建模仿真大作业2
5、如图1所示，一个由三台机器构成的柔性加工单元，其中N1，N2和N3分别表示三种不同的零件，它们分别经由自己的工艺路线有机器M1
、M2、M3进行加工。每个零件分配一个托盘，托盘在完成最后加工工序后运载新的零件返回到处于最初加工工序的机器。试建立该柔性加工单元的Petri网模型。
图1 加工单元图
1、实体流程图建模方法：
对该系统详细分析如下：
（1）实体
永久实体：M1、M2、M3
临时实体：N1、N2、N3
特殊队列：加工队列。
（2）实体状态
M1、M2、M3：加工、空闲。
N1、N2、N3：等待、加工。
队列：队长。
（3）实体活动
M1、M2、M3：加工。
N1、N2、N3：被加工。
（4）系统事件
N1、N2、N3：到达，结束排队（开始加工），加工完毕或进入下一工序。
（5）排队和加工规则
排队规则：FIFO。
加工规则：先到先加工，先进先出。
以工件N1、N2、N3的到达流动为主线，可以画出该系统的实体流程图，如图2所示。需要给出的模型属性变量包括三个工件分别的到达时间间隔，在不同机器上的加工时间等。
图2 零件加工实体流程图
2、活动周期图建模方法
该系统存在两类实体：机器和零件。
（1）机器。三台不同机器M1、M2、M3都只有一个激活状态。当机器不处于这种状态时，就处于一种静寂状态---空闲。例如，机器M1的活动周期图如图3
所示。
图3 机器M1的活动周期图
（2）零件。三种不同零件N1、N2、N3都有两个激活状态和两个静寂状态。激活状态“加工（PROCESS）”与机器协同完成；当机器处于忙时，零件进入“排队等候（QUEUE）”静寂状态；待加工完成时离开或进入下一个工序。零件的活动周期图以零件N2为例，如图4所示。
图4 零件N2的活动周期图
通过“加工（PROCESS）”这个协同活动，可以将三个不同零件在不同机器的机器加工过程构建该系统的活动周期图模型。如图5所示。
图5 零件加工活动周期图
3、事件关系图建模方法
对该系统进行详细分析如下：
（1）“RUN”系统初始化，初始化S[i](i=1，2，3)依次表示三个不同机器。
Q[i](i=1,2,3)表示当前零件排队的数量。
Ta=Time between part arrivals (possibly random)
Ts=Time to process (Possibly random)
（2）“CHECK”环节，在这个环节当S[i]>0条件满足时，机器对零件进行柔性选择，并将机器置为“忙”进而进入“START”环节进行加工，同时队列Q[i]长度减一。（3）“LEA VE”环节，零件加工完成时，如果该零件需要下一道工序的队列长度不变；零件离开刚加工的机器，并将机器置为“闲”。
该系统的事件关系图建模模型如图6-1和图6-2所示。（备注：因图太大，所以将图分成两半，即图6-2右接图6-1）
图6-1 零件加工事件关系图
图6-2 零件加工事件关系图
4、基于Petri网的建模方法
图7是该系统的Petri网模型。其中Pij表示零件库中零件i（i=1,2,3; j=1,2,3）变迁Tij表示将零件i装到机器j上或将零件i从机器上卸下。
如图7所示Petri网模型清楚地表示了运行顺序:
N1→T11→P11→P12→T13→P13→T14→P14→T15
N2→T21→P21→T22→P22→T23→P23→T24→P24→T25→P25→T26→P27→T2 7
N3→T31→P31→T32→P32→T33→P33→T34→P35→T35
的并行性，以及共享资源（机器M1、M2和M3）的使用。
下面以N1路线进行分析：
N1代表N1零件库
T11：变迁。当M2处于空闲状态，N1触发变迁
P11：事件。T11产生变迁后在P11机器M2对N1进行加工。
T12：变迁。N1在M2上完成加工触发结束变迁。
P12：事件。表示N1经过工序一加工好的零件库。
T13：变迁。当M3处于空闲状态，N1或N2零件完成前一道工序后触发。P13：事件。产生完成所有加工工序的零件N1，触发变迁T14
T14：变迁。N1零件加工完毕触发托盘运回变迁。
P14：事件。托盘运回新零件到最初加工工序点。
T15：变迁。新零件被托盘转载进入N1零件库。
图7 零件加工系统的Petri网模型
物流仿真大作业.doc
物流系统仿真 期末作业 题目：Manufacturing System Planning and Scheduling 班级：物流工程131 学号：1311393003 1311393008 姓名：黎宇帆张力夫 日期：2015-09-19 成绩：
制造系统规划与调度 翻译 2.1引言 现代生产调度工具是非常强大的，提供了广阔的范围内调整工具的行为的真实过程要求的选项和参数。 然而，更多的选项的存在，它就在实践中找到的工具的最佳配置更加困难。 即专家们经常无法预测的多种可能性的影响。 测试甚至一小部分在现实中可能的配置，对实际生产过程的影响可能需要几个月的时间，可能会严重降低整体性能。 因此，这样的试验在实践中是不可行的。 优化的生产调度仿真模型比使用真正的过程更安全，更便宜,更快，更容易测试。为了在一个中等规模的制造公司充分使用先进的调度工具的优势，找到它的一个最佳的规则和参数的优化配置。 模块化仿真模型的整个业务的制造系统和生产过程中阳极氧化阶段是建立以测试不同的调度配置的影响。调度工具的配置测试和优化进行了离线使用的仿真模型。实际生产过程不受干扰，可以非常快速、低成本的找到最优配置。 2.2问题描述 位于英国的一个中型制造商，生产一系列的不同的小压铝零件和一系列大批量的其他面向消费者的产品。典型的应用包括香水的喷雾组件和哮喘患者的分配器。这是一个高度竞争的行业，成功取决于是否能实现高效率和低成本制造。所以生产调度是非常重要的。 在过去，该公司安装的软件工具可以支持生产过程中的各个区域调度。全面提高公司绩效，增加产量和减少产品的交货时间，他们计划建立自动电抗器的供应链规划服务器–总调度系统协调当地所有的业务和生产区。为了提供最好的解决方案，调度工具供应商，预优国际（https://www.360docs.net/doc/8513404054.html,）决定使用模拟求解调度工具的优化配置。 问题是建立一个仿真工具，它将接受的到来客户订单和生产订单排序以满足这些需求。一个重要的地方是模型的生产过程本身，以确保它的主要阶段的最佳时刻加载。阳极氧化阶段是整个生产过程中特别重要的，因此，它必须是非常详细的模拟，以测试到整体订单的交货时间可以通过阳极氧化过程阶段优化减少到什么程度。 在这种情况下的研究主要目标是以下几个： （1）为了确定公司模型间的相关业务和生产过程和确定订单和交货时间， （2）在规划部门分析和优化业务流程，为了处理传入的需求和规划生产订单。 （3）测试的整体生产时间，提高灵敏度，特别是确定是否引入特定排序规则的生产订单将减少在阳极氧化处理阶段总的处理时间。
计算机建模与仿真--大作业
课程作业报告 课程名称 MATLAB计算及仿真院部名称机电工程 专业电气工程及其自动化班级） 学生姓名 学号 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制
第2章MATLAB概论 1、与其他计算机语言相比较，MA TLAB语言突出的特点是什么？ MATLAB具有功能强大、使用方便、输入简捷、库函数丰富、开放性强等特点。 2、MATLAB系统由那些部分组成？ MATLAB系统主要由开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、图形功能和应用程序接口五个部分组成。 3、安装MA TLAB时，在选择组件窗口中哪些部分必须勾选，没有勾选的部分以后如何补安装？ 在安装MATLAB时，安装内容由选择组件窗口中个复选框是否被勾选来决定，可以根据自己的需要选择安装内容，但基本平台（即MATLAB选项）必须安装。第一次安装没有选择的内容在补安装时只需按照安装的过程进行，只是在选择组件时只勾选要补装的组件或工具箱即可。 4、MATLAB操作桌面有几个窗口？如何使某个窗口脱离桌面成为独立窗口？又如何将脱离出去的窗口重新放置到桌面上？ 在MATLAB操作桌面上有五个窗口，在每个窗口的右上角有两个小按钮，一个是关闭窗口的Close按钮，一个是可以使窗口成为独立窗口的Undock按钮，点击Undock按钮就可以使该窗口脱离桌面成为独立窗口，在独立窗口的view菜单中选择Dock ……菜单项就可以将独立的窗口重新防止的桌面上。 5、如何启动M文件编辑/调试器？ 在操作桌面上选择“建立新文件”或“打开文件”操作时，M文件编辑/调试器将被启动。在命令窗口中键入edit命令时也可以启动M文件编辑/调试器。 6、存储在工作空间中的数组能编辑吗？如何操作？ 存储在工作空间的数组可以通过数组编辑器进行编辑：在工作空间浏览器中双击要编辑的数组名打开数组编辑器，再选中要修改的数据单元，输入修改内容即可。 7、命令历史窗口除了可以观察前面键入的命令外，还有什么用途？ 命令历史窗口除了用于查询以前键入的命令外，还可以直接执行命令历史窗口中选定的内容、将选定的内容拷贝到剪贴板中、将选定内容直接拷贝到M文件中。 8、如何设置当前目录和搜索路径，在当前目录上的文件和在搜索路径上的文件有什么区别？ 当前目录可以在当前目录浏览器窗口左上方的输入栏中设置，搜索路径可以通过选择操作桌面的file菜单中的Set Path菜单项来完成。在没有特别说明的情况下，只有当前目录
数学建模作业——实验1
数学建模作业——实验1 学院：软件学院 姓名： 学号： 班级：软件工程2015级 GCT班 邮箱： 电话： 日期：2016年5月10日
基本实验 1.椅子放平问题 依照1.2.1节中的“椅子问题”的方法，将假设中的“四腿长相同并且四脚连线呈正方形”，改为“四腿长相同并且四脚连线呈长方形”，其余假设不变，问椅子还能放平吗？如果能，请证明；如果不能，请举出相应的例子。 答：能放平，证明如下： 如上图，以椅子的中心点建立坐标，O为原点，A、B、C、D为椅子四脚的初始位置，通过旋转椅子到A’、B’、C’、D’，旋转的角度为α，记A、B两脚，C、D两脚距离地面的距离为f(α)和g(α)，由于椅子的四脚在任何位置至少有3脚着地，且f(α)、g(α)是α的连续函数，则f(α)和g(α)至少有一个的值为0，即f(α)g(α)=0，f(α)≥ 0，g(α)≥0，若f(0)＞0，g(0)=0，
则一定存在α’∈（0，π），使得 f(α’)=g(α’)=0 令α=π（即椅子旋转180°,AB 边与CD 边互换），则 f(π)=0，g(π)＞0 定义h(α)=f(α)-g(α)，得到 h(0)=f(0)-g(0)＞0 h(π)=f(π)-g(π)＜0 根据连续函数的零点定理，则存在α’∈（0，π），使得 h(α’)=f(α’)-g(α’)=0 结合条件f(α’)g(α’)=0,从而得到 f(α’)=g(α’)=0，即四脚着地，椅子放平。 2. 过河问题 依照1.2.2节中的“商人安全过河”的方法，完成下面的智力游戏：人带着猫、鸡、米过河，船除需要人划之外，至多能载猫、鸡、米之一，而当人不在场时，猫要吃鸡、鸡要吃米，试设计一个安全过河的方案，并使渡河的次数尽量的少。 答：用i =1,2,3,4分别代表人，猫，鸡，米。1=i x 在此岸，0=i x 在对岸，()4321,,,x x x x s =此岸状态，()43211,1,1,1x x x x D ----=对岸状态。安全状态集合为 :
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
利用Matlab实现Romberg数值积分算法----系统建模与仿真结课作业
利用Matlab 实现Romberg 数值积分算法 一、内容摘要 针对于某些多项式积分，利用Newton —Leibniz 积分公式求解时有困难，可以采用数值积分的方法，求解指定精度的近似解，本文利用Matlab 中的.m 文件编写了复化梯形公式与Romberg 的数值积分算法的程序，求解多项式的数值积分，比较两者的收敛速度。 二、数值积分公式 1.复化梯形公式求解数值积分的基础是将区间一等分时的Newton —Cotes 求积公式: I =(x)[f(a)f(b)]2 b a b a f dx -≈ +? 其几何意义是，利用区间端点的函数值、与端点构成的梯形面积来近似(x)f 在区间[a,b]上的积分值，截断误差为： 3" (b a)()12 f η-- (a,b)η∈ 具有一次的代数精度，很明显，这样的近似求解精度很难满足计算的要求，因而，可以采用将积分区间不停地对分，当区间足够小的时候，利用梯形公式求解每一个小区间的积分近似值，然后将所有的区间加起来，作为被求函数的积分，可以根据计算精度的要求，划分对分的区间个数，得到复化梯形公式： I =1 1 (b a)(b a) (x)dx [f(a)f(b)2(a )]2n b a k k f f n n -=--≈+++∑? 其截断误差为：
2" (b a)h ()12 R f η--= (a,b)η∈ 2.Romberg 数值积分算法 使用复化的梯形公式计算的数值积分，其收敛速度比减慢，为此，采用Romberg 数值积分。其思想主要是，根据I 的近似值2n T 加上I 与2n T 的近似误差，作为新的I 的近视，反复迭代，求出满足计算精度的近似解。 用2n T 近似I 所产生的误差可用下式进行估算： 12221 ()3 n n n I T T T -?=-=- 新的I 的近似值： 122 n n j T T -=?+ j =（0 1 2 ….） Romberg 数值积分算法计算顺序 i=0 (1) 002T i=1 (2) 102T (3) 012T i=2 (4) 202T (5) 112T (6) 022T i=3 (7) 302T (8) 212T (9) 122T (10) 032T i=4 (11) 402T (12) 312T (13) 222T (14) 132T … … … … 其中，第一列是二阶收敛的，第二列是四阶收敛的，第三列是六阶收敛的，第四列是八阶收敛的，即Romberg 序列。
数学模型数学建模 第二次作业 微分方程实验
2 微分方程实验 1、微分方程稳定性分析 绘出下列自治系统相应的轨线，并标出随t 增加的运动方向，确定平衡点，并按稳定的、渐近稳定的、或不稳定的进行分类： ,,,+1,(1)(2)(3)(4);2;2;2.dx dx dx dx x x y x dt dt dt dt dy dy dy dy y y x y dt dt dt dt ????==-==-????????????????===-=-???????? 解：（1）根据定义，代数方程组的实根即为系统的平衡点，即P(0, 0)， 利用直接法判断其稳定性。在点P(0,0)处，系统的线性近似方程的系数矩阵为 1001A ??=?? ?? ，解得其特征值λ1=1，λ2=1； p=-(λ1+λ2)=-2<0，q=λ1λ2=1>0；对照稳定性的情况表，可知平衡点(0, 0)是不稳定的。 图形如下： （2）根据定义，代数方程组的实根即为系统的平衡点，即P(0, 0)， 利用直接法判断其稳定性。解得其特征值λ1=-1，λ2=2； p=-(λ1+λ2)=-1<0，q=λ1λ2=-2<0；易知平衡点(0, 0)是不稳定的。
（3）根据定义，代数方程组的实根即为系统的平衡点，即P(0, 0)， 利用直接法判断其稳定性。解得其特征值λ1=0 + 1.4142i，λ2=0 - 1.4142i；p=-(λ1+λ2)=0，q=λ1λ2=1.4142；易知平衡点(0, 0)是不稳定的。 （4）根据定义，代数方程组的实根即为系统的平衡点，即P(1, 0)， 利用直接法判断其稳定性。解得其特征值λ1=-1，λ2=-2； p=-(λ1+λ2)=3，q=λ1λ2=2；易知平衡点(1, 0)是稳定的。
《生产系统建模与仿真》教学大纲
《生产系统建模与仿真》教学大纲 （理论课程） 开课系（部）：工程学院课程编号：010396 课程类型：专业课总学时：48 学分：3 适用专业：工业工程开课学期：2014-2015学年第一学期 先修课程：概率论与数理统计、C语言程序设计、系统工程导论 一、课程简述 《生产系统建模与仿真》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。 本课程具有较强的理论性，同时具有较强的实践性和应用性，能够有效增强学生的系统仿真理论基础，提高学生对系统仿真、分析工作的适应性，培养其开发创新能力。 本课程的教学目标是培养学生的设计能力、创新能力和工程意识。课程以制造型生产企业为核心，通过理论教学和实践环节相结合，阐述了离散事件系统建模与仿真技术在生产企业分析中的基本原理和方法。其容涉及计算机仿真技术在生产系统分析中的作用和原理、仿真软件的介绍，重点介绍排队系统、库存系统、加工系统以及输入、输出数据分析。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。 二、课程要求 （一）教学方法 1、启发式课堂讨论 针对关键知识点、典型题和难题，通过教师提问，鼓励学生回答问题或请到讲台前做题，并请其他学生评判或提出不同的答案或不同的解决方法。目的是加强学生自主学习的能力和判断能力，培养主动思考的习惯，启发学生的探索精神。 2、重视在教学中加强知识演进的逻辑规律的讲解 提高学生的逻辑思维能力，培养学生分析问题、解决问题的能力。 3、加强计算机辅助设计、分析 将Flexsim仿真软件引入教学中。应用计算机辅助设计、分析，能方便的改变系统
系统建模与仿真课后作业
、系统、模型和仿真三者之间具有怎样的相互关系 答：系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真通过对模型的实验以达到研究系统的目的。 、通过因特网查阅有关蒲丰投针实验的文献资料，理解蒙特卡罗方法的基本思想及其应用的一般步骤。 答：蒲丰投针实验内容是这样的：在平面上画有一组间距为a的平行线，将一根长度为L（L （1）实体流图 (2)活动循环图 、以第二章中图2-5所示的并行加工中心系统为对象，建立Petri 网模型。 3214所示Petri 网模型的运行过程，并将分析结果同例3-5相比较。 、任取一整数作为种子值，采用第三题中得到的随机数发生器生成随机数序列的前200项数据，并对其统计性能进行检验。 解：由第3题可得到一个随机数发生器： a=5 b=9 c=3 m=512 取种子值，生成的随机数序列前200项数据如下： n n 5000032458 4 t t P t P P P P t P (2)t3发 生后 t t P t P P P P t P (3)t2发 生后 (4)t1不能 发生 t t P t P P P P t P (5)t4发 生后 数学建模 任意两个城市之间的最廉价路线 参与人员信息： 2012年 6 月 6 日 一、问题提出 某公司在六个城市C1、C2、C3、C4、C5、C6中都有分公司，从Ci 到Cj 的直达航班票价由下述矩阵的第i 行、第j 列元素给出（∞表示无直达航班），该公司想算出一张任意两个城市之间最廉价路线表，试做出这样的表来。 0 50 ∞ 40 25 10 50 0 15 20 ∞ 25 ∞ 15 0 10 20 ∞ 40 20 10 0 10 25 25 ∞ 20 10 0 55 10 25 ∞ 25 55 0 二 、问题分析 若网络中的每条边都有一个数值(长度、成本、时间等)，则找出两节点(通 常是源节点和阱节点)之间总权和最小的路径就是最短路问题。最短路问题是网络理论解决的典型问题之一，可用来解决管路铺设、线路安装、厂区布局和设备更新等实际问题。最短路问题，我们通常归属为三类：单源最短路径问题、确定起点终点的最短路径问题、全局最短路径问题———求图中所有的最短路径。 题中要求算出一张任意城市间的最廉价路线表，属于全局最短路问题，并且使得该公司总经理能够与各个子公司之间自由往返。（此两点为主要约束条件） Floyd 算法，具体原理如下： （1） 我们确定本题为全局最短路问题，并采用求距离矩阵的方法 根据路线及票价表建立带权矩阵W ，并把带权邻接矩阵我w 作为距离矩阵的初始值，即(0)(0)()ij v v D d W ?== （2）求路径矩阵的方法 在建立距离矩阵的同时可建立路径矩阵R ，()ij v v R r ?=，ij r 的含义是从i v 到j v 的最短路径要经过点号为ij r 的点。 （3）查找最短路径的方法 若()1v ij r p =，则点1p 是点i 到j 的最短距离的中间点，然后用同样的方法再分头查找。 三、 模型假设： 1.各城市间的飞机线路固定不变 2.各城市间飞机线路的票价不改变 3.忽略乘客除票价以外的各项开销费用 4.不考虑雷雨云、低云、大风、雷暴、冰雹等主要天气因素对飞行的影响。 Simulink仿真 根据以上的分析论证，将已求得的个函数参数带入动态结构图中，初步得到图3动态结构图。 图3 根据理论得到的各参数设计后可得到理论设计条件下输出转速曲线图4。 图4 可以清楚地看出，输出转速有很大的超调最大可达84.1%，调整时长为2.65s 之久，这是我们所不能接受的。 速度调节器的设计参数与实际调试结果相差比较大，使系统对负载扰动引起的动态速降（升）缺乏有效的抑制能力，存在起动和制动过程中超调量大，突加（减）负载时，动态速降（升）大等缺点。 所以，我们对ACR和ASR的参数进行整定，特别是速度控制器的参数。我们就对其作出了适当的调整，将速度控制器的传递函数改成，将电流调节器的传递函数改为。当然，这是需要时间和经验的。 校正后的动态结构图如图5所示 图5 校正后的输出转速曲线如图6所示 图六 电流环跟随性能仿真实验 如上文所述：电流环的作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。这就需要我们对电流环的跟随性能加以分析。将电流环从系统中分离出来（将电枢电压对电流环影响看成是扰动）。电流环模型如图7所示： 图7 通过如下命令可以得到电流环的bode图和nyquist图以及电流环的单位阶跃响应。 [num,den]=linmod('current_loop') sys=tf(num,den) figure(1) margin(sys) [mag,phase,w]=bode(sys); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w) Figure(2) Nyquist(sys) Figure(3) Step(sys) 我们还可以得到以下的数据: gm = 4.2925 pm =47.7281 wcg =345.3056 cp =164.6317 剪切频率ωc=164.6317rad/s；相角相对裕度δ=47.7281°；-∏穿越频率ω g=345.3056rad/s 幅值相对裕度Lh=20lg（4.2925）=12.65dB 西南大学2014年春《数学建模》作业及答案(已整理) 第一次作业 1：[填空题] 名词解释: 1．原型 2．模型 3．数学模型 4．机理分析 5．测试分析 6．理想方法 7．计算机模拟 8．蛛网模型 9．群体决策 10．直觉 11．灵感 12．想象力 13．洞察力 14．类比法 15．思维模型 16．符号模型 17．直观模型 18．物理模型19．2倍周期收敛20．灵敏度分析21．TSP问题22．随机存储策略23．随机模型24．概率模型25．混合整数规划26．灰色预测 参考答案： 1．原型：原型指人们在现实世界里关心、研究或者从事生产、管理的实际对象。2．模型：指为某个特定目的将原形的某一部分信息简缩、提炼而构造的原型替代物。3．数学模型：是由数字、字母或其它数字符号组成的，描述现实对象数量规律的数学公式、图形或算法。4．机理分析：根据对客观事物特性的认识，找出反映内部机理的数量规律，建立的模型常有明显的物理意义或现实意义。5．测试分析：将研究对象看作一个"黑箱”系统，通过对系统输入、输出数据的测量和统计分析，按照一定的准则找出与数据拟合得最好的模型。6．理想方法：是从观察和经验中通过想象和逻辑思维，把对象简化、纯化，使其升华到理状态，以其更本质地揭示对象的固有规律。7．计算机模拟：根据实际系统或过程的特性，按照一定的数学规律用计算机程序语言模拟实际运行情况，并依据大量模拟结构对系统或过程进行定量分析。8．蛛网模型：用需求曲线和供应曲线分析市场经济稳定性的图示法在经济学中称为蛛网模型。9．群体决策：根据若干人对某些对象的决策结果，综合出这个群体的决策结果的过程称为群体决策。10．直觉：直觉是人们对新事物本质的极敏锐的领悟、理解或推断。11．灵感：灵感是指在人有意识或下意识思考过程中迸发出来的猜测、思路或判断。12．想象力：指人们在原有知识基础上，将新感知的形象与记忆中的形象相互比较、重新组合、加工、处理，创造出新形象，是一种形象思维活动。13．洞察力：指人们在充分占有资料的基础上，经过初步分析能迅速抓住主要矛盾，舍弃次要因素，简化问题的层次，对可以用那些方法解决面临的问题，以及不同方法的优劣作出判断。14．类比法：类比法注意到研究对象与以熟悉的另一对象具有某些共性，比较二者相似之处以获得对研究对象的新认识。15．思维模型：指人们对原形的反复认识，将获取的知识以经验的形式直接储存于人脑中，从而可以根据思维或直觉作出相应的决策。16．符号模型：是在一定约束条件或假设下借助于专门的符号、线条等，按一定形式组合起来描述原型。17．直观模型：指那些供展览用的实物模型以及玩具、照片等，通常是把原型的尺寸按比例缩小或放大，主要追求外观上的逼真。18．物理模型：主要指科技工作者为一定的目的根据相似原理构造的模型，它不仅可以显示原型的外形或某些特征，而且可以用来进行模拟实验，间接地研究原型的某些规律。19．2倍周期收敛：在离散模型中，如果一个数列存在两个收敛子列就称为2倍周期收敛。20．灵敏度分析：系数的每个变化都会改变线性规划问题，随之也会影响原来求得的最优解。为制定一个应付各种偶然情况的全能方法，必须研究以求得的最优解是怎样随输入系数的变化而变化的。这叫灵敏性分析。21．TSP问题：在加权图中寻求最佳推销员回路的问题可以转化为在一个完备加权图中寻求最佳哈密顿圈的问题，称为TSP问题。22．随机存储策略：商店在订购货物时采用的一种简单的策略，是制定一个下界s和一个上界S，当周末存货不小于s时就不定货；当存货少于s 时就订货，且定货量使得下周初的存量达到S，这种策略称为随机存储策略。23．随机模型：如果随机因素对研究对象的影响必须考虑，就应该建立随机性的数学模型，简称为随机模型。24．概 新疆财经大学实验报告 课程名称：物流管理综合实验 实验项目名称：系统建模与仿真 学号： 2013104059 姓名：曾华艳 班级：物流管理11-1 指导教师：林秋平 2014年 6月 2日 新疆财经大学实验报告 《铁路局联通营业厅排队仿真分析实验报告》 一、实验目的 (一)通过对铁路局联通营业厅运作的观察，建立计算机仿真全过程，对营业厅运作进行数据采集、建模和仿真分析，为联通营业厅提出改进和优化方案的建议。 (二)通过这次实验活动，全面了解计算机仿真技术在物流领域、生产制造领域等离散事件系统中的应用，理解仿真技术如何辅助管理人员进行决策。 (三)通过分组合作的形式，提供一种系统仿真工作中常见的团队协作方式的实践体验，培养协调工作、共同完成任务的能力。 二、系统描述 人们进入联通营业厅，首先要通过取票系统拿到自己的号，先在等待区等待叫号系统报自己的号。一共有2个服务台，2个服务台同时工作，哪个服务台叫到几号，拿这个号码的人就去哪个服务台，叫号系统按顺序叫号，2个服务台叫号不会发生重复现象。我们组决定针对铁路局联通营业厅叫号排队办理业务的过程进行研究，因此我们采集了仿真模型相关数据。记录了每位顾客到达时间、等待时间和离开时间。将收集的数据整理，录入excel中，并计算出了顾客的到达时间间隔和被服务时间，再利用flexsim建立仿真模型进行仿真分析与优化。 三、小组分工 （一）本组成员 1.组长：曾华艳 2.组员：晁芙蓉、陈磊、阿尔孜姑丽、宗泽宁、张振恒 （二）小组分工 1.调查收集数据和模型优化：全体成员 2.数据录入：晁芙蓉、张振恒、阿尔孜姑丽 3.数据处理：宗泽宁、阿尔孜姑丽 4.仿真模型建立与分析：陈磊、曾华艳 5.实验报告：曾华艳、晁芙蓉、宗泽宁 6.PPT 制作：张振恒、陈磊 题1,使用Simulink 创建系统,求解非线性微分方 程 .其初始值为 ,绘制函数的波形. 题2 力-质量系统，要拉动一个箱子（拉力f=1N)，箱子质量为M(1kg)，箱子与地面存在摩擦力[(b=0.4N(/m/s)],其大小与车子的速度成正比。拉力作用时间为2s. 用Simulink 仿真箱体位移以及箱体速度的变化 情况。 题3，力-弹簧-阻尼系统，假设箱子与地面无摩擦存在，箱子质量为M(1kg)，箱子与墙壁间有线性弹簧(k=1N/m)与阻尼器(b=0.3N/ms-1)。阻尼器主要用来吸收系统的能量，吸收系统的能量转变成热能而消耗掉。现将箱子拉离静止状态2cm 后放开，用Simulink 仿真试求箱子的运动轨迹。 题4，下图所示简单的单摆系统,假设杆的长度为L,且质量不计,钢球的质量为m.单摆的运动可以以线性的微分方程式来近似, 但事实上系 x x x x x 44)23(2=--2)0(,0)0(==x x 统的行为是非线性的,而且存在粘滞阻尼,假设粘滞阻尼系数为bkg/ms-1.选取b=0.03,g=9.8,L=0.8,m=0.3, 试用Simulink仿真求取单摆角度以及振幅变化情况。 题5:蹦极跳系统：当你系着弹力绳从桥上跳下来时。自由下落的物体满足牛顿运动定律：F=ma.假设绳子的弹性系数为k，它的拉伸影响系统的动力响应，如果定义人站在桥上时绳索下端的初始位置为0位置，x为拉伸位置，用b(x)表示绳子的张力。m为物体的质量，g 是重力加速度，a1,a2是空气阻尼系数且均为1。未伸长时绳索的顶端部距地面为50m。设绳索长度30m，起始速度为0；物体质量为90kg，g为9.8m/s2,弹性系数k为20，a1和a2均为1。试用Simulink 仿真仿真判断绳索长度是否安全？ 题6: 上述蹦极跳系统中，如果绳索长度不变，要保证安全，在其他条件不变的情况下，绳索弹性系数至少应该为多少？ 题7: 上述蹦极跳系统中，如果绳索弹性系数不变，要保证安全，绳索长度应该满足何条件？ 题8，重置弹力球。一个弹力球以15m/s的速度从距水平设置10m的高度抛向空中，球的弹力为0.8，当球到达地面时，重新设置其初始 控制系统仿真大作业 1、曲线拟合的Matlab实现和优化度检验 通过一个实际的例子，介绍最小二乘曲线拟合法的基本原理，对最小二乘曲线拟合法的Matlab实现方法进行研究，并给出曲线拟合Matlab实现的源程序。论述了Matlab软件在做曲线拟合时的用法，并进行曲线的拟合和相应的图像。 2、基于Matlab的液位串级控制系统 运用组态王和Matlab混合编程的方法设计了一个双容(两个水箱串联)液位串级在线控制系统，由组态王编制人机交互界面，用Matlab完成控制算法，二者通过DDE进行实时数据交换；采用串级控制策略,减小二次干扰的影响，验证其方法的有效性。 3、基于Matlab的变压器差动保护闭环仿真研究 应用Matlab建立了微机保护仿真系统,并对不同原理的变压器差动保护进行了仿真和比较.仿真系统采用积木式结构,根据微机保护的实现原理构建模块,实现保护的闭环仿真,对保护的动作过程进行分析. 4、基于MATLAB/SIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真 根据直接转矩控制原理，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了一个交流电机调速系统，该系统能够很好地模拟真实系统，实现高效的调速系统设计。仿真结果验证该方法的有效性。 5、基于MCGS和MATLAB的薄膜厚度控制系统仿真 以MCGS组态软件和MATLAB为平台,设计和仿真了一个薄膜厚度控制系统.MCGS完成硬件接口的设置、数据的实时采集、人机对话、以动画的方式显示控制系统的运行情况,MATLAB完成PID参数的自动整定,并利用动态数据交换(DDE)技术建立两者间的通讯.并分析其仿真结果。 6、Matlab在动态电路分析中的应用 用Matlab计算动态电路,可得到解析解和波形图.一阶电路先计算3要素,后合成解 Simulink 仿真 根据以上的分析论证，将已求得的个函数参数带入动态结构图中，初 步得到图3动态结构图 图3 根据理论得到的各参数设计后可得到理论设计条件下输出转速曲线 图4 可以清楚地看出，输出转速有很大的超调最大可达84.1%,调整时长为2.65s 之久，这是我们所不能接受的 速度调节器的设计参数与实际调试结果相差比较大，使系统对负载扰动引起的 动态速降（升）缺乏有效的抑制能力，存在起动和制动过程中超调量大，突加（减）负载时，动态速降（升）大等缺点。 所以，我们对ACR和ASR的参数进行整定，特别是速度控制器的参数。我 + 1 们就对其作出了适当的调整，将速度控制器的传递函数改成，将电流调节器的传递函数改为当然，这是需要时间和经验的。 校正后的动态结构图如图5所示 校正后的输出转速曲线如图6所示 |Time cffeel 0 图六 电流环跟随性能仿真实验 如上文所述：电流环的作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。这就需要我们对电流环的跟随性能加以分析。将电流环从系统中分离出来（将电枢电压对电流环影响看成是扰动）。电流环模型如图7所示： Transfer Fcn1 图7 通过如下命令可以得到电流环的bode图和nyquist图以及电流环的单位阶跃响 应。 [nu m,de n]=li nm od('curre nt_loop') sys=tf( nu m,de n) figure(1) margi n(sys) [mag,phase,w]=bode(sys); [gm,pm,wcg,wcp]=margi n( mag,phase,w) Figure(2) Nyquist(sys) Figure?) Step(sys) 我们还可以得到以下的数据 gm = 4.2925 pm =47.7281 wcg = 345.3056 cp = 164.6317 剪切频率3 c=164.6317rad/s；相角相对裕度S = 47.7281 °; -n穿越频率3 g=345.3056rad/s 幅值相对裕度Lh=20lg (4.2925) =12.65dB 通信系统建模与仿真作业 在高斯白噪声的情况下，求2ASK、2PSK、2FSK的误码率。解答： （1）、2ASK相干解调误码率理论值与仿真值代码如下： A=1; N=10000; FC=4; R=100; SNRdB=0:1:10; Pe=1/2*erfc(sqrt(0.25*10.^(SNRdB/10))); semilogy(SNRdB,Pe,'R');hold on;grid on; n=1:N*R; xn=randi([0 1],1,N); wc=sin(n/R*2*pi*FC); x=wc.*xn(ceil(n/R)); %调制 Vt=sum(0.5*wc([1:R]).^2); %判决门限 for i=1:length(SNRdB) y=awgn(x,SNRdB(i)-10*log10(R),'measured'); %加高斯白噪声 y=y.*wc; for j=1:N yn(j)=sum(y([(j-1)*R+1:j*R]))>Vt; end ErrorCount=length(find(xor(xn,yn))); Pe(i)=ErrorCount/N; end semilogy(SNRdB,Pe); title('2ASK相干解调误码率'); legend('误码率理论值','误码率仿真值'); xlabel('Eb/N0(dB)'); ylabel('误码率'); （2）、2ASK非相干解调误码率理论值与仿真值代码如下： A=1; N=10000; FC=2; R=64; SNRdB=0:1:10; Pe=1/2*exp(-0.25*10.^(SNRdB/10)); semilogy(SNRdB,Pe,'R');hold on;grid on; n=1:N*R; xn=randi([0 1],1,N); wc=sin(n/R*2*pi); x=wc.*xn(ceil(n/R));%调制 Vt=sum(0.5*wc([1:R]).^2);%判决门限 for i=1:length(SNRdB) y=awgn(x,SNRdB(i)-10*log10(R),'measured');%加高斯白噪声 for j=1:N 4. 根据表1.14 的数据，完成下列数据拟合问题： 表 1.14 美国人口统计数据(百万人) 年份1790 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 人口 3.9 5.3 7.2 9.6 12.9 17.1 23.2 31.4 年份1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 人口38.6 50.2 62.9 76.0 92.0 106.5 123.2 131.7 年份1950 1960 1970 1980 1990 2000 人口150.7 179.3 204.0 226.5 251.4 281.4 解答：（1）： （i）执行程序： t=1790:10:2000; x=[3.9,5.3,7.2,9.6,12.9,17.1,23.2,31.4,38.6,50.2,62.9,76.2,92.0,106.5,123.2,131.7,150.7,179.3,204 .0,226.5,251.4,281.4]; f=@(r,t)3.9.*exp(r(1).*(t-1790)); r=nlinfit(t,x,f,0.036) sse=sum((x-f(r,t)).^2) plot(t,x,'k+',1790:10:2000,f(r,1790:10:2000),'k') axis([1790,2000,0,300]),legend('测量值','理论值') xlabel('美国人口/（百万）'),ylabel('年份') title('美国人口指数增长模型图II') 运行结果： >> Untitled r = 0.0212 sse = 1.7433e+004 即，拟合效果：r =0.0212；误差平方和为：1.7433e+004. 拟合效果图（i）： 西安理工大学 研究生课程论文/研究报告 课程名称：电力电子系统建模与分析 任课教师： 完成日期：2016 年7 月 5 日 专业：电力电子与电力传动 学号： 姓名： 同组成员： 成绩： 题目要求 某用户需要一直流电源，要求：直流输出24V/200W，输出电压波动及纹波均<1%。用户有220V交流电网（±10%波动变化）可供使用： (1) 设计电源主电路及其参数； (2) 建立电路数学模型，获得开关变换器传函模型； (3) 设计控制器参数，给出控制补偿器前和补偿后开环传递函数波特图，分 析系统的动态和稳态性能； (4) 根据设计的控制补偿器参数进行电路仿真，实现电源要求； (5) 讨论建模中忽略或近似因素对数学模型的影响，得出适应性结论(量化 性结论：如具体开关频率、具体允许扰动幅值及频率等）。 主要工作 本次设计主要负责电源主电路及其参数的的设计，以及建立电路数学模型并获得开关变换器传函模型这两部分内容，具体如下： (1) 本次设计电源主电路及其参数，采用从后向前的逆向设计思想。首先根据系统输出要求，设计了后级DC/DC型Buck电路的参数。接着设计了前级不控整流电路以及工频变压器的参数。考虑到主电路启动运行时的安全性，在主电路中加入了软启动电路； (2) 本次DC/DC变换器的建模并没有采用传统的状态空间平均方法，而是采用更为简单、直观的平均开关建模方法，建立了Buck变换器小信号交流模型。最后，推到出了开关变换器的传递函数模型，并给出了Buck电路闭环控制框图。 1 设计主电路及其参数 1.1主电路设计 根据题目要求，系统为单相交流220V/50Hz 输入，直流24V/200W 输出。对于小功率单相交流输入的场合，由于二极管不控整流电路简单，可靠性高，产生的高次谐波较少，广泛应用于不间断电源(UPS)、开关电源等场合。所以初步确定本系统主电路拓扑为：前级AC-DC 电路为电源经变压器降压后的二极管不控整流，后级DC-DC 电路为Buck 斩波电路，其中Buck 电路工作在电感电流连续模式（CCM ），前后级之间通过直流母线和直流电容连接在一起。系统主电路结构如图1-1所示。 AC 220V/50Hz L C 1 C 2R D S 图1-1 系统主电路结构图 1.2主电路参数设计 本次设计电源主电路参数，采用从后向前的逆向设计思想。先对后级DC/DC 型Buck 电路的参数进行设计，接着对前级不控整流电路以及工频变压器的参数进行设计。下面分别对后级的Buck 电路和前级经变压器降压后的不控整流电路各参数进行分析设计。 1.2.1 输出电阻计算 根据系统电路参数：220,50;24;200i o U V Hz U V P W ===，可计算： 输出电流： /200/248.33O O I P U W V A ==≈ （1-1） 负载等值电阻： /24/8.33 2.88O O R U I V A ==≈Ω （1-2） 华南师范大学?数学科学学院数学建模 第二次作业（周一班） 李世伟 20122201046 一、继续考虑2.2节的“汽车刹车距离”案例，请问“两秒准则”和“一车长度准则”一样吗？“两秒准则”是否足够安全？对于安全距离，你有没有更好的建议？ ·解答 按照“两秒准则”，后车司机从前车经过某一标志开始，默数2秒之后到达同一标志，这表明前后车距与车速成正比关系。引入以下符号： D ：前后车距（m ）； v ：车速（m/s ） ； 2K ：按照“两秒准则”，D 与v 之间的比例系数（s ）。 于是“两秒准则”的数学模型为 2D K v = 其中2K =2s 。 对于小型汽车，“两秒准则”和“一车长度准则”不一样。 由221[()]d D v k v K k -=--，可以计算得到当21 2 K k v k -< =54.428 km/h 时，d D <，“两秒准则”足够安全；当21 2 K k v k -> =54.428 km/h 时，d D >，“两秒准则”不够安全。 用以下程序把刹车距离实测数据和“两秒准则”都画在同一幅图中： v=(20:5:80).*0.44704; d2=[18, 25, 36, 47, 64, 82, 105, 132, 162, 196, 237, 283, 334 22, 31, 45, 58, 80, 103, 131,165, 202, 245, 295, 353, 418 20,28,40.5,52.5,72,92.5,118,148.5,182,220.5,266,318,376].*0.3048; K2=2;k1=0.75;k2=0.082678;d=d2+[v;v;v].*k1; plot([0,40],[0,K2*40]),hold on plot(0:40,polyval([k2,k1,0],0:40),':') plot([v;v;v],d,'o','MarkerSize',2),hold off title('比较两秒准则、理论值和刹车距离实测数据') legend('两秒准则','刹车距离理论值','刹车距离最小值、平均值和最大值') xlabel('车速v （m/s ）'), ylabel('距离（m)')数学建模第二次作业(3)
系统建模与仿真仿真作业结果
西南大学2016年春《数学建模》作业及答案(已整理)(共5次)
曾华艳组离散事件系统仿真大作业
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