机电系统仿真名词解释
浅谈机电专业课教学中的虚拟仿真
浅谈机电专业课教学中的虚拟仿真虚拟仿真技术是在计算机上虚拟出一个元器件种类齐备、设备先进的电子工作台，是目前国内最流行的通用电子设计自动化( EDA）软件组成中的一部分，是在电路模型上所进行的系统性能分析与研究的方法。
它一方面克服了实验室各种条件的限制, 另一方面又可以针对不同目的( 验证、测试、设计、纠错和创新等）进行训练, 培养学生分析、应用和创新的能力。
与传统的实验方式相比，采用电子工作台进行电子线路的分析和设计，突出了实验教学以学生为中心的模式。
不仅实验效率得到了提高, 还能使学生熟练地使用仪器并正确掌握的测量方法.ﻭﻭ常见的虚拟仿真软件1、Ediｓon。
用它在计算机上进行基础验证模拟实验, 非常适合的使用, 因为Ｅdison的环境是以实体的零件造型, 让初学者有置身于真实电路实验室的感觉, 加上有趣的声、光效果, 使初学者仿佛在游戏中学习, 从而引起初学者对电子电工学领域产生浓厚的兴趣，使学生增强对电路的感性和理性认识。
2、EWＢ。
与其它电路仿真软件相比较, EＷB具有界面直观、操作方便、采用图形方式创建电路等优点,构造电路、调用元器件和测试仪器等都可以直接从窗口图形中调出，可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真，不仅测试仪器的图3、Pr 形与实物相似，而且测试结果与实际调试基本相似。
ﻭﻭﻭｏtel。
Ｐrｏteｌ是Protel在80年代末推出的ＥＤＡ软件，在电子行业的CＡＤ软件中，它当之无愧地排在众多EＤA软件的前面，是电子设计者的首选软件, 它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，Ｐrotel除了具有电路分析和仿真外，还主要作为印制板自动布线工具使用.ﻭ虚拟仿真实验能有效地解决我校机电专业教学中存在的问题：ﻭ１、比较结合我校学生的实际弥补初中电学知识。
ﻭ我校的学生基础差、知识底子薄，将近一半以上的学生是中学还没有毕业的分流生，在物理课程方面许多学生还没有接触到电学, 学生的层次差异又比较明显.( 本人在机电班级调查得知:没有学习过电学的学生有7人，学过电学但没有做过电路试验的学生有14人) 而Ｅdisｏｎ软件正好能够弥补这一个方面的缺陷，它能够在学生的自学期间通过人机对话的方式，引导学生较快较好地补充初中电学知识。
机电工程中的虚拟仿真技术应用
机电工程中的虚拟仿真技术应用在机电工程中，虚拟仿真技术的应用越来越广泛，它不仅提供了全新的设计思路和工程解决方案，同时也大大降低了工程实施的风险和成本。
本文将从虚拟仿真技术的定义、应用领域以及优势等方面展开讨论。
首先，虚拟仿真技术是指将实际的物理系统建模并模拟出来，通过计算机技术呈现出来，从而实现对系统行为的分析和评估。
在机电工程中，虚拟仿真技术可以应用于多个领域，如机械设计、电气设计、建筑设计等。
比如，在机械设计中，可以使用虚拟仿真技术对机械结构进行优化，预测其性能并提前发现问题，从而避免设计缺陷导致的问题。
其次，虚拟仿真技术在机电工程中的优势不言而喻。
首先，虚拟仿真技术能够提供更加直观、全面的信息展示，通过模型的移动、拆装等操作，使设计师能够更好地理解和分析机械、电气系统的运行原理。
其次，虚拟仿真技术能够提供更加准确、可靠的仿真结果，通过对各种工况的模拟，设计师可以评估不同方案的性能，并选择最优解。
此外，虚拟仿真技术还能够提高工程实施的效率和安全性。
在施工阶段，通过虚拟仿真技术可以模拟出施工过程中可能出现的问题，并进行预防和控制。
在设备运行阶段，虚拟仿真技术可以预测设备的故障，及时采取维修措施，避免设备停机时间过长和生产损失。
虚拟仿真技术的应用还可以扩展到项目管理和教育培训等领域。
在项目管理中，通过虚拟仿真技术可以模拟出项目的整个生命周期，并进行优化和控制，从而提高项目的成功率和效率。
在教育培训中，虚拟仿真技术可以提供更加直观、实战性强的教学环境，帮助学生更好地理解机电工程的原理和应用。
当然，虚拟仿真技术的应用也面临一些挑战。
首先，虚拟仿真技术的成本较高，需要配备高性能的计算机和专业的软件。
其次，虚拟仿真技术的结果和实际情况可能存在一定的差距，需要结合实际情况进行修正。
此外，虚拟仿真技术的应用还需要相关专业人员进行操作和分析，对技术人员的需求较高。
综上所述，虚拟仿真技术在机电工程中的应用具有广阔的前景和重要的意义。
机电系统仿真
1、分析机械传动系统的阻尼、刚度对系统性能的影响。
阻尼对系统性能的影响①阻尼力包括静摩擦力、库伦摩擦和粘滞摩擦阻力。
②摩擦力对快速响应产生不利影响。
③随静摩擦力的增大，系统的回程误差增大。
④库伦摩擦相当于系统负载。
⑤动静摩擦变化过大易引起低速爬行。
⑥粘性摩擦系数要影响系统相对阻尼比的大小，影响系统稳定性。
刚度比对系统性能的影响①失动量：系统的刚度越大，因静摩擦力的作用而产生的传动部件的变形小，系统的失动量也越小。
②固有频率：系统的刚度越大，固有频率越高。
可以避开控制系统或者驱动系统的频带，避免产生共振。
③稳定性：刚度对系统的开环稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高系统的刚度可以增加闭环系统的稳定性。
2、分析饱和非线性和间隙非线性环节对系统产生的影响。
饱和非线性对系统产生的影响：①在大信号作用下饱和特性使系统开环增益下降，对动态响应的平稳性有利。
②如果饱和点过低，则在提高系统稳定性的同时，将使系统的快速性和稳态跟踪精度有所下降。
③带饱和的控制系统，一般在大起始偏离下总是具有收敛的性质，系统最终可能稳定，最坏的情况就是自振，使系统丧失闭环控制作用，而不会造成愈偏愈大的不稳定状态。
间隙非线性系统对系统的影响：①间隙特性类似于线性系统的滞后环节，但不完全等价，一般会使系统的稳态误差增大，动态性能变差，振荡↑，稳定性↓。
②由于闭环校正的作用，间隙较小时只会引起滞后，对输出精度影响不大。
③当间隙增大到一定数值后，间隙特性不但影响输出精度还会影响系统稳定性。
3、分析比较采用LTI和Simulink工具在进行系统分析和设计中的优缺点，在实际分析中应如何正确使用二者。
采用LTI分析比较方便，符合古典控制理论设计方法的习惯，它主要采用频率特性方法对系统进行分析和设计，只适用于线性系统的分析。
Simulink仿真方法从时域仿真的角度对系统进行分析，其特点是直观，并且可以记录和显示中间结果，对非线性环节的分析、扰动的分析更加方便。
机电系统建模与仿真
有相等的电压值，而输入电流值等于输出
的电流值即在该节点上输入、输出电流的
代数和为零。
p2q2
p2 q2
p1 o p3
q1
q3
p1q1
p
p3q3
p1=p2=p3 q1-q2-q3=0
用o结点表示三通管路
精选课件
b.1结点－相当于一个串联电路，在该节点上电流相等， 而上流的电压值等于下流的电压值加上该电
精选课件
e
Sf
f
5、功率键合图上因果关系及标注规则
a.因果关系
对于外界输给系统的功率，其中往往只知道一个 变量（力变量或流变量），而另一个变量则由系 统中各 因素的共同作用决定其量值。 同理对于系统中的任一作用元来讲，其功率键上 的力变量e和流变量f中，也有一个变量是以自变 量的形式输给该作用元，而另一个变量则是因该 作用元的作用而以因精变选课量件的形式反馈回系统。
i
1 I
udt
1 P 动量 I 1 P 动量 I 1 P 动量 I
精选课件
为了便于建立状态方程，可以取C元和I元功率键上自变量 对时间的积分为状态变量。即取：液体体积V，运动件的 位移X，固体或液体的动量P为状态变量。这些状态变量的 一阶导数即为原来的自变量。
v q x v p f P p
这样，原来C元、I元功率键上两个变量之间的积分关系就 转化为状态变量和原来因变量之间的代数关系。
TF :m
e2 f2
e1m=e2 f2=f1/m
精选课件
d. 旋转器GY(gyrator)
当在功率键合图中需要表示感应电动机的 作用时，可以用旋转器。 表示形式：
e1 GY e2 f1 ：m f2
e1m=f2 f1/m=e2
机电系统与仿真概述
用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的 智能性。
?
机电一体化技术与并行工程的区别：机电一体化技术将机械技
术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造
阶段就有机地结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的 相互作
用。而并行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在
不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置 。
? 智能化：智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要方向。在控 制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、 生理学和混沌动力学新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断 推理、逻辑思维和自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。主要 体现在诊断过程的智能化，人机接口的智能化，加工过程的智能化。
? 网络化：20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电 一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会 畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方 兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。因此，机 电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。
? 微型化：微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机 器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（ MEMS ）， 泛指几何尺寸不超过1cm 的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。 微机电一体化产品体积小 、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方 面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术， 微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括 光刻技术和蚀刻技术两类。
术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性
能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术
机电系统建模与仿真-1概述讲解
原计划发 仿真后实
射
发
爱国者 141
101
罗兰特 224
95
尾刺
185
114
节省导弹
40 129 71
节省费用（单位：千万美 元）
8．0 4．2 2．5
例4 世贸大厦倒塌的结构问题
例5 ADAMS/CAR中建立的整车模型
• 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
系统开发的需要； 经济上的考虑； 安全上的考虑； 时间上的考虑； 仿真模型具有易操作、易理解的特点， 使用它便于多方案分析比较。
例1 电视机抗跌落分析
MATLAB的计算结果
为设计工程师提供结构改 进及包装设计的理论依据
• 例2、气囊弹射速度确定 （1997年，美国）原来220英里/小时，在加拿大一年统
复合结构级 系统一般由若干个分系统组成，对每个分系统都给出行为级描 述，被视为系统的一个“部件”。这些部件有其本身的输入、输出 变量，以及部件间的连接关系和接口。据此可建立系统在复合结构 级（分解结构级）上的数学模型。灰箱 这种复合结构级描述是复杂系统和大系统建模的基础。 5.1 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）。
4.2 仿真在机电系统设计中的作用
• 仿真的定义 仿真是指对现实系统某一层次抽象属性的模仿。其基本思
想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求 对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。
计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机 对系统进行分析与研究的方法。
电力系统仿真资料
电力系统仿真资料电力系统仿真是指利用计算机软件模拟电力系统运行状态，以及分析系统运行中的各种问题和故障。
仿真资料是进行电力系统仿真所需的各种数据和参数，包括系统拓扑结构、设备参数、负荷数据等。
一、系统拓扑结构系统拓扑结构是电力系统的网络结构图，它描述了系统中各个电力设备之间的连接关系。
系统拓扑结构是进行电力系统仿真的基础，准确的拓扑结构对于仿真结果的准确性具有重要影响。
在编制系统拓扑结构时，需要考虑到电力系统的实际情况，包括各个电力设备的位置、连接线路的长度、变电站的布置等。
同时，还需要根据实际的变电站配置、开关状态等信息确定系统拓扑结构。
二、设备参数设备参数是指电力系统中各种电力设备的技术指标和性能参数。
这些参数包括发电机的额定容量、发电机的励磁方式、输电线路的阻抗和导纳等。
设备参数的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
因此，在进行电力系统仿真之前，需要对各个设备的参数进行准确的测量和测试，确保参数的真实性和可靠性。
三、负荷数据负荷数据是指电力系统中各个负荷节点的负荷大小和负荷类型。
负荷数据的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
负荷数据的获取方式有多种，可以通过实际测量负荷大小，也可以通过历史负荷数据进行估算。
在进行电力系统仿真时，需要根据负荷数据对系统进行负荷平衡分析和控制。
四、故障数据故障数据是指电力系统中的各种故障情况，例如短路故障、接地故障等。
故障数据的准确性对于仿真结果的准确性具有重要影响。
故障数据的获取方式有多种，可以通过实际的故障记录和检修报告，也可以通过历史数据进行估算。
在进行电力系统仿真时，需要根据故障数据对系统进行故障分析和保护动作的仿真。
五、其他数据除了上述所提到的数据外，进行电力系统仿真还需要考虑其他各种数据和参数，包括电力系统的控制逻辑、变压器的变比、发电机的功率因数等。
这些数据和参数在进行电力系统仿真时都起着重要的作用，可以通过实际测量和测试获得，也可以通过历史数据进行估算。
Matlab机电系统仿真-1
3、Simulink 与建模仿真
Simulink
Simulink 是一种用来实现计算机仿真的软件工具。 它是MATLAB 的一个附加组件，可用于实现各种动态系统 （包括连续系统、离散系统和混合系统）的建模、分析 和仿真。 特点：易学易用，能够依托MATLAB提供的丰富的仿真 资源
Simulink 的应用领域
图中左图表示系统输入为sin(t) 时的相应曲线，右图表示cos(t) 时的相应曲线。从图中可明显看出，当使用sim 命令的ut 参数 时，Simulink 仿真参数设置对话框中的设置被覆盖。以前对 话框中的外部输入是名为sim_input 的正弦信号，而采用ut 参 数后执行的余弦输入信号。注意：这里指的“ 覆盖” ，并不 是在Workspace I/O 对话框的Input 中，将sim_input 改变成了 ut ，事实上并没有改变，只是不执行sim_input，而执行了命 令行中的ut
& (1) x(2) x (初值x(1) 0, x(2) 0.25) & (2) ( x(1) ^ 2 1) * x(2) x(1) x
使用sim 命令进行动态系统仿真
使用语法
参数说明
>> t=0:0.1:10;t=t'; >> u=sin(t); >> sim_input=[t u]; >> [tout,x,yout]=sim('command_in_out'); >> plot ( t, u, tout, yout, '--' ); grid
（1）通讯与卫星系统；（2）航空航天系统；（3）生物 系统；（4）船舶系统；（5）汽车系统；（6）金融系统； （7）控制系统。