量方程

在实际的伺服控制系统中气体的流动过程十分复杂，气动元件研究中使用理想气体等熵通过喷管的流动过程来近似代替。一般计算阀口的流量时采用Sanville 流量公式：

k

k s d k s

d

s

m P P P P k RT k P q 1212A +???

? ??-????

??-= 0.528<

s

d

P P ≤1 )1(212A 1

1

+?

??

??+=-k RT k k P q k s m 0≤s

d P P

≤0.528

其中：P s—为阀口上游压力；

P

d

—为阀口下游压力。

0.528为临界压力比。当阀口上、下游的压力比小于等于0.528时，气体通过阀口的流量达到最大值，即气体以音速流动，此时下游压力的降低不会使质量流量再增加，出现了所谓的“壅塞”现象，这种现象使气体流经阀时具有很强的非线性，也是以空气作为传动介质系统中的固有特征。当控制阀上、下游压力之比大于0.528小于1时，通过阀口的气体质量流量不仅取决于阀的结构，而且还取决于阀口上、下游压力，此时通过阀口的气体流动状态为亚音速流动[26]。

由于气动元件部的结构比较复杂，不同于渐缩喷管。这使流动的音速和亚音速分界点不是压力比为0.528的点。为解决这个问题，流量计算的新的发展趋势是通过临界压力比b来计算描述气动元件的过流能力，并用这个参数来计算经过比例阀的流量。

因此，比例阀进出气口的流量方程为：

1

1

1

1

1

1

Q

2

1

d v

s

m

k

d v s

s

P

c x P b

P

P

c x P b

k P

ω

ω-

?

?

≤≤

??

=?

?

??

?≤≤

?

?+

??

?

(1-1)

2

2

1

1

2

2

1

Q

2

1

d v

m

k

d v

P

c x P b

P

P

c x P b

k P

ω

ω-

?

?

≤≤

??

=?

?

??

?≤≤

?

?+

??

?

(1-2)

其中：

Cd—流量系数

ω—阀口面积梯度

x

v

—阀芯位移

Ps、P

—气源压力、大气压力

P

1

、P

2

—气缸左、右腔压力

利用Simulink工具对进气口式进行建模，如图1-1所示，对其子系统封装

如图1-2所示。

同理可对出气口进行建模并封装子系统。 2) 压力微分方程

根据质量守恒定律，假定工作介质为连续的，储藏到某控制体中去的质量的储藏率应该等于流入的质量流量减去流出的质量流量。即：

()dM d V dV d M M V

dt dt dt dt

ρρ

ρ??

-=

==+∑∑入出 将气体状态方程代入上式并化简可得：

1dM dV V dp p dt RT dt k dt ??

=+ ???

假定T 1=T 2=T ，忽略温度变化的影响，将气缸两腔参数分别代入上面公式，得：

111

1

1

()

m dx

k RTQ P A dP dt dt

V -=

(1-3)

图1-1 阀进口流量方程

图1-2 阀进口流量方程封装模块

222

2

2

()

m dx k RTQ P A dP dt dt

V +=

(1-4)

其中：

A 1、A 2—气压缸左、右腔面积 V 1、V 2—气缸左、右两腔体积

Qm 1、 Qm 2—气缸进出左、右两腔的流量 x —气缸活塞位移

用Simulink 对(3)式建模如图1-3所示，子系统封装如图1-5所示。同理对(4)式进行建模如图1-4所示，子系统封装如图1-6。

图1-3 气缸左腔流量压力方程

3) 气缸活塞的力平衡方程

根据牛顿第二定律可得到气缸的力平衡方程如下：

P 1A 1-P 2A 2 -F f = m 22d dt

y

+K y+ F (1-5)

其中：

F f —作用在气缸上的摩擦力 F —作用在气缸上的的外力负载

m —气缸上运动部件的质量及负载质量总和 K —负载弹簧刚度

图1-4 气缸右腔流量压力方程

图1-5 气缸1腔流量压力方程封装模块

图1-6 气缸2腔流量压力方程封装模块

根据力平衡方程(5)式在Simulink中建立模型如图1-7所示，进行子模型封装如图1-8所示。

4）气缸摩擦力模型

摩擦力是影响气动伺服控制系统性能的重要因素，摩擦力的大小、方向取决于滑动摩擦副的材料、表面粗糙度、润滑条件、受力大小及温度等因素。气缸的摩擦力对气动伺服系统的影响最大，特别是气缸低速运动时更为明显，所以研究摩擦力的影响因素对系统的建模至关重要。气缸摩擦力是非线性的，通常将气缸摩擦力分为动摩擦力和静摩擦力，其中动摩擦力又分为库伦摩擦力和粘性摩擦力。当气缸在静止时摩擦力较大，而它一旦开始运动时，摩擦力随着速度增加急剧下降，在达到一定速度，即临界速度后又随着速度的上升而增加。这一摩擦特性产生了气缸在低速运动时的爬行现象，同时影响气动伺服定位系统的性能。

当前工程上位置控制系统中应用较为广泛的气缸摩擦力模型是Stribeck摩擦模型，其摩擦力与速度关系曲线如图1-9所示，摩擦力首先随着速度的增加而降低，到一定速度后又随着速度的上升而下降，其公式为：

(())sgn()

s

u

u

u c s c

F F F F e u Cu

δ

??

- ?

??

=+-+

图1-7 气缸力平衡方程

图1-8 气缸力平衡方程封装模块

建模与仿真

第1章建模与仿真的基本概念 参照P8例子，列举一个你相对熟悉的简单实际系统为例，采用非形式描述出来。 第2章建模方法论 1、什么是数学建模形式化的表示？试列举一例说明形式化表示与非形式化表示的区别。 模型的非形式描述是说明实际系统的本质，但不是详尽描述。是对模型进行深入研究的基础。主要由模型的实体、包括参变量的描述变量、实体间的相互关系及有必要阐述的假设组成。模型的非形式描述主要说明实体、描述变量、实体间的相互关系及假设等。 例子：环形罗宾服务模型的非形式描述： 实体 CPU，USR1，…，USR5 描述变量 CPU:Who,Now(现在是谁)----范围{1,2,…,5}; Who.Now=i表示USRi由CPU服务。 USR：Completion.State（完成情况）----范围[0，1]；它表示USR完成整个程序任务的比例。参变量 X-----范围[0，1]；它表示USRi每次完成程序的比率。 i 实体相互关系 （1）CPU 以固定速度依次为用户服务，即Who.Now为1，2，3，4，5，1，2…..循环运行。 X工作。假设：CPU对USR的服务时间固定，不（2）当Who.Now=I,CPU完成USRi余下的 i X决定。 依赖于USR的程序；USRi的进程是由各自的参变量 i 2、何谓“黑盒”“白盒”“灰盒”系统？ “黑盒”系统是指系统内部结构和特性不清楚的系统。对于“黑盒”系统，如果允许直接进行实验测量并通过实验对假设模型加以验证和修正。对属于黑盒但又不允许直接实验观测的系统，则采用数据收集和统计归纳的方法来假设模型。 对于内部结构和特性清楚的系统，即白盒系统，可以利用已知的一些基本定律，经过分析和演绎导出系统模型。 3、模型有效性和模型可信性相同吗？有何不同？ 模型的有效性可用实际系统数据和模型产生的数据之间的符合程度来度量。它分三个不同级别的模型有效：复制有效、预测有效和结构有效。不同级别的模型有效，存在不同的行为水平、状态结构水平和分解结构水平的系统描述。 模型的可信度指模型的真实程度。一个模型的可信度可分为： 在行为水平上的可信性，即模型是否重现真实系统的行为。 在状态结构水平上可信性，即模型能否与真实系统在状态上互相对应，通过这样的模型可以对未来的行为进行唯一的预测。 在分解结构水平上的可信性，即模型能否表示出真实系统内部的工作情况，而且是惟一表示出来。 不论对于哪一个可信性水平，可信性的考虑贯穿在整个建模阶段及以后各阶段，必须考虑以下几个方面： 1在演绎中的可信性。2在归纳中的可信性。3在目的方面的可信性。 4、基于计算机建模方法论与一般建模方法论有何不同？（P32） 经典的建模与仿真的主要研究思路，首先界定研究对象-实际系统的边界和建模目标，利用已有的数学建模工具和成果，建立相应的数学模型，并用计算装置进行仿真。这种经典的建

通信系统建模与仿真课程设计

通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日

1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案

气动张力控制系统的建模与仿真

气动张力控制系统的建模与仿真 摘要：本文简单介绍了张力控制的相关知识及气动张力控制系统的组成及工作原理，并对张力控制系统的收卷控制部分进行了数学建模与仿真。建立了比例压力阀控缸开环系统的简化模型，采用PID控制方法，在Matlab仿真平台进行系统模型仿真，得到了系统仿真曲线。 关键词：张力控制气动比例控制系统建模与仿真 近年来，气动技术以其自身独特的传动方式和优点，如清洁、结构简单、气体来源充足和成本相对较低，已在工业自动化领域广泛应用。将气动技术应用于恒张力控制系统已成为一个重要研究领域，PID控制，现代控制理论，智能控制等都被应用到气动系统的控制中。但是气动控制系统，由于气体的可压缩性，阀口非线性及气缸摩擦力等因素的影响，导致了气动伺服系统的强非线性、固有频率低、刚度小、阻尼小等特点，要得到满意的控制伺服系统比较困难。要对气动伺服控制系统进行分析和研究，一般需要首先建立该控制系统的数学模型。 本文通过介绍张力控制的相关知识及气动比例控制系统原理与组成，针对张力控制系统的收卷控制部分建立简单的比例压力阀控缸开环控制系统的数学模型，并在Matlab环境下进行了仿真。 一、张力控制的基础知识 张力控制，简单地说就是要控制物体在设备上输送时物体上相互拉长或绷紧的力。张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，主要应用于造纸、纺织、薄膜、电线等轻工业中，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。在带材或线材的收卷和放卷过程中，为保证生生产的质量和效率，保持恒定张力是很重要的。 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等。 1.典型收卷张力控制示意图

系统建模与仿真

一、基本概念 1、数字正弦载波调制 在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。 2、数字正弦载波调制的分类。 在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。如黑板所示。 2、高斯白噪声信道 二、实验原理 1、实验系统组成 2、实验系统结构框图

图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图 各个模块介绍p12 3、仿真程序 x=0:15;% x表示信噪比 y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序 SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素 sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 y(i)=mean(BitErrorRate); end hold off% 准备一个空白的图 semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标 三、实验结论

图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图 系统建模与仿真（二） ——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能 一、基本概念 多径瑞利衰落信道 二、实验原理 1、实验系统组成

基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究.

基于AMESim的气动系统 建模与仿真技术研究（版本A）

本文主要内容如下 (1)推导气体的流量、温度和压力方程。 (2)基于AMESim对普通气动回路进行仿真分析。并推导气动系统常用元件的 数学方程，在此基础上对气动元件及系统进行模型仿真分析。 (3)对气动比例位置系统进行建模与仿真研究，在系统仿真模型基础上进行 故障仿真研究。最后探讨基于 AMESim 的气动比例位置系统实时仿真研究。

1.气动系统建模的理论基础 气动系统和元件建模的首要任务就是要充分的明确空气的物理性质和空气的热力学性质，为准确的元件建模和系统仿真奠定基础。气动元件的结构是十分复杂的，但其中的基本规律和数学描述一般还是比较清楚的。经过前人的大量研究发现，气动系统的动态特性从本质上讲可以抽象为由一些基本环节所组成，比如放气环节、惯性环节和气容充气环节等等。而它们之间又是通过压力、力、位移、容积等参数相互关联相互影响的。 1.1 流量方程 流量特性表示元件的空气流通能力，将直接影响气动系统的动态特性。 所有的压力降取决于下面两个基本参数： a)声速流导 C(Sonic Conductance)——[null] b)临界压力比b(Critical Pressure Ratio)[S*m4/kg] ISO6358标准孔口——

标准体积流量 设绝对温度T ，绝对压力p的工况下的体积流量为Q，基准状态和标准状态下的体积流量可表示为： 空气压缩机的输出流量通常用换算到吸入口的大气状态下的体积流量来表示。以上公式同样适用于从吸入口的大气状态到基准或标准状态的换算。 气动孔口流量 在气动系统中，一般需要计算通过节流口的气体压力、流量、温度等参数，但是由于气体的可压缩性，气体在通过节流口时是个很复杂的过程，节流口前后的流道突然收缩或扩张，气体在孔口前后均会形成涡流，产生强烈的摩擦，因而机械能变成热能具有不可逆过程。同时，由于流体运动的极不规则，同一界面上的各点参数极不均匀。为了研究气体的流量特性，基本上可将阀中的节流口理想地等价为一个小孔或收缩喷嘴，并用小孔或者收缩喷嘴的流量特性来表示其流量特性。

系统建模与仿真项目驱动设计报告

系统建模与仿真项目驱动设计报告 学院：电气工程与自动化学院 专业班级：自动化143班 学号：2420142928 学生姓名：李荣 指导老师：杨国亮 时间：2016年6月10号

仿真技术是一门利用物理模型或数学模型模拟实际环境进行科学实验的技术，具有经济、可靠、实用、安全、灵活和可多次重复使用的优点。 本文中将使用Matlab软件实现一个简单的控制系统仿真演示，可实现对一些连续系统的数字仿真、连续系统按环节离散化的数字仿真、采样控制系统的数字仿真以及系统的根轨迹、伯德图、尼克尔斯图和奈氏图绘制。 本设计完成基本功能的实现，基于Matlab的虚拟实验仿真的建立和应用，培养了我们的兴趣，提高了我们的实践能力。 关键字：Matlab；系统数字仿真；根轨迹；伯德图。

第一章概述 (4) 1.1 设计目的 (4) 1.2 设计要求 (4) 1.3设计内容 (4) 第二章 Matlab简介 (6) 2.1 Matlab的功能特点 (6) 2.2 Matlab的基本操作 (6) 第三章控制系统仿真设计 (8) 3.1 控制系统的界面设计 (8) 3.2 控制系统的输入模型设计 (9) 3.3 欧拉法的Matlab实现 (12) 3.4 梯形法的Matlab实现 (14) 3.5 龙格-库塔法的Matlab实现 (15) 3.6 双线性变换法的Matlab实现 (16) 3.7 零阶保持器法的Matlab实现 (17) 3.8 一阶保持器法的Matlab实现 (18) 3.9 系统PID控制的Matlab实现 (19) 3.10 系统根轨迹的绘制 (21) 3.11系统伯德图的绘制 (22) 3.12系统尼克尔斯图的绘制 (23)

系统建模与仿真课程简介

系统建模与仿真 开课对象：工业工程开课学期：6 学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时； 实验学时：0 学时；上机学时：8学时 先修课程：概率论与数理统计 教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7 参考书： 【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社 【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生： 1．掌握建模基本理论； 2．掌握仿真的基本方法； 3．掌握一种仿真语言及仿真软件； 4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。 2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。 3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论（3学时） 1．系统、模型、仿真的基本概念

电力系统建模及仿真课程设计

某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师

摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -

生产系统建模与仿真

《建模与仿真》课程教学大纲 (Modeling and Simulation) 课程编码： 学分：2.5 总学时：40 适用专业：工业工程 先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术 一、课程的性质、目的和任务 《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。使学生了解计算机仿真的基本步骤。结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。二、教学基本要求 具体在教学过程中要求学生应该达到： 1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法； 2.掌握仿真的概率统计基础知识。 3.掌握供理论模型建模方法。 4.掌握仿真模型的设计与实现方法。 5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。 三、教学内容与学时分配 离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、 加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。本课程 深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计 算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介 绍。 具体教学内容如下： 第一章绪论 4学时

本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。 本章教学目标： 本章教学基本要求： 了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。 理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。 掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。 本章教学重点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤。 本章教学难点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤 第一节系统与制造系统 0.3学时 （一）什么是系统 （二）制造系统的组成与特点 第二节系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 (一)系统、模型与仿真的关系 (二)系统建模与仿真技术的特点 第三节制造系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 （一）制造系统建模与仿真的特点分析 （二）制造系统类型及建模元素 （三）制造系统仿真的功能分析 第四节系统建模与仿真的基本步骤 0.4学时 第五节系统建模与仿真的案例分析 0.5学时 （一）连杆生产线的组成与功能分析 （二）连杆生产线仿真模型的构建 （三）仿真逻辑的分析与定义 （四）仿真结果分析及系统优化 第二章系统建模与仿真的基本原理 2学时 本章在分析离散事件系统模型的分类和元素组成的基础上，介绍了建立系统模型的常用方法。 本章教学目标：使学生掌握常用的系统建模方法 本章教学基本要求：

《生产物流系统建模和仿真》课程设计报告

《生产物流系统建模与仿真》课程设计 2012-2013学年度第一学期 姓名孙会芳 学号 099094090 班级工093 指导老师暴伟霍颖

目录 一、课程任务书 (3) 1.题 目............................................................... (3) 2.课程设计内容 (3) 3.课程设计要求 (4) 4.进度安排 (4) 5.参考文献 (4) 二、课程设计正文 (5) 1、题目 (5) 2、仿真模型建立 (5) （1）实体元素定义 (5) （2）元素可视化的设置 (6) （3）元素细节设计 (8) (4 ) 模型运行和数据.................................................................. . (10) （5）模型代码 (12) （6）模型改进 (16) 3.实验感想 (17)

三、参考文献 (18) 《生产物流系统建模与仿真》课程设计任务书 1. 题目 离散型流水作业线系统仿真 2. 课程设计内容 系统描述与系统参数： （1）一个流水加工生产线，不考虑其流程间的空间运输。 （2）两种工件A，B分别以正态分布和均匀分布的时间间隔进入系统，A进入队列Q1, B进入队列Q2，等待检验。（学号最后位数对应的仿真参数设置按照下表进行） （3）操作工人labor1对A进行检验，每件检验用时2分钟，操作工人labor2对B进行检验，每件检验用时2分钟。 （4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，A的合格率为65%，B的合格率为95%。 （5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q3队列中等待；B送往机器M2加工，如需等待，则在Q4队列中等待。 （6）A在机器M1上的加工时间为正态分布（5，1）分钟；B在机器M2上的加工时间为正态分布（8，1）分钟。

控制系统建模、分析、设计和仿真

北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日

北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容 最少拍有波纹控制系统

[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分） 6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分） 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G

系统建模与仿真设计报告一

设计一产生十种不同分布的独立的随机数 一、设计内容及要求 任务：产生十种不同分布的独立的随机数，并进行检验。 要求：对随机数进行的统计性检验包括频率检验、参数检验、独立性检验。 二、设计环境及工具 Windows7、MatlabR2010b 三、设计思想及方法 (1) 在对雷达系统进行仿真时，首当其冲的问题就是对电磁环境 的仿、真。其中无用的电磁信号包括三大类，即杂波、噪声和干扰，在模拟仿真时相比于有用的电磁信号也是不可或缺的。其所谓的仿真就是在已知随机变量的统计特性及其参数的情况下，研究如何在计算机上产生服从给定统计特性和参数的随机变量。 (2) 在雷达、导航、声呐、通信和电子对抗等系统中，应用最多 的概率统计模型还是正态分布或高斯分布、指数分布、瑞利分布、莱斯分布或广义瑞利分布、韦尔分布、对数-正态分布、m分布、拉普拉斯分布、复合k分布等。 (3) 在这些随机总体中畸形随机抽样，实际上都是以[0,1]区间上 的均匀分布随机总体为基础的。原则上讲，只要已知[0,1]区间上的均匀分布随机数序列，总可以通过某种方法(数学方法)来获得某已知分布的简单子样。只要给定的均匀分布随机数列满足均匀

且相互独立打的要求，经过严格的数学变换或者严格的数学方法，所产生的任何分布的简单子样都会满足具有相同总体分布和相互独立的要求。 四、设计过程及结果 本次设计的十种随机数包括均匀分布、高斯分布、指数分布、广 义指数分布、瑞利分布、广义瑞利分布、韦尔分布、拉普拉斯分布、柯西分布和2χ分布，使用Matlab 完成设计并给出具体的参数，代码附在最后。 1．均匀分布 已知随机变量ε在[0,1]区间上服从均匀分布，则有概率密度函数 1,01 ()0,x f x ≤≤?=?? 其他 其分布函数为 0,0F(),01 x x x x x

生产系统建模与仿真课程设计

1. 设计分析 1.1问题描述 系统由四台加工中心、五个托盘和装夹工具、一套搬运轨道和小车、一个 工件装夹区组成，其布局如图1所示。系统所包含的主要时间类别及大致时间 如下： (1) 工件安装时间。是指待加工工件装夹并固定在托盘上的时间，由于模具工 件均为长方体，因此，该时间比较稳定，大约 2mi ns 左右。 (2) 小车等待时间。工件安装完成后，如机床都在工作状态，则小车需等待有 机床完成 工作后，开始运出待加工工件。该等待时间不是固定的值，需要计算 得出。 (3) 机床等待时间。当有多个机床处于空置状态时，由于运输容量的限制，有 的机床就 处于空置等待状态，该状态所经历的时间，就是该机床的等待时间。 (4) 工件运出时间。将已安装好工件的托盘，从安装区运出至数控设备。大约 2mi ns 。 (5) 更换托盘时间。将设备上装载已加工好的零件的托盘与小车上装载待加工 工件的托 盘进行更换。大约需要1min 。 (6) 工件运回时间。更换托盘后，将载有已加工好的工件的托盘运回安装区， 并卸载。 大约需要3mins 。 图1系统布局图 1.2设计内容 1任务队列如表1所示，计算该队列条件下的任务总完成时间、四台设备各自 的设备等待 搬运 轨道 小车

时间，绘制四台设备的工序图。 2对任务队列进行排序优化，阐述优化的思路和方法，计算优化后的任务总完成时间、四台设备各自的设备等待时间，绘制四台设备的工序图。 表1设计案例参数表（单位：分钟） 1.3设计中的主要因素及系统分析 在本次的设计条件中，系统中共有20个任务，每个任务的加工时间是不相等的，而且只有一套运输设备，各个设备的功能完全一致。所以制约的加工的最大因素便是运输的制约。按照原始的顺序，进行加工，画出原始工序图。 再对原始任务工序图进行分析，并数据计算。计算出20个任务的总加工时间, 各个设备的等待时间，小车的等待时间。分析我们所得的数据结果，找出制约整个工序的主要问题所在，并进行改善。 在这个系统中共有20个加工时间各不相同的任务，按照顺序移动的方式来进行加工。在分析之前我们需先进行以下假设： （1）加工开始前，五个托盘分别位于四台加工中心及装夹区； （2）小车运出至每台加工中心的时间相等，运回至每台加工中心的时间也 相等。 （3）系统运行中不会出现故障等影响加工时间的意外 （4）小车一次只能进行一次托盘更换，最多只能运回一个工件，也最多只能运出

系统建模与仿真

系统建模仿真技术的历史现状和发展趋势分析 工程133 胡浩3130212026 【摘要】：经过半个多世纪的发展,仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性技术学科。本文对建模与仿真技术发展趋势作了较全面分析。仿真建模方法更加丰富,更加需要仿真模型具有互操作性和可重用性,仿真建模VVA与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱;仿真体系结构逐渐形成标准,仿真系统层次化、网络化已成为现实,仿真网格将是下一个重要发展方向;仿真应用领域 更加丰富,向复杂系统科学领域发展,并将更加贴近人们的生活。 工程系统的仿真，起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统，逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域，并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。 控制器的仿真软件，在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展，机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步，以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征，将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。相对控制器本身的发展，凭借新的加工制造技术的支持，执行机构技术的发展更加富于创新和挑战，而对于设计、制造和维护高性能执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。 AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。从根据用户需求，提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析，

到引领协同仿真技术的发展方向，AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。 一、系统仿真技术发展的现状 工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分，与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起，在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中，发挥着重要的作用，同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此，工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特征表现为： 1、控制器和被控对象的联合仿真：MATLAB＋AMESIM，可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。 2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真：AMESIM＋机构动力学＋CFD＋THERMAL＋电磁分析 3、实时仿真技术 实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的，通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。 4、集成进设计平台 现代研发制造单位，尤其是设计研发和制造一体化的大型单位，引进PDM/PLM系统已经成为信息化建设的潮流。在复杂的数据管理流程中，系统仿真作为CAE工作的一部分，被要求嵌入流程，与上下游工具配合。

生产系统建模与仿真课程设计

1.1问题描述 系统由四台加工中心、五个托盘和装夹工具、一套搬运轨道和小车、一个工件装夹区组成，其布局如图1所示。系统所包含的主要时间类别及大致时间如下： (1) 工件安装时间。是指待加工工件装夹并固定在托盘上的时间，由于模具工件均为长方体，因此，该时间比较稳定，大约2mins 左右。 (2) 小车等待时间。工件安装完成后，如机床都在工作状态，则小车需等待有机床完成工作后，开始运出待加工工件。该等待时间不是固定的值，需要计算得出。 (3) 机床等待时间。当有多个机床处于空置状态时，由于运输容量的限制，有的机床就处于空置等待状态，该状态所经历的时间，就是该机床的等待时间。 (4) 工件运出时间。将已安装好工件的托盘，从安装区运出至数控设备。大约2mins 。 (5) 更换托盘时间。将设备上装载已加工好的零件的托盘与小车上装载待加工工件的托盘进行更换。大约需要1min 。 (6) 工件运回时间。更换托盘后，将载有已加工好的工件的托盘运回安装区，并卸载。大约需要3mins 。 图1 系统布局图 CNC CNC CNC CNC 搬运轨道 小车 工件装夹区

1 任务队列如表1所示，计算该队列条件下的任务总完成时间、四台设备各自的设备等待时间，绘制四台设备的工序图。 2 对任务队列进行排序优化，阐述优化的思路和方法，计算优化后的任务总完成时间、四台设备各自的设备等待时间，绘制四台设备的工序图。 表1 设计案例参数表(单位：分钟) 安装运出运回更换 2 2 3 1 任务1 任务2 任务3 任务4 7 15 21 5 任务5 任务6 任务7 任务8 12 33 17 38 任务9 任务10 任务11 任务12 8 19 22 25 任务13 任务14 任务15 任务16 16 27 31 6 任务17 任务18 任务19 任务20 245118 11 1.3设计中的主要因素及系统分析 在本次的设计条件中，系统中共有20个任务，每个任务的加工时间是不相等的，而且只有一套运输设备，各个设备的功能完全一致。所以制约的加工的最大因素便是运输的制约。按照原始的顺序，进行加工，画出原始工序图。再对原始任务工序图进行分析，并数据计算。计算出20个任务的总加工时间，各个设备的等待时间，小车的等待时间。分析我们所得的数据结果，找出制约整个工序的主要问题所在，并进行改善。 在这个系统中共有20个加工时间各不相同的任务，按照顺序移动的方式来进行加工。在分析之前我们需先进行以下假设： （1）加工开始前，五个托盘分别位于四台加工中心及装夹区； （2）小车运出至每台加工中心的时间相等，运回至每台加工中心的时间也相等。

智慧树知到《数学建模与系统仿真》章节测试答案

第一章单元测试 1、数学模型是对于现实世界的一个特定对象，一个特定目的，根据特有的内在规律，做出一些必要的假设，运用适当的数学工具，得到一个数学结构． A:错 B:对 答案:【对】 2、数学建模是利用数学方法解决实际问题的一种实践．即通过抽象、简化、假设、引进变量等处理过程后，将实际问题用数学方式表达，建立起数学模型，然后运用先进的数学方法及计算机技术进行求解，是对实际问题的完全解答和真实反映，结果真实可靠。 A:对 B:错 答案:【错】 3、数学模型是用数学符号、数学公式、程序、图、表等刻画客观事物的本质属性与内在联系的理想化表述. 数学建模就是建立数学模型的全过程(包括表述、求解、解释、检验). A:对 B:错 答案:【对】 4、数学模型(Mathematical Model):重过程；数学建模(Mathematical Modeling):重结果。 A:错 B:对 答案:【错】 5、人口增长的Logistic模型，人口增长过程是先慢后快。 A:错 B:对

答案:【错】 6、MATLAB的主要功能有 A:符号计算 B:绘图功能 C:与其它程序语言交互的接口 D:数值计算 答案:【 符号计算; 绘图功能; 与其它程序语言交互的接口; 数值计算】 7、Mathematica的基本功能有 A:语言功能（Programing Language) B:符号运算（Algebric Computation） C:数值运算（Numeric Computation） D:图像处理（Graphics ） 答案:【语言功能（Programing Language); 符号运算（Algebric Computation）; 数值运算（Numeric Computation）; 图像处理（Graphics ）】 8、数值计算是下列哪些软件的一个主要功能A:Maple

系统建模与仿真报告

新螺丝湾公交枢纽站 公交系统建模与仿真专业 姓名 学校 起止日期 报告提交日期

摘要 自新螺丝湾国际商贸城和新南部客运站建成并运营以来，该地区的人流量突增，同时给新螺丝湾公交枢纽站带来了新的挑战。因此，怎样能更好的做好该地区的公交车的调度和运营，满足乘客需求成了至关重要的问题。本课题在以满足乘客的需求提高该系统的效率为目标的前提下，采用了面向对象的离散虚拟仿真软件3D max和Flexsim,对昆明新螺丝湾公交枢纽站站内公交调度时间及库存时间进行了仿真系统研究;利用计算机仿真搭建了一个公交运输的仿真平台, 建立了昆明新螺丝湾公交枢纽站站内仿真模型，针对该系统在公交车调度和库存中存在的问题提出相应的改进方案，效率高,乘客满意度高,为公交公司在做公交调度方面的决策时提供有用方案。 关键词：新螺丝湾公交枢纽站;面向对象;flexsim;仿真模型

目录 摘要 1．绪言 (1) 2.理论分析 (1) 2.1数据采集方法： (1) 2.2数据样本分析： (1) 2.3数据分析方法： (1) 2.4建模方法 (2) 3.实验研究 (2) 3.1研究地点 (2) 3.2研究时间 (2) 3.3研究目的 (2) 3.4研究方法 (2) 4.数据分析 (2) 4.1新螺蛳湾公交调度分析 (2) 4.1.1 154路公交车调度分析 (2) 4.1.2 186路公交车调度分析 (5) 4.1.3 C7路公交车调度分析 (8) 4.2新螺蛳湾公交库存分析 (11) 4.2.1 154路公交车库存分析 (11) 4.2.2 186路公交车库存分析 (12)

4.2.3 C7路公交车库存分析 (13) 5.建模与仿真 (14) 5.1新螺蛳湾公交枢纽站布局图 (14) 5.2新螺蛳湾公交枢纽站公交车流程 (14) 5.3新螺蛳湾公交枢纽站设施的F LEXSIM实体映射对照 (15) 6.结果分析与结论 (15) 6.1154路公交 (15) 6.2186路公交 (16) 6.3C7路公交 (16) 7.感想 (16) 参考文献 (18)

物流系统建模与仿真软件简介

一、物流系统建模与仿真软件简介 由于物流系统变得越来越复杂并且内部关联性越来越强。仿真是公司检验其物流系统及决策是否真的高效的唯一可用技术了。在设计一个新的工厂或系统，对已由系统添加新设备或重新优化，仿真都是非常必要的。同时仿真还用来提供直觉的和经验的决策支持。在当今市面上，仿真可用使用专用软件来实现。由于存在着如此多的仿真软件，如何正确的选择软件至关重要。下面列举出典型的系统仿真软件[3]。 软件名称简介 （1）20-sim 20-sim是由Twente大学控制实验室开发的运行于Windows系统下的建模与仿真软件。作为著名软件包TUTSIM的后续产品，它完全支持图形建模，让用户在直观和友善的方式对动态系统进行设计和分析，同MATLAB和Simulink可以方便的进行建模与仿真的交互。使用20-sim，我们可以仿真动态系统（例如电力、机械、水动力系统或它们的组合系统）的各种行为。 （2）arena该软件可以用来模拟服务、制造、运输、物流、供应链和其它系统。（3）Automod该软件提供了真实的三维虚拟现实动画，使得仿真模型非常用以理 解；提供了高级的特征让用户可以仿真复杂的活动，如机器人、设 备工具、生产线等的运动和转动。该软件还为用户提供了一套基于 专家系统的物料搬运系统，它是根据工业自动化的真实运行经验开 发的。这些包括输送链、自动存储和检索系统，桥式起重机等。（4）Awesim Awesim提供生产系统动态模型的仿真机。动画使用图形界面构建， 用户可以对交互式仿真进行特定的控制。 （5）Easy5由波音公司开发的用来模拟和仿真包含水力、风力、机械、热、电 子和数字等子系统的动态系统软件包。包括了一整套控制系统建 模、分析和设计功能。 （6）Idef该软件是一种流程图析软件，可以非常容易的适用流程图来绘制和 表述流程。它能够提供比传统流程图更多的信息。流程中包含的流 程、流程约束、人和其他资源能够被整合到一起。 （7）Intrax该软件能够提供许多被建模和仿真实际流程的管理决策。它能够被 用来执行战略（同战略视图，同步价值链视图相符合的现实），流 程改善（工序改善、生产力改善、节约循环时间），同步价值链（动 态视觉，同步约束）和日常运作（可对比的运作替代方案，短期变 化影响力的检验）等的模拟和仿真。 （8）Manufacturing Engineering 该软件提供离散仿真功能来解决制造问题和设计制造方案。它在广阔的应用领域中预测产出率，人工和其他的绩效。 （9）Matlab该软件是组合的数字计算、高级图形技术和可视化、高级编程语言 的集成计算机算环境。Simulink式用来对动态系统进行建模、仿真 和分析的交互式工具。它可以构建图形化的结构图，模拟动态系统， 评估系统绩效和精炼设计。 （10）Modsim该软件可以用来仿真像港口，铁路网和航空管制等的管理模型。还 可以用来仿真制造系统。 （11）Promodel该软件可以对制造系统、仓储系统和物流系统的评估、规划或重新 设计进行仿真。典型应用包括精益制造的实施，周期事件的降低， 设备投资决策，产出率和能力分析，识别和排除瓶颈，资源分配等。