系统建模及仿真实验指导书(10级)
《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 。
系统建模与仿真课程教学大纲
《系统建模与仿真》课程教学大纲《System modeling and simulation》总学时：32 学分数：2.0 实验及上机学时：10（上机）编写人：董敬然一、课程的性质、目的和任务本课程为工业工程（面向制造业）专业的一门专业选修课程，对于未来的工程实践有较重要的帮助。
本课程的任务是使学生掌握系统建模的适用范围、常用方法和基本规律，掌握系统仿真的基本要义，掌握仿真软件（Matlab等）的基本使用方法，并能对系统进行相应的仿真。
为毕业设计及将来的工作打下基础。
二、课程教学的基本要求通过本课程的学习：1．掌握系统分类以及各自在认识上的特点；2．掌握白箱模型、灰箱模型和黑箱模型的判别，以及在系统建模方法上的区别；3．掌握系统建模的的适应性判别，包括对问题范围的划分、系统类型的判别等；4．了解相似系统建模的规律和特点；5．了解系统仿真的分类和工程上的实践方法；6．掌握简单模型数学仿真的基本原理；7．掌握建模与仿真的一般程序和步骤；8．掌握仿真软件（MATLAB）的基本计算方法和绘图方法，能对简单模型进行表达；9．掌握简单模型在MATLAB环境下的数学仿真；10．了解MATLAB界面GUI编程及其应用；11．了解MATLAB文程序设计基础；12. 了解图形化仿真（Simulink）的简单应用。
三课程的教学内容、重点和难点第一章系统建模概述系统的定义及其特点系统的分类系统建模的概念白箱模型、灰箱模型、黑箱模型的建模特点相似系统的建模第二章系统仿真基本原理系统仿真概述物理仿真与数学仿真离散事件系统仿真与连续系统仿真第三章MATLAB概述MATLAB历史与现状简介MATLAB的功能简介对MATLAB环境的基本认识第四章MATLAB基本运算MATLAB基本运算（一）数组与字符串MATLAB基本运算（二）数值运算MATLAB基本运算（三）符号运算第五章MATLAB图形处理MATLAB二维绘图MATLAB三维绘图第六章MATLAB的图形用户界面GUI第七章MATLAB程序设计简介第八章Simulink简介四、课程各个教学环节的要求1．本课程强调对MATLAB的熟悉和使用。
MATLAB与系统仿真实验手册2010
MATLAB与控制系统仿真实验指导书河北大学电子信息工程学院20010年9月目录实验一MATLAB基本操作与基本运算 (1)实验二M文件及数值积分仿真方法设计 (3)实验三MATLAB 的图形绘制 (4)实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6)实验五控制系统的分析与设计 (7)实验六连续系统离散化仿真方法设计 (8)实验七SIMULINK 仿真 (9)实验八SIMULINK 应用进阶 (10)附录MATLAB常用函数 (12)实验一MATLAB基本操作与基本运算一、实验目的及要求：1．熟悉MATLAB6.5的开发环境；2．掌握MATLAB6.5的一些常用命令；3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。
二、实验内容：1.熟悉MATLAB6的开发环境：①MATLAB的各种窗口：命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。
图1 MA TLAB界面窗口②路径的设置：建立自己的文件夹，加入到MA TLAB路径中，并保存。
设置当前路径，以方便文件管理。
③改变命令窗口数据的显示格式>> format short>> format long然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。
2.掌握MATLAB 常用命令>> who %列出工作空间中变量>> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量>>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。
系统建模与仿真实验报告
系统建模与仿真实验报告系统建模与仿真实验报告1. 引言系统建模与仿真是一种重要的工程方法，可以帮助工程师们更好地理解和预测系统的行为。
本实验旨在通过系统建模与仿真的方法，对某个实际系统进行分析和优化。
2. 实验背景本实验选择了一个电梯系统作为研究对象。
电梯系统是现代建筑中必不可少的设备，其运行效率和安全性对于整个建筑物的使用体验至关重要。
通过系统建模与仿真，我们可以探索电梯系统的运行规律，并提出优化方案。
3. 系统建模为了对电梯系统进行建模，我们首先需要确定系统的各个组成部分及其相互关系。
电梯系统通常由电梯、楼层按钮、控制器等组成。
我们可以将电梯系统抽象为一个状态机模型，其中电梯的状态包括运行、停止、开门、关门等，楼层按钮的状态则表示是否有人按下。
4. 仿真实验在建立了电梯系统的模型之后，我们可以通过仿真实验来模拟系统的运行过程。
通过设定不同的参数和初始条件，我们可以观察到系统在不同情况下的行为。
例如，我们可以模拟电梯在高峰期和低峰期的运行情况，并比较它们的效率差异。
5. 仿真结果分析通过对仿真实验结果的分析，我们可以得出一些有价值的结论。
例如，我们可以观察到电梯在高峰期的运行效率较低，这可能是由于大量乘客同时使用电梯导致的。
为了提高电梯系统的运行效率，我们可以考虑增加电梯的数量或者改变乘客的行为规则。
6. 优化方案基于对仿真结果的分析，我们可以提出一些优化方案来改进电梯系统的性能。
例如，我们可以建议在高峰期增加电梯的数量，以减少乘客等待时间。
另外，我们还可以建议在电梯内设置更多的信息显示，以便乘客更好地了解电梯的运行状态。
7. 结论通过本次实验，我们深入了解了系统建模与仿真的方法，并应用于电梯系统的分析和优化。
系统建模与仿真是一种非常有用的工程方法，可以帮助我们更好地理解和改进各种复杂系统。
在未来的工作中，我们可以进一步研究和优化电梯系统，并将系统建模与仿真应用于更多的实际问题中。
8. 致谢在本次实验中，我们受益于老师和同学们的帮助与支持，在此表示诚挚的感谢。
《系统建模与仿真实验》
安徽工业大学
《系统建模与仿真实验》
结课作业
作业题目：多产品生产系统建模与仿真
学院：
专业：
班级：
学号：
姓名：
2016年11月1日
目录
1.问题背景 (3)
1.1背景 (3)
1.2相关数据 (3)
1.3要求 (3)
2.建模仿真步骤 (4)
2.1模型建立 (4)
2.2参数设置 (4)
2.3模型运行 (6)
2.4系统问题 (7)
3.改善方案及效果 (7)
1.问题背景
1.1背景：一个工厂有5个不同的车间（普通车间，钻床车间，铣床车间，磨床车间，检测车间），加工3种类型产品。
每种产品都在5个不同的车间完成5道工序。
1.2相关数据：
1.3要求：
（1）建立上述多产品生产系统的仿真模型；
（2）查看系统运行情况报告；
（3）如存在瓶颈，请给出改善方案。
2.建模仿真步骤2.1模型建立
2.2参数设置
（1）发生器设置
运行结果
（2）处理器设置
2.3模型运行
2.4系统问题
由上图可知在暂存区1和暂存区5都有产品堆积现象。
堆积的下一工序就是瓶颈工序。
3.改善方案及效果
对生产产品工序分析，应运并行工程原理进行相似工艺合并，可以适当加大产品周转占用量，同时根据自身生产能力，制定相应的批量。
系统建模与仿真实验
系统仿真与建模分析实验实验一生态平衡建模实验系统描述：在一个封闭的海岛上，设有两个群体：1. 狐狸（FOXES）;2.啮齿动物（RODENTS情况是：1）狐狸出生后，需要八个月成长为成年狐狸，幼年狐狸每只（每月）要吃10 只啮齿动物，若没有吃的就饿死，幼年狐狸的出生率为4，成年狐狸死亡因素有两个，一是每只狐狸每月要吃60 只啮齿动物，若没有吃的就要饿死，二是从仿真时间算起，十年之后，每月要被猎人打死4 只。
2）啮齿动物RODY出生后，三个月即可长成为成年啮齿动物，啮齿动物的出生率为0.8 ，如果幼年啮齿动物的父母死亡，则以短缺扶养和保护而死亡。
成年啮齿动物每月的死亡率有两个原因决定：一个是被狐狸吃掉，一个原因是总数超过100000（十万）只，则以水草不足而饿死。
一、实验目的：通过此实验了解系统动力学的仿真方法，学会用所学的建模理论来对实际问题进行建模，并对实际问题进行分析。
对此生态平衡系统进行仿真实验，改变不同的控制参数，分析实验的结果，得出系统保持生态平衡的条件，为决策者决策提供理论分析基础。
二．实验原理系统动力学（System Dynamics）是美国麻省理工学院J.W福雷斯特（JayW Forrester教授创立的一门新兴学科。
它按照自身独特的方法论建立系统的动态模型，并借助于计算机进行仿真，以处理行为随时间变化的系统的问题。
系统动力学首先强调系统性的观点，以及联系、发展、运动的观点，是研究复杂系统，诸如:社会、经济、环境、人口、生态平衡、产业发展等的有效工具。
系统动力学的研究对象主要是社会经济系统。
社会经济系统的范围十分广泛，凡是涉及到人类的社会活动和经济活动的系统都属于社会系统。
诸如本文要研究的人口系统、资源系统、环境系统、经济系统、科技系统、能源系统，都属于社会经济系统。
系统动力学的基础是通过实验方法认识系统的行为，为管理决策者提供决策的依据。
系统动力学仿真的基本步骤是：（1）明确建模目的一般来说，系统动力学对社会系统进行仿真实验的主要目的是认识和预测系统的结构和设计最佳参数，为制定合理的政策提供依据。
哈工大系统建模与仿真基础实验手册
《系统建模与仿真基础》实验手册目录实验一基于M 文件的建模与仿真 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验内容 (4)四、实验步骤 (6)五、实验报告 (6)实验二基于Simulink 文件的建模与仿真 (7)一、实验目的 (7)二、实验原理 (7)三、实验内容 (8)四、实验步骤 (10)五、实验报告 (10)实验一基于M 文件的建模与仿真一、实验目的熟悉以下内容：1) 矩阵及其相关运算2) 控制语句及其应用3) 二维绘图函数及其应用4) 插值函数及其应用5) 数值积分程序及其应用6) 基于m 文件进行系统建模与仿真分析二、实验原理1、矩阵及其相关运算如果一个矩阵A 有n 行、m 列元素，则称A 矩阵为n ⨯ m 矩阵；若n = m ，则矩阵A 又称为方阵。
MATLAB 语言中定义了下面各种矩阵的基本代数运算：1) 矩阵转置A'2) 加减法运算假设在MATLAB 工作环境下有两个矩阵A 和B，则可以由C=A + B 和C=A - B 命令执行矩阵加减法。
若A 和B 矩阵的维数相同，它会自动地将A 和B 矩阵的相应元素相加减，从而得出正确的结果，并赋给C 变量。
若二者之一为标量，则应该将其遍加(减) 于另一个矩阵。
3) 矩阵乘法假设有两个矩阵A 和S，其中A 的列数与S 矩阵的行数相等，或其一为标量，则称B 矩阵是可乘的，或称A 和B 矩阵的维数是相容的。
MATLAB 语言中两个矩阵的乘法由C=A*B 直接求出，且这里并不需要指定A 和B 矩阵的维数。
如果A 和B 矩阵的维数相容，则可以准确无误地获得乘积矩阵C;如果二者的维数不相容，则将给出错误信息，通知用户两个矩阵是不可乘的。
4) 矩阵行列式det（A）5) 矩阵特征根eig（A）6) 矩阵的左除MATLAB 中用“\”运算符号表示两个矩阵的左除，A\B 为方程AX=B 的解X，若A 为非奇异方阵，则X =A-1B，如果A 矩阵不是方阵，也可以求出X =A\B，这时将使用最小二乘解法来求取AX=B 中的X 矩阵。
MATLAB实训指导书
MATLAB实训指导书一、Simulink中电力系统模块库简介图1 电力系统模块库1) 电源模块电源元件库中包含7种电源元件，如图2所示，分别是直流电压源（DC V oltage Soures）元件、交流电压源（AC V oltage Soures）元件、交流电流源（AC Current Soures）元件、受控电压源（Controlled V oltage Soures）元件、受控电流源（Controlled Current Soures）元件、三相电源（3-phase Soures）元件和三相可编程电压源（3-phase Programmable V oltage Soures）元件。
图2 电源元件库2) 线路元件模块线路元件库中包含了各种线性网络电路元件和非线性网络电路元件。
双击线路元件库图标，弹出线路元件库对话框，如图3所示，图中包含了4类线路元件，分别是支路（Elements）元件、输配电线路（Lines）元件、断路器（Circult Breakers）元件和变压器（Transformers）元件。
图3 线路元件库3 ) 电力电子元件库电力电子模块库包括理想开关（Ideal Switch）、二极管（Diode）、晶闸管（Thyristor）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘门极晶体管（IGBT）等模块，此外还有2个附加的控制模块组和一个整流桥，如图4所示。
图4 电力电子元件4 ) 电机元件库电机元件库包括同步电机（Synchronous Machines）、异步电机（Asynchronous Machines）、直流电机（DC Machines）、调节器（Prime Movers and Regulators）和电机输出测量分配器（Machines Measurements）等。
如图5所示。
图5 电机元件库5) 连接器元件连接器模块库包括10个常用的连接器模块，如图6所示。
《系统模拟》实验指导书
《系统模拟》实验指导书西南交通大学经济管理学院电子商务与信息管理系王明亮编写2007年11月实验名称：1.单窗口服务模型模拟英文名称：Single Windows Service Model Simulation实验学时：1学时实验类型：设计型实验类别：专业实验实验环境：普通PC机，Windows 2000或Windows XP 系统、GPSSWorld4.3.5和5.2.2版软件实验目的：本项实验将起到引导学生初步掌握用计算机模拟技术，通过一个只有一个服务设施的模型，让学生初步掌握系统建模的思想、熟悉系统模拟的软件环境和操作界面、了解模拟结果的报告文档结构和内容。
实验要求：模拟实验内容要求，先进行系统建模拟，并根据模型，编制实验代码，进行系统模拟仿真，并针对系统的各种变量进行相应的测试、并从中发现系统中存在的问题，作为系统决策参考。
实验内容：一个服务队列，一个服务设施的模拟。
顾客以均匀分布（5，10）时间间隔到达，服务设施的服务时间的长度服从均匀分布（4，11），本项实验模拟10000个顾客通过本系统的单窗口服务模型，并通过修改顾客到达时间间隔参数和服务时间参数，观察模拟结果的变化过程。
考核方式：学生课后按老师的演示自己进行重复实验，并提交实验报告的电子文档。
参考文献：1:2:3: GPSSWorld实验教程讲义西南交通大学经济管理学院王明亮实验名称：2.双窗口服务模型模拟英文名称：Double Windows Service Model Simulation实验学时：1学时实验类型：设计型实验类别：专业实验实验环境：普通PC机，Windows 2000或Windows XP 系统、GPSSWorld4.3.5和5.2.2版软件实验目的：本项实验将起到引导学生初步掌握用计算机模拟技术，通过一个有两个服务设施的模型，让学生初步掌握系统建模的思想、熟悉系统模拟的软件环境和操作界面、了解模拟结果的报告文档结构和内容。
(完整版)系统建模与仿真实验报告
实验1 Witness仿真软件认识一、实验目的熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。
二、实验内容1、运行witness软件，了解软件界面及组成；2、以一个简单流水线实例进行操作。
小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。
执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。
小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。
三、实验步骤仿真实例操作:模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；操作步骤：1：将所需元素布置在界面：2：更改各元素名称：如;3:编辑各个元素的输入输出规则：4:运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。
5:仿真结果及分析：Widget：各机器工作状态统计表：分析：第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。
6：实验小结：通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。
实验2 单品种流水线生产计划设计一、实验目的1.理解系统元素route的用法。
2.了解优化器optimization的用法。
3.了解单品种流水线生产计划的设计。
4.找出高生产效率、低临时库存的方案。
二、实验内容某一个车间有5台不同机器，加工一种产品。
该种产品都要求完成7道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。
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《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 1.21
s 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。
R )
已知控制系统结构图如图所示，
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。