实验名称：循径运动系统仿真
铅球运动员投掷路径优化实验与仿真
铅球运动员投掷路径优化实验与仿真李 华 1（西安工程大学体育部陕西西安 710048）摘 要 铅球运动员投掷的最佳路径分析可以全面提高铅球运动员的比赛成绩。
对于铅球投掷最佳路径的检测，需要对铅球投掷过程中某一时刻的垂直速度和水平速度进行计算，并且要充分考虑到阻力因素，并且要组建铅球投掷最佳路径的计算方程，完成最佳路径规划。
传统的计算方法是根据应力值为训练样本提供初始的数据参数，给出最佳的应力参数，但并不能根据数据建立计算方程，这样不能精确计算结果。
基于力学分析法的最佳路径检测，是将物理力学与运动学结合在一起，计算出影响铅球最佳投掷的因素。
组建最佳路径计算模型，能够计算出水平速度和垂直速度及阻力，计算出最佳路径。
通过实验调取的数据说明力学分析算法可以提高计算精度，提高训练的精准度，提高效率。
关键词 铅球运动员；路径优化；检测；实验仿真Experiment and Simulation of shot putter's throwing path optimizationLi Hua(Sports Department of Xi'an Engineering University, Xi'an, Shaanxi 710048)Abstract The analysis of the best throwing path of shot putters can comprehensively improve the performance of shot putters. For the detection of the best path of shot put, it is necessary to calculate the vertical speed and horizontal speed at a certain time in the shot put process, and to take full account of the resistance factor, and to establish the calculation equation of the best path of shot put, to complete the optimal path planning. The traditional calculation method is to provide the initial data parameters according to the stress values of training samples and give the best stress parameters, but it can not establish the calculation equation based on the data, so it can not accurately calculate the results. The best path detection based on mechanical analysis is to combine physical mechanics and kinematics to calculate the factors affecting the best shot put. The best path calculation model can calculate horizontal and vertical velocity and resistance, and calculate the best path. The experimental data show that the mechanical analysis algorithm can improve the calculation accuracy, training accuracy and efficiency.Key words Shot putter; Path optimization; Detection; Experimental simulation铅球运动的核心是投掷的距离，而最佳路径合理设计也是铅球投掷的关键因素。
运动仿真技术
第四章 运动仿真技术学习重点 了解机械系统运动仿真技术的特点及一般过程； 熟悉机械系统动力学分析软件（ADMAS 2005）的基本功能； 熟悉掌握利用ADMAS 软件进行建模、施加约束、驱动和载荷、仿真分析以及后处理等方面的基本操作。
4.1概述在机械设计领域，其设计工程主要可分为原理方案设计、运动学分析、静力学或动力学分析、方案及系统优化、强度分析计算和结构设计等几个阶段。
传统的设计方法可以通过理论分析计算实现，但在大多数情况下，为了避免复杂的理论分析计算，在机械设计过程中经常采用“经验法”、“类比法“或”试凑法”等方法，这样不但会延长设计周期和降低工作效率，而且容易导致设计结果不准确，很难得到满意的结果，也缺乏科学的理论根据。
科学技术的飞速发展和学科的相互交叉极大地促进了机械设计行业的发展和进步，设计的高效化和自动化已经成为今后发展的必然趋势。
随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛使用，作为机械设计强大支撑技术之一的运动仿真技术越来越受到机械设计人员的重视和亲睐。
机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术基础山的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。
机械运动仿真的一图4-1 机械运动仿真步骤示意图般步骤如图4-1所示。
通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等还可以及时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。
因此，机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以及教学等领域都得到了非常广泛的应用。
物料仿真运动实验报告
一、实验目的1. 了解物料在运动过程中的基本规律；2. 掌握仿真软件在物料运动仿真中的应用；3. 分析不同条件下物料运动的特点及影响因素。
二、实验器材1. 仿真软件：SolidWorks、ADAMS；2. 物料：金属块、塑料块、木块等；3. 实验台：桌面、斜面、轨道等；4. 测量工具：刻度尺、停表、相机等。
三、实验原理物料在运动过程中，受到重力、摩擦力、弹力等作用，其运动轨迹、速度、加速度等参数会发生变化。
通过仿真软件，可以模拟物料在运动过程中的各种情况，分析物料运动的特点及影响因素。
四、实验步骤1. 选择合适的仿真软件，如SolidWorks或ADAMS，建立物料的几何模型；2. 根据实验需求，设置物料的材料属性、边界条件等；3. 添加必要的约束和驱动，如重力、摩擦力、弹力等；4. 运行仿真，观察物料在运动过程中的变化；5. 记录实验数据，分析物料运动的特点及影响因素。
五、实验内容1. 金属块在斜面上的运动；2. 塑料块在轨道上的运动；3. 木块在空气中的抛物线运动。
六、实验结果与分析1. 金属块在斜面上的运动实验结果显示，金属块在斜面上受到重力和摩擦力的作用，其运动轨迹为曲线。
当斜面角度增大时，金属块的速度减小，运动时间变短；当斜面角度减小时，金属块的速度增大，运动时间变长。
此外，摩擦力的大小也会影响金属块的运动，摩擦力越大，金属块的速度减小得越快。
2. 塑料块在轨道上的运动实验结果显示，塑料块在轨道上受到重力和摩擦力的作用，其运动轨迹为曲线。
当轨道半径增大时，塑料块的速度减小，运动时间变短；当轨道半径减小时，塑料块的速度增大，运动时间变长。
此外，摩擦力的大小也会影响塑料块的运动，摩擦力越大，塑料块的速度减小得越快。
3. 木块在空气中的抛物线运动实验结果显示，木块在空气中的运动轨迹为抛物线。
当木块抛出角度增大时，木块的运动距离增大；当木块抛出角度减小时，木块的运动距离减小。
此外，木块在运动过程中受到空气阻力的影响，速度减小，运动时间变短。
仿真单摆实验实验报告
一、实验目的1. 理解单摆的动力学原理，掌握单摆运动的基本规律。
2. 通过仿真实验，加深对单摆周期与摆长、摆角、重力加速度等物理量的关系的认识。
3. 学会运用计算机仿真技术，提高实验数据处理和分析能力。
二、实验原理单摆是由一根不可伸长的细线悬挂一个质点组成的系统，在重力作用下，质点在铅垂平面内作周期性摆动。
当摆角θ较小时，单摆的运动可近似看作简谐运动。
单摆的周期T与摆长L、重力加速度g的关系为：\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} \]其中，T为单摆的周期，L为摆长，g为重力加速度。
三、实验仪器1. 仿真软件：MATLAB、Python等2. 计算机及显示器3. 打印机四、实验步骤1. 在仿真软件中建立单摆模型，设置摆长L、摆角θ、重力加速度g等参数。
2. 运行仿真程序，观察单摆的运动轨迹和周期变化。
3. 改变摆长L、摆角θ、重力加速度g等参数，分析对单摆周期的影响。
4. 记录实验数据，绘制单摆周期与摆长、摆角、重力加速度等参数的关系图。
5. 对实验数据进行误差分析，讨论实验误差的来源及修正方法。
五、实验结果与分析1. 改变摆长L：当摆长L增大时，单摆的周期T也随之增大，符合公式\[ T =2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} \]的预期结果。
2. 改变摆角θ：当摆角θ较小时，单摆的周期T基本不变；当摆角θ较大时，单摆的周期T随摆角θ的增大而减小。
这是因为在摆角较小时，单摆的运动近似看作简谐运动，周期基本不变；而在摆角较大时，单摆的运动偏离简谐运动，周期随摆角θ的增大而减小。
3. 改变重力加速度g：当重力加速度g增大时，单摆的周期T减小，符合公式\[ T = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} \]的预期结果。
4. 绘制单摆周期与摆长、摆角、重力加速度等参数的关系图，分析实验结果与理论公式的吻合程度。
六、误差分析1. 仿真软件的精度误差：由于仿真软件在计算过程中存在舍入误差，导致实验结果存在一定的误差。
运动控制系统实验1——直流调速系统的仿真(阮毅 陈维钧)
电气与信息工程学院
实验报告
课程名称：运动控制系统
实验项目名称：直流调速系统的仿真
年级：2014 班级：自动化1402
学号：201451050231 姓名：张晓枫
一、 实验目的
1.掌握用MATLAB建立运动控制系统的仿真模型
2.掌握直流电机驱动系统仿真分析方法
二、 实验要求
1.直流电机单、双闭环控制系统建模
2.电流控制器设计
3.电流环动态跟随性能仿真实验
4.转速控制器设计
5.转速环抗负载扰动性能仿真实验
6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论
三、 实验步骤
（1）直流电机单闭环系统模块建立及仿真
1>启动Simulink，拖动、编辑、连线相应模块和修改
其参数，得到以下仿真模型。
2>无超调仿真结果如下
（2）直流电机双闭环系统模块建立及仿真
1>启动Simulink，拖动、编辑、连线相应模块和修改其参
数，得到以下仿真模型。
2>仿真结果如下
1高速启动波形图
2低速启动波形图
四、 实验总结
通过本次直流单、双闭环直流调速系统的MATLAB仿真
实验，我巩固了对MATLAB的运用，对一些理论知识的实际
运用有了更深刻的理解。锻炼了我独立思考的能力，对运
动控制系统的知识和综合运用有了更深层次的理解，把理
论知识和实际联系起来，综合运用。
单摆运动控制系统设计与仿真实验报告
单摆运动控制系统设计与仿真实验报告1.引言1.1 概述概述部分的内容：单摆运动控制系统是一个常见的控制系统应用领域，它在诸多科学实验、工程项目和技术研究中都有广泛的应用。
单摆运动控制系统通过控制摆臂的运动，实现对摆臂的稳定性和精确度的控制，从而达到预定位置、速度和加速度的要求。
随着科技的不断发展和进步，单摆运动控制系统的设计和仿真实验成为研究者们关注的焦点。
在过去的几十年中，众多学者和工程师们提出了各种各样的方法和理论，以提高单摆运动控制系统的性能和效果。
这些方法包括但不限于PID控制、自适应控制、模糊控制等等。
它们都在不同的场景中展现了自己的优势和特点，为单摆运动控制系统的设计和仿真实验提供了全新的思路和方法。
本文旨在介绍单摆运动控制系统的设计和仿真实验。
首先，我们将对单摆运动控制系统的相关背景和理论基础进行概述和分析。
接着，我们将详细介绍单摆运动控制系统的设计过程，包括系统结构、控制算法和参数选择等方面。
在设计完成后，我们将进行仿真实验，在不同的工作条件下对系统进行测试和评估，以验证设计的有效性和性能。
最后，我们将总结本文的研究成果，并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的研究，我们希望能够为单摆运动控制系统的设计和仿真实验提供实用有效的方法和理论支持，为相关领域的研究者和工程师提供参考和借鉴。
同时，我们也期待通过本文的工作，能够推动单摆运动控制系统设计的进一步发展和应用。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文主要分为三个部分，即引言、正文和结论。
引言部分主要概述了文章内容和研究背景，介绍了单摆运动控制系统设计与仿真实验的目的和重要性。
正文部分包括两个主要内容，即单摆运动控制系统设计和仿真实验。
在单摆运动控制系统设计中，我们将介绍系统的原理和设计方法，并详细描述系统的硬件和软件实现。
在仿真实验中，我们将使用相关仿真软件进行系统的仿真，验证设计的有效性和准确性。
结论部分对本文的主要内容进行总结，回顾了实验的结果和分析，总结了系统的性能和局限性。
机构仿真实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着现代工业技术的不断发展，对机械系统的性能要求越来越高。
为了提高设计效率和质量，减少实物实验的周期和成本，机构仿真技术应运而生。
本实验旨在通过机构仿真软件对典型机械机构进行建模、仿真和分析，验证理论计算结果，加深对机械原理的理解。
二、实验目的1. 熟悉机构仿真软件的基本操作和功能。
2. 学会运用机构仿真技术对机械机构进行建模和仿真。
3. 通过仿真结果验证理论计算的正确性，并对机构性能进行分析和优化。
三、实验内容1. 实验原理本实验采用机构仿真软件进行机械机构的建模和仿真。
首先，根据机构的结构特点，建立机构的几何模型；然后，对机构进行运动学分析，计算机构的运动轨迹、速度和加速度等参数；最后，通过仿真结果对机构性能进行分析和优化。
2. 实验步骤（1）选择合适的机构仿真软件，如ADAMS、MATLAB/Simulink等。
（2）根据机构结构特点，建立机构的几何模型。
包括：运动副、连接件、约束等。
（3）设置机构的运动学参数，如运动副的转动角度、移动距离等。
（4）运行仿真，观察机构的运动过程，记录仿真数据。
（5）分析仿真结果，验证理论计算的正确性，并对机构性能进行分析和优化。
3. 实验实例本实验以平面连杆机构为例，进行仿真实验。
（1）几何模型建立：根据机构结构特点，建立平面连杆机构的几何模型，包括：两个连杆、两个转动副、一个固定副。
（2）运动学参数设置：设置两个转动副的转动角度，使连杆机构完成预期的运动。
（3）运行仿真：运行仿真，观察连杆机构的运动过程，记录仿真数据。
（4）分析仿真结果：根据仿真数据，分析连杆机构的运动轨迹、速度和加速度等参数，验证理论计算的正确性。
四、实验结果与分析通过仿真实验，可以得到以下结果：1. 连杆机构的运动轨迹：仿真结果显示，连杆机构的运动轨迹符合预期，证明了理论计算的正确性。
2. 速度和加速度：仿真结果显示，连杆机构在运动过程中的速度和加速度符合理论计算结果。
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1 / 12 Qin(1) Qin(2)
Q_prep Q_inspect
Rprepworker Rinspecter
Q_out(2) Q_out(1)
cppark cprepair
实验三 循径运动系统仿真 一、实验目的 学习flexsim系统的建模，初步掌握小车的定义方法和调度逻辑的实现原理，深入理解运动系统的建模思路。
二、实验内容 某工厂车间内，由轨道小车沿轨道完成不同的工件运送过程。轨道的平面布置如下图所示，图中标出了人员和机器的配置情况。
该运动系统的流程描述如下： 有四种货物：L_a（normal 400，50）、L_b（200，40）、L_c（uniform 500，100）、L_d（uniform 150，30）从系统外到达系统，时间单位为秒； 队列Q_in是进货口，货物从这里有小车送往后面工序，当没有空闲小车时临时堆放在进货口，出货口用两个queue队列模拟，Qin(1)中放置L_a、L_c，Qin(2)中放置L_b、L_d； L_a、L_c由小车送往检验工序，由一个操作工进行检验，每件货物检验耗时1min，经检验，80％的产品合格，再由小车送往出货口，卸货到队列Q_out中，20％的产品不合格，由小车送往修整地点，经2min的检修，再送往检验处检验； L_b、L_d由小车送往预加工工序，由一个操作工进行操作，每件货物耗时1min，然后仍由小车送往出货口； 出货口货物临时堆放也用2个queue队列来模拟，检验合格的L_a、L_c临时堆放在Q_out(1)中，预加工后的L_b、L_d临时堆放在Q_out(2)中； 2 / 12
当货物临时堆放数量达到10件时，批量送往本系统外的其他工序。 小车的调度规程如下： 小车在系统开始时刻都在停车处待命； 到进货口的两个货物临时堆放地装载货物，运送到检验和预加工地点； 将检验和预加工完的货物运往出货口的临时堆放地； 将不合格的货物运往检修地点，不下车，直接检修后送回检验处； 小车空闲无任务时，到停车处停车等待； 有货物到达时可以唤醒停车的小车； 系统计划投入的小车技术参数为： 每辆小车载货容量为1，小车专载某种货物。 任何货物的装载和卸载时间为8sec； 小车正常（默认）加速度为1.5fpss； 小车正常（默认）减速度为0.5fpss 用flexsim软件中的系统建立上述轨道小车运动系统的模型。 在建模之前，需要设定小车的运送方案，即确定该系统运作的一系列工作原则，例如：四种来货如何在两个进货口堆放地堆放？小车专载还是混载货物？小车必须满载还是允许缺载？一辆小车是否可运送到不同目的地的货物？目的地不同时如何安排优先级别？小车单向行驶还是双向行驶？等等。根据你所掌握的情况，设定合适的逻辑难易程度，完成该系统的运送任务就可以了。 尝试设定和比较至少两种不同的运送方案，通过仿真对多种方案的优劣进行对比分析。
三、实验步骤 1.建立一个新模型，创建一个Process系统和一个Pathmover系统； 打开Flexsim 5.0，新建一个Model，根据实验内容要求，共有四种货物按照不同的时间要求从系统外到达系统，其中：L_a、L_c两种产品需先检验其是否合格，再由小车将合格产品送出系统，将不合格产品送往检修处检修，并检修完后再送回检验处再次检验，由此模型中暂时先用一辆小车专载L_a、L_c两种产品。L_b、L_d两种产品则只需由一辆小车负责将其送往加工处再送出系统外即可。故暂时先考虑用两辆小车T1、T2来运送货物，其中T1专载L_a、L_c两种产品，T2专载L_b、L_d两种产品。再根据实验其他要求，将所需实体从Library界面上拖到3D-view界面上，并根据实体间的联系，定义流程逻辑关系，进行连线处理，得仿真系统模型如图3.1所示。 3 / 12
图3.1 系统仿真模型 在定义好模型的流程逻辑关系后，为实现系统仿真，接下来得根据实验要求对各实体的相关参数进行设置。 2.定义Pathmover系统，画出路径、控制点，定义小车和小车参数； 根据实验要求，定义小车和小车参数。 a.小车载货容量capacity参数设置：
b.小车装载Load和卸载Unload时间间隔参数设置：
c.小车正常加速度Acceleration及减速度Deceleration参数设置： 3.定义小车的调度； 小车空闲无任务时，到停车处停车等待。
4.定义Process系统的各种实体，如load、queue、resource等； （1）定义发生器L_a的相关参数 4 / 12
a.到达时间间隔（inter-arrival time）参数设置： b.工件种类（Item Type）参数设置： c.发生触发器（Triggers）参数(OnExit)设置:
（2）定义发生器L_b的相关参数 a.到达时间间隔（inter-arrival time）参数设置：
b.工件种类（Item Type）参数设置： c.发生触发器（Triggers）参数(OnExit)设置:
（3）定义发生器L_c的相关参数 a.到达时间间隔（inter-arrival time）参数设置：
b.工件种类（Item Type）参数设置： c.发生触发器（Triggers）参数(OnExit)设置: 5 / 12
（4）定义发生器L_d的相关参数 a.到达时间间隔（inter-arrival time）参数设置：
b.工件种类（Item Type）参数设置： c.发生触发器（Triggers）参数(OnExit)设置:
（5）定义Q_in1和Q_in2的相关参数 （6）定义处理器P_acjianyan的相关参数 a.处理时间（Process Time）参数设置：
b.流体（Flow）输出(Output)参数设置：
c.流体（Flow）使用运输工具（Use Transport） （7）定义处理器P_bdjiagong的相关参数 a.处理时间（Process Time）参数设置： 6 / 12
b.流体（Flow）使用运输工具（Use Transport） （8）定义处理器P_acweixiu的相关参数 a.处理时间（Process Time）参数设置：
b.流体（Flow）使用运输工具（Use Transport） （9）定义Q_out1及Q_out2的相关参数
5.定义逻辑流程； 6.调试检查修改模型，使模型的运送逻辑与预期设定的逻辑相符； 7.运行、输出、分析。 根据实验要求，我们设定传送带系统仿真一天8小时的系统运行状况，故共运行28800（8*60*60）秒。为了加快仿真运行，设定运行速度为100秒。具体参数设置如图3.2所示。
图3.2 运行时间参数设置 运行模型，得到如下结果： （1）循径运动系统仿真运行结果如图3.3所示。 7 / 12
图3.3 循径运动系统仿真运行结果 （2）各设备利用情况 a.各小车的利用情况
小车T1的最终状态图 小车T2的最终状态图 从小车T1、T2的最终状态上可知：在整个运行时间内，小车T1、T2的闲置时间比率分别为9.4%、0.4%，小车运行负载率分别为28.7%、30.2%，小车空载率分别为10.8%、13.4%等信息。由以上信息可知小车T1的利用率还行，但是小车T2就显得很忙碌，其闲置时间仅为0.4%。再加上从运行结果图可以看到产品L_b、L_d在加工处理处堆积了很多产品，其原因可能在于处理器利用不当，或者是小车运行速度慢，也可能是生产速率过快，导致后8 / 12
面的加工程序来不及处理。 b.各处理器的利用情况
处理器P_acjianyan的最终状态图 处理器P_bdjiagong的最终状态图 处理器P_acweixiu的最终状态图 从三个处理器的设备利用情况易分析出处理器P_acjianyan及处理器P_acweixiu利用良好，在保证系统顺利进行的前提下，一方面有着其较高的处理率，另一方面设备的闲置率也处于可接受范围内，保证了设备的使用寿命。但是处理器P_bdjiagong利用率就很不好了，其处于等待运输的时间就占90.0%，而处理率仅为9.4%。 四、思考题 1.在你给定的运送方案中，该系统需要配置几辆小车可以满足该系统的运送需求？你是根据什么参数判断是否满足需求的？这时小车的工作效率如何？ 答：在建立模型中，我认为该系统需要配置至少2辆小车才可以满足该系统的运送需求偶，但是最好不要超过3辆，因为那样会使得小车长时间处于闲置状态，浪费了资源，也加大了成本。根据模型中在使用2辆下车时小车的各项利用率情况。当小车为2辆或3辆时，9 / 12
小车的工作效率处于可接受的范围内。且各项产品都能够较及时的送往相应的加工处理检修等处。 2.对比两种以上运送方案的效果，优化整个系统和小车效率，试分析如何可以提高小车效率。 答：为提高小车效率以及整个系统的效率，根据前面的分析，可以考虑如下两种方案： （1）考虑到可以适当减慢产品L_b、L_d的生产率，将L_b、L_d的到达频率分别改为服从正态分布normal400,40秒及服从均匀分布uniform400,30秒。查看其运行8小时后的仿真结果，如图3.4。
图3.4 该进后系统仿真结果 此时小车及加工处理器的利用情况如下：
小车T1的最终状态图（调整产品生产率后） 小车T2的最终状态图（调整产品生产率后）