基于MATLAB的车间物流系统
的建模与仿真
摘要：现代企业制造过程中的原材料、加工设备、人工、厂房等成本基本已经确定，要想再从生产过程中取得明显的效益提升、降低生产成本相当困难。企业里的车间物流是物流里面重要环节之一，根据有关统计在整个制造过程中有大约95%的时间是用在存储、装卸、搬运、等待加工等物流环节上。所以，从企业车间物流方面去入手，对于企业保障产品质量、降低生产成本、提升企业的竞争力则有很大的机会去提升生产效率、减低生产成本、增强市场竞争力。本文针对某工厂的车间物流的现状，并结合企业车间物流系统的离散性，采用了计算机仿真技术，应用MATLAB仿真软件，依据车间实际布局测定车间物流的搬运距离及搬运批量，建立了基于MATLAB的车间物流的仿真模型。对车间未来布局的优化及搬运批量的定义提供了快速、准确的参考数据，对降低车间物流成本、减少生产用地、配合配置机器数量的研究有重要的意义。为企业在车间物流分析、优化、预测及生产管理提供有效、直观的依据。
关键词：车间物流，仿真，物流成本，MATLAB，车间布局。
ABSTRACT：In manufacturing process, the relevant cost is almost fixed for the mainly elements such as raw material, process machine, human resource and plant facilities. It is very difficult to reduce the manufacturing cost on such aspects. But according to one related report, about 95% of manufacturing lead time is used on logistics such as storing, handling, transportation and process waiting. Therefore, studying on manufacturing logistics system is very important to reduce the entire manufacturing cost and then enhance the enterprise’s competition.Base on the current workshop manufacturing logistics condition and considering the manufacturing system is one kind of discrete system. It is very suitable to applying simulation technology such as MATLAB software. So the elements associated with workshop logistics are defined in MATLAB program. This is one kind of visually dynamic display interface model, we can easily to evaluate and diagnosis the workshop logistics and find out the potential optimizing opportunity on logistics cost. It is very significance for reducing manufacturing cost, space and optimizing equipment’s quantity and provide the right orientation for improving the workshop’s logistic system.
KEY WORDS:Workshop Logistics, Simulation, Logistic cost, MATLAB, Layout. 1引言
随着全球化、市场化程度的不断提高，竞争的日益加剧，为了生产与发展，
企业必须降低自身成本，提高自身效率。因此越来越多的企业意识到降低物流成本、实施物流系统优化势在必行。改革开放的几十年间我国已成为制造业大国，但针对制造型企业的物流管理现状、尤其是车间物流管理却存在着诸多亟待解决的问题。车间物流是指从原材料进入车间、物料在车间各个工位加工直至加工成成品的全部物流环节以及相对于的物流信息等活动。贯穿了企业生产经营的全过程，是物流链中一个核心环节，它贯穿产品从原材料到最终成品的全部过程，是企业里面物流和生产系统的结合环节。本文着重研究企业的车间物流系统，对车间服务系统进行数学建模并通过MATLAB进行仿真，为企业在车间物流分析、优化、预测及生产管理提供有效、直观的依据。
仿真就是通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际系统进行试验研究的过程。由此可见，系统、模型、仿真三者有密切的关系，系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目的。由于现代仿真技术都是在计算机支持下进行的，因此，系统仿真也被称为计算机仿真。系统仿真有三个基本的活动，即系统建模、仿真建模和仿真试验，联系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、模型、计算机。它们的关系如图1.1所示。
1.1仿真的三要素机器关系
2离散事件系统仿真基本特点
车间物流系统是典型的离散系统，所以在研究车间物流系统事，首先需了解离散事件系统仿真的基本特点。
离散事件系统的基本特点是:作为系统边界的对象（实体）属性状态不可能用时间函数进行描述,事件活动具有随机性。
针对离散事件系统的计算机仿真所存在的基本特点是:
(a)在构造和确认系统仿真模型方面具有较大难度，而围绕系统模型编程设计仿真程序则应反复计算与修改，因此要求总控程序的结构框架不仅具有良好通用性，且应具有强力模块化结构特征；
(b)针对系统需求分析阶段提出的系统设备技术指标（包括系统软件平台与硬件平台），以及系统集成初期所提仿真模型，由于人所对系统认识深度所限，仿真结果往往脱离系统实际，因此要求系统建模人员必须在模型抽象及其创建条件具有清晰而规范的工程标准依据（包括规定内容与格式的技术文档资料等）；
(c)离散系统仿真结果只能是某种参数规定条件下的特解,而不可能是系统仿真的通解，为能取得仿真结果的最优解,应对模型描述活动（造成系统状态变化的过程）、环境（存在于系统周围的对象和活动），实体与实体属性等反复进行
技术研讨，包括相关性度量技术研讨等；
(d)系统仿真时,模型中随机变量描述只能以有限样本数据为依据,显然,仿真结果的可用度与样本量及其输入数据精度密切相关。因此,系统仿真决不可脱离样本数据。
综上所述认为:离散系统仿真应坚持分层设计和逐步展开的基本设计思想。其中分层设计是两个技术层次的相互衔接,即底层仿真主要针对系统关键设备或者通用功能子系统(诸如通信子网中的文电传输技术分系统),该层仿真是要定量解决为用户直接服务的技术应用计算;顶层仿真是要定性/定量解决系统集成的各种宏观应用服务,诸如控制策略的可靠度计算与分析等。
3.以机器修理车间为例进行系统建模
3.1机器修理车间问题描述
机器修理车间如图
已知：
（1）等待区足够大；
（2
（3）到达间隔服从指数分布λ1=1/10（台/天）；（4）修理时间服从负指数分布λ2=1/15（台/天）；求解：
故障机器的平均等待时间；
故障机器的平均等待队长；
3.2对机器修理车间进行仿真的目的
求解：故障机器的平均等待时间；
故障机器的平均等待队长；
提高修理平台的利用率。出口出口
3.3模型建立
（1）修理车间服务系统模型。修理车间服务系统是一个典型的离散时间系统，属于单服务台、单队列服务系统，采用实体流图法建立其模型。
修理车间服务系统共有三个实体，即故障机器、修理平台及等待队列。修理平台是永久实体，其活动为“修理机器”，有“忙”和“闲”两种状态。故障机器是临时实体，它与修理平台协同完成修理活动，有“等待服务”、“接受服务”（与修理平台“忙”状态相对应）等状态。等待队列作为一类特殊实体，其状态以队列长度标识。
“机器到达”事件和“机器结束排队”事件导致修理活动的开始，“机器修理完成后离去”事件导致“修理”活动的结束。图2.1表示了临时实体（故障机器）产生、在系统中流动、接受永久实体（修理平台）“修理”以及离去的过程。
3.1修理车间服务系统实体流程图
（2）仿真模型。根据修理车间服务系统实体流程图，可以采用进程交互法进行仿真。由于它是一个单服务台排队系统，故只需要给出机器的进程就可以描述所有事件的处理过程。机器生命周期包括：机器到达；等待排队，直到位于队首；进入服务通道；停留于服务通道之中，直到接受服务完毕离开。单修理平台排队系统中的机器进程如图2.2所示。图中（*）表示无条件延迟的复活点：故障机器到达，修理平台修理预先确定的延迟期满后才复活；+表示条件延迟的复活点：队列中的机器等到修理平台空闲而且自己处于队列首时才能离开队形接受修理。仿真模型中，最关键的是机器到达事件和修理完毕事件的处理。
3.2但修理平台排队系统中的机器进程
到达事件发生时，首先要执行的操作是想未来时间表中插入下一机器到达事件，其事件发生的时间为当前时钟时间加上间隔时间。接下来测试服务平台当前的忙闲状态。若忙，则机器实体进入队列文件等待；否则，机器实体将通过置服务平台为“忙”状态而占用修理平台，并将修理完成事件插入未来事件表，其执行的时间为当前时钟加上服务时间。到达事件将导致安排两个事件。机器到达事件处理过程如图2.3所示。
修理完毕事件的第一件事是收集统计数据。接下来要检查一下队列文件是否为空，如果为空，则闲置平台；否则，从队列表中选出了队列头实体并安排下一修理完成事件，事件发生的时间为当前时钟时间加上修理时间。修理完毕事件处理过程如图2.4所示。
（3）负指数分布的随机数。设u 为[0,1]均匀分布，则：
机器故障间隔时间的随机数x1=-(1/λ1)*lnu=-10lnu ；
每台机器的修理时间的随机数x2=-(1/λ2)*lnu=-15lnu 。
(*)
(*)
图3.3机器到达事件的处理框图
3.4修理完成事件处理框图
4.仿真结果及其分析
4.1仿真结果
仿真结果需要得出故障机器的平均等待时间、故障机器的平均等待队长、以及曲线图。因每次仿真的结果不一样（随机数的种子是每次运行时系统的时间，产生的机器故障间隔时间和修理时间不一样，运行过程中等待、修理的机器数都不一样），故在此采用平均值的方法，即让程序运行N次，得到N次机器的平均等待时间、机器的平均等待队长，然后再求它们的平均值。
有关指标的计算公式如下：
平均等待时间=（被修理机器的等待总时间+已到达还未修理的总等待时间）/（到达的机器数量）
通过MATLAB进行仿真，仿真结果如下：
请设定机器修理车间仿真系统的已维修的机器数（默认值100）：150
故障机器的平均等待时间如下
AveWaitTime =
845.2923
故障机器的平均等待队长如下
AveQuLen =
38.8776
4.2仿真结果分析
由上述分析可知，u为[0,1]均匀分布
机器故障间隔时间的随机数x1=-(1/λ1)*lnu=-10lnu;
每台机器的修理时间的随机数x2=-(1/λ2)*lnu=-15lnu。
可见机器故障间隔时间的随机数x1＜每台机器的修理时间的随机数x2，所以随着时间的增加，队长会呈现出增强的趋势，Matlab仿真结果如图4.1：
4.1修理车间服务队长分布图
由于修理车间服务系统队长呈现增长的趋势，所以需维修机器等待的时间会有所增加，故各故障机器到来和离去的时间以及它们之间的差值也会逐渐增加。如下Matlab仿真图，红色曲线代表到来时间，蓝色曲线代表离去时间，到来时间和离去时间都呈现增加的趋势，且到来时间和离去时间的差值在逐渐加大。如图4.2
4.2各故障机器到来和离去时间趋势图
各故障机器在系统中的停留时间=等待时间+维修时间，故停留时间>等待时间。在一开始时，车间有空余空间，随着故障机器维修数目的增加，故障机器在系统中的停留时间和等待时间会随之增加；当车间没有空余空间时，随着故障机器维修数目的增加，故障机器在系统中的停留时间和等待时间趋于稳定，不再呈现大幅度的变化。其Matlab仿真图如图4.3：
4.3各故障机器在系统中的停留时间和等待时间图
5结束语
仿真技术具有安全性、经济性和可重复性等特点，已成为及理论研究、科学实验之后的第三种科学研究的有力手段。仿真科学是现代科学技术发展的基础上形成的交叉学科。常见的系统仿真分为连续系统仿真和离散系统仿真，其状态变量是连续变化的，这类系统的仿真成为连续系统仿真。离散事件系统受事件驱动，系统的迁移发生在一系列离散事件点上，系统状态是跳跃式变化的，在时间和空间上都是离散的，与连续系统在性质上完全不同。比如：生产调度管理、库存系统、计算机通讯网络等.离散事件系统往往是随机的，具有复杂的变化关系，难于用常规的微分方程、差分方程等方程模型来描述，一般只能用流程图或网络图来描述，如果应用理论分析方法难于得到解析解，甚至无法解决，仿真技术为解决这列问题提供了有效的手段。MATLAB是比较常用的仿真软件，这里用MATLAB仿真，对车间未来布局的优化及搬运批量的定义提供了快速、准确的参考数据，对降低车间物流成本、减少生产用地、配合配置机器数量的研究有重要的意义。为企业在车间物流分析、优化、预测及生产管理提供有效、直观的依据。
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课程设计物流系统建模与仿真 专业年级2011级物流工程指导教师张莹莹 小组成员 重庆大学自动化学院 物流工程系 2014年9 月12 日
课程设计指导教师评定成绩表 项目分 值 优秀 (100>x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥ 70) 及格 (70>x≥60) 不及格 (x<60) 评 分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准 学习态度15 学习态度认 真，科学作风 严谨，严格保 证设计时间并 按任务书中规 定的进度开展 各项工作 学习态度比较 认真，科学作 风良好，能按 期圆满完成任 务书规定的任 务 学习态度 尚好，遵守 组织纪律， 基本保证 设计时间， 按期完成 各项工作 学习态度尚 可，能遵守组 织纪律，能按 期完成任务 学习马虎， 纪律涣散， 工作作风 不严谨,不 能保证设 计时间和 进度 技术水平 与实际能力25 设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据准确，有很 强的实际动手 能力、经济分 析能力和计算 机应用能力， 文献查阅能力 强、引用合理、 调查调研非常 合理、可信 设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据比较准确， 有较强的实际 动手能力、经 济分析能力和 计算机应用能 力，文献引用、 调查调研比较 合理、可信 设计合理， 理论分析 与计算基 本正确，实 验数据比 较准确，有 一定的实 际动手能 力，主要文 献引用、调 查调研比 较可信 设计基本合 理，理论分析 与计算无大 错，实验数据 无大错 设计不合 理，理论分 析与计算 有原则错 误，实验数 据不可靠， 实际动手 能力差，文 献引用、调 查调研有 较大的问 题 创新10 有重大改进或 独特见解，有 一定实用价值 有较大改进或 新颖的见解， 实用性尚可 有一定改 进或新的 见解 有一定见解观念陈旧 论文(计算 书、图纸)撰写质量50 结构严谨，逻 辑性强，层次 清晰，语言准 确，文字流畅， 完全符合规范 化要求，书写 工整或用计算 机打印成文； 图纸非常工 整、清晰 结构合理，符 合逻辑，文章 层次分明，语 言准确，文字 流畅，符合规 范化要求，书 写工整或用计 算机打印成 文；图纸工整、 清晰 结构合理， 层次较为 分明，文理 通顺，基本 达到规范 化要求，书 写比较工 整；图纸比 较工整、清 晰 结构基本合 理，逻辑基本 清楚，文字尚 通顺，勉强达 到规范化要 求；图纸比较 工整 内容空泛， 结构混乱， 文字表达 不清，错别 字较多，达 不到规范 化要求；图 纸不工整 或不清晰 指导教师评定成绩：
实验一 基于Matlab 的控制系统模型 姓名 学号 班级 一、实验目的 1) 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法。 2) 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法。 3) 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法。 二、实验原理 1. 香农采样定理 对一个具有有限频谱的连续信号f (t )进行连续采样，当采样频率满足ωs ≥ωmax 时，采样信号f *(t )能无失真的复现原连续信号。 (1) 作信号f (t )=5e 10t 和f *(t ) =5e 10kT 的曲线，比较采样前后的差异。 0.05 0::0.5 5*(10*) subplot(2,1,1) plot(,) grid subplot(2,1,2) stem(,) grid T t T f exp t t f t f ===- 请改变采样周期T ，观察不同的采样周期下的采样效果。
(2) 频谱曲线 50:1:50 5./(100.^2) (,)w F sqrt w plot w F grid =-=+ 若|F (j ωmax ) |=0.1|F (0)|，选择合理的采样周期T 并验加以证。 400:20:400 200 2*/05/*(1./(100.^2)) 15/*(1./(100().^2)) 25/*(1./(100().^2)) (,0,,1,,2) w ws Ts pi ws F Ts sqrt w F Ts sqrt w ws F Ts sqrt w ws plot w F w F w F grid =-===+=+-=++ 请改变采样频率，观察何时出现频谱混叠？ 2. 拉式变换和Z 变换 (1) 使用Matlab 求函数的拉氏变换 拉式变换： 反拉氏变换： ()()()()()()2 222 1exp -*123*exp -*4sin *5exp -*s 11/(1) 21/()31/4/() 51/(*(2)*(*c 3)o ) s *yms syms a w t f a t laplace f f t f t a t f s a f s ilaplace f f s a f s f w s w f s s s w t f a t w t ==+==+====++== (2) 使用Matlab 求函数的Z 变换 Z 变换： 反Z 变换：
《物流系统模拟与仿真》教学大纲 课程代码： 0212202 课程类型：专业课 学时： 32 学分： 2 适用专业：物流管理 先修课程：管理学、经济学、物流管理、仓储与配送管理、运输管理、运筹学、供应链管 理一、教学目标 《物流系统模拟与仿真》是工商管理学院开设的一门专业基础课程，是一门专门研究系统模拟和仿真的理论、 方法在各种不同类型物流系统的实际运用的学科，是一门实践与理论结合性较强的应用学科。 系统模拟与仿真技术在物流领域中的应用内容丰富、形式多样、发展迅速。本课程教学的总体目标是，使学 生基本掌握物流系统如商贸物流系统、供应链系统、生产物流系统、运输与配送系统、仓储系统和区域物流系统 模拟与仿真完整的知识体系结构，力求学生能全面、系统地掌握物流系统模拟与仿真的基本理论、方法和实际应用，同时能了解系统动力学和智能优化等技术在物流系统模拟和仿真中的应用、常见的应用于物流领域的仿真软件与分析物流系统仿真技术的发展趋势。 二、教学基本要求 （一）教学内容 1.系统建模与仿真概述 系统的定义和分类；系统建模概述；建模与仿真活动的组成要素；系统建模与仿真的作用和方法；仿真的发 展趋势。 2.商贸物流系统建模与仿真 商贸物流系统概论；商贸物流系统预测方法；商贸物流系统中的分销需求计划及其仿真；商贸物流系统中的物流需求计划及其仿真。 3.供应链系统建模与优化 供应链的概念及其特征；供应链系统建模方法；供应商选择问题建模与分析。 4.生产物流系统建模与仿真 生产物流系统模型；设施布置规划与建模；运输与装卸系统仿真。 5.物流运输与配送系统建模与优化 物流运输与配送规划问题概述；物流运输决策问题建模；遗传算法求解协同配送问题。 6.仓储系统仿真 仓储系统决策概述；AS／ RS系统仿真；仓储管理系统仿真分析。 7.区域物流系统建模与仿真 区域物流系统概述；区域物流结点选址规划；系统动力学概述；基于系统动力学的区域物流系统仿真。 8.仿真软件在物流系统中的应用 仿真软件的发展及应用概括；物流仿真软件包介绍；主流仿真软件比较。 9.物流系统仿真技术展望 物流系统仿真的核心技术；物流系统仿真技术展望；物流系统仿真技术的后续研究热点。 （二）教学方法和手段
电力电子系统建模与仿真 学院：电气工程学院 年级：2012级 学号：12031236 姓名：周琪俊 指导老师：舒泽亮
二极管钳位多电平APF电压平衡SPWM仿真报告 1 有源电力滤波器的发展及现状 有源电力滤波器的发展最早可以追溯到20 世纪60 年代末，1969 年B.M.Bird 和J.F.Marsh发表的论文中，描述了通过向电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法，这种方法是APF 基本思想的萌芽。1971年日本的H.Sasaki 和T.Machida 首先提出APF 的原始模型。1976 年美国西屋电气公司的L.Gyugyi 等提出了用PWM 变流器构成的APF 并确立了APF 的概念。这些以PWM 变流器构成的APF 已成为当今APF 的基本结构。但在70 年代由于缺少大功率的快速器件，因此对APF 的研究几乎没有超出实验室的范围。80 年代以来，随着新型电力半导体器件的出现，脉宽调制的发展，以及H.Akagi 的基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，APF有了迅速发展。 现在日本、美国、德国等工业发达国家APF已得到了高度重视和日益广泛的应用。由于理论研究起步较早，目前国外有源电力滤波器的研究已步入工业化应用阶段。随着容量的逐步提高，其应用范围也从补偿用户自身的谐波向改善整个电网供电质量的方向发展。有源电力滤波器的工业化应用对理论研究起了非常大的推动作用，新的理论研究成果不断出现。1976 年美国西屋公司的L.Gyugyi 率先研制出800kV A的有源电力滤波器。在此以后的几十年里，有源电力滤波器的实践应用得到快速发展。在一些国家，已经投入工业应用的有源电力滤波器容量已增加到50MV A。目前大部分国际知名的电气公司如西屋电气、三菱电机、西门子和梅兰日兰等都有相关的部门都已有相关的产品。 我国在有源电力滤波器的研究方面起步较晚，直到20 世纪80 年代末才有论文发表。90 年代以来一些高等院校和科研机构开始进行有源电力滤波器的研究。1991 年12 月由华北电科院、北京供电局和冶金部自动化研究所研制的国内第一台400V/50kV A 的有源电力滤波器在北京某中心变电站投运，2001 年华北电科院又将有源电力滤波器的容量提高到了10kV/480kV A。由中南大学和湖南大学研制的容量为500kV A 并联混合型有源电力滤波器已在湖南娄底早元220kV 变电站挂网运行。在近几年国内的有源电力滤波器产品已有很多应用，本文研制的两种APF都已应用于工业现场。 2 二极管箝位式多电平逆变器 自从日本学者南波江章于1980 年提出三电平中性点箝位逆变器以来，多电平逆变器的拓扑结构就受到人们的普遍关注，很多学者相继提出了一些实际应用
MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真 实验报告 姓名：****** 专业：电气工程及其自动化 班级：******************* 学号：*******************
实验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真 1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 运行MATLAB软件，点击Simulink模型构建，根据电路原理图，添加下列模块： （1）无穷大功率电源模块（Three-phase source） （2）三相并联RLC负荷模块（Three-Phase Parallel RLC Load） （3）三相串联RLC支路模块（Three-Phase Series RLC Branch） （4）三相双绕组变压器模块（Three-Phase Transformer (Two Windings)） （5）三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement） （6）三相故障设置模块（Three-Phase Fault） （7）示波器模块（Scope） （8）电力系统图形用户界面（Powergui） 按电路原理图连接线路得到仿真图如下： 1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置 1.2.1 电源模块 设置三相电压110kV，相角0°，频率50Hz，接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.00529Ω，电源电感0.000140H，参数设置如下图：
1.2.2 变压器模块 变压器模块参数采用标幺值设置，功率20MVA，频率50Hz，一次测采用Y型连接，一次测电压110kV，二次侧采用Y型连接，二次侧电压11kV，经过标幺值折算后的绕组电阻为0.0033，绕组漏感为0.052，励磁电阻为909.09，励磁电感为106.3，参数设置如下图： 1.2.3 输电线路模块 根据给定参数计算输电线路参数为：电阻8.5Ω，电感0.064L，参数设置如下图： 1.2.4 三相电压电流测量模块 此模块将在变压器低压侧测量得到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，勾选“使用标签（Use a label）”以便于示波器观察波形，设置电压标签“Vabc”，电流标签“Iabc”，参数设置如下图：
现代物流模拟课程设计指导书 经济与管理学院 2010.3
目录 一课程简介 (3) 二课程目的 (3) 三课程设计方式与要求 (3) 四课程进度安排 (3) 五考核方式与成绩评定 (3) 六课程内容 (4) （一）物流系统概述 (4) （二）物流系统模型概述 (5) （三）物流系统仿真 (6) （四）现代物流模拟实验模块 (7) 模块一：物流节点选址模型与仿真 (7) 模块二：运输配送系统模型与仿真 (9) 模块三：库存控制模型与仿真 (10) 模块四：物流节点设施布局模型与仿真 (11) 七参考教材 (11)
一课程简介 《现代物流模拟》为经济管理专业的综合实验课，它通过实战式的仿真情境，将学生置身于企业生产经营活动中，并通过计算机模拟的形式，让学生亲身参与到生产企业的物流与供应链管理活动中，从战略定位，到市场营销活动，到订单活动，到采购与库存决策，到物料供应，到生产与新品研发，到销售与资金运作，从而让学生全面了解企业生产经营活动与物流、供应链管理概况，把握企业成功的关键因素。 二课程目的 通过课程设计，要求学生能综合运用物流专业知识和技能，解决具体案例情境下的物流问题，训练综合分析问题、解决问题的方法和技巧，提高综合应用能力，提高创造能力和团体合作精神。 三课程设计方式与要求 1 学生分组确定各小组成员（每4人构成一个小组），并商量确定课程设计的主题项目，主题项目为现代物流模拟实验的四个模块； 2 各小组根据已选定的主题进行系统建模与设计； 3 课程设计过程中，各小组独立完成，组内成员分工协作； 4 课程设计完成后，各小组成员提交实验报告，并由一名小组代表陈述本小组实验方案（以PPT 形式展示）。 四课程进度安排 五考核方式与成绩评定 授课教师根据学生的学习态度、出勤情况、操作技能、设计质量和实验报告的完成情况等来综合考核学生的实验成绩。评分依据： 1、学生学习态度是否良好
第1 页共11 页 倒立摆系统的建模及Matlab仿真 1.系统的物理模型 考虑如图(1)所示的倒立摆系统。图中，倒立摆安装在一个小车上。这里仅考虑倒立摆在图面内运动的二维问题。 图(1)倒立摆系统 假定倒立摆系统的参数如下。 摆杆的质量：m=0.1g l=1m小车的质量：摆杆的长度：2重力加速度：g=9.8m/M=1kg s摆杆的质量在摆杆的中心。 设计一个控制系统，使得当给定任意初始条件(由干扰引起)时，最大超调量?≤10%，调节时间ts ≤4s ，通过小车的水平运动使倒立摆保持在垂直位置。 2.系统的数学模型 2.1建立倒置摆的运动方程并将其线性化。 为简化问题，在数学模型中首先假设：1)摆杆为刚体；2）忽略摆杆与支点之间的摩擦；3）忽略小车与接触面间的摩擦。 ?）,在u设小车瞬时位置为z,摆心瞬时位置为（作用下，小车及摆均产生加速远 动，sin?lz根据牛顿第二定律，在水平直线远动方向的惯性力应与u平衡，于是有 22dzd?)?sinu?M?m(zl22dtdt???2????z(M?mml?)cos?mlusin? 即：??①
绕摆轴转动的惯性力矩与重力矩平衡，因而有． 第2 页共11 页 2??d??? sin??lcosm(z?lsinmgl)??2dt?????22???????即： nis?l?ocgcosincoszs?ls??② 以上两个方程都是非线性方程，为求得解析解，需作线性化处理。由于控制的目的是保持倒立摆直?2?????且可忽略则，立，在试驾合适的外力条件下，假定θ很小，接近于零时合理的，1sincos??,项。于是有 ???M?zm?u?ml??)(③ ????g?z?l??④联立求解可得1mg?u?z????MM 1)?m(M????u??MlMl 列写系统的状态空间表达式。2.2??T xx,x,x,，选取系统变量则 xx,x,xx?,42134123xx??211mgux???x?32MM x?x?431)(M?mu?x?x? 34MlMl 即00100????z??1mg??????000?z?????d MM??Bu?Ax?xux????????00001???dt????1gm?(M)????000??????? MlMl??????Cx?0?y?xx1001代入数据计算得到：0100????000?1??????T0D,?0??1BA?,?001,C100??1000??00011?? 11 页3 页共第 3.设计控制器3.1判断系统的能控性和稳定性 1100????0011????23BBAABAB?Q?故被控对象完全可控， rank()=4,Q kk??11?0?10??011?10???22???11?。出现大于零的特征值，故被，，0 解得特征值为 0由特征方程0??11I?A?)(控对象不稳定3.2确定希望的极点， 另一对为远极点，认为系统性能主要由主导，选其中一对为主导极点和希望的极点n=4ss21极点决定，远极点只有微小影响。根据二阶系统的关系式，先确定主导极点???42??1????10.?e??t1.67?有，闭环可得；取误差带，于是取，则6.?059?0.02.?0? pns??n2????1?js??=-10.8j,远极点选择使它和原点的距离大于主导极点与原点 距离主导极点为?n,21s??15倍，取的54,33.3采用状态反馈方法使系统稳定并配置极点 ??kkkk?k；状态反馈系统的状态方程，馈状态反的控制规律为为kxu??3102?，其
实验目录 实验一：Matlab环境熟悉与基本运算（设计型）实验二：Matlab语言程序设计(设计型） 实验三：控制系统模型的建立（设计型） 实验四：Simulink仿真入门（验证型） 实验五：控制系统时域仿真分析（设计型） 实验六：Simulink环境下时域仿真 实验七：控制系统根轨迹仿真分析 实验八：控制系统频域仿真分析（设计型）
1、矩阵运算（1）矩阵的乘法 A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; y=A^2*B y = 105 115 229 251 （2）矩阵除法 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; y1=A\B 警告: 矩阵接近奇异值，或者缩放错误。结果可能不准确。RCOND = 1.541976e-18。y1 = 1.0e+16 * -0.4504 1.8014 -1.3511 0.9007 -3.6029 2.7022 -0.4504 1.8014 -1.3511 y2=A/B y2 = 1.0000 1.0000 1.0000 4.0000 2.5000 2.0000 7.0000 4.0000 3.0000 （3）矩阵的转置及共轭转置 A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; y1=A.' y1 = 5.0000 + 1.0000i 0.0000 + 6.0000i 2.0000 - 1.0000i 4.0000 + 0.0000i 1.0000 + 0.0000i 9.0000 - 1.0000i y2=A' y2 = 5.0000 - 1.0000i 0.0000 - 6.0000i 2.0000 + 1.0000i 4.0000 + 0.0000i 1.0000 + 0.0000i 9.0000 + 1.0000i 实验名称：Matlab环境熟悉与基本运算（设计型）
《物流系统仿真》 实验报告书 实验报告题目：物流系统仿真学院名称： 专业： 班级： 姓名： 学号： 成绩： 2015年5月
实验报告 一、实验名称 物流系统仿真 二、实验要求 ⑴根据模型描述和模型数据对配送中心进行建模； ⑵分析仿真实验结果，找出配送中心运作瓶颈，提出改进措施。 三、实验目的 1、掌握仿真软件Flexsim的操作和应用，熟悉通过软件进行物流仿真建模。 2、记录Flexsim软件仿真模拟的过程，得出仿真的结果。 3、总结Flexsim仿真软件学习过程中的感受和收获。 三、实验设备 PC机，Windows XP，Flexsim教学版 四、实验步骤 1 货物的入库检验过程模型描述 三种货物以特定的批量在特定的时间送达仓库的暂存区，由两名操作员将它们搬运到相对应的检验台上去，检验时需要操作员对检验设备进行预置，并在完成检验时自动贴上相应的标签。货物经过检验后，通过不同的三个传输带传送到同一个位置。 构建模型布局 为验证Flexsim软件已被正确安装，双击桌面上的Flexsim图标打开应用程序。一旦软件安装好你应该看到Flexsim菜单和工具条、实体库，和正投影模型视窗。
第1步：在模型中生成所需实体 从左边的实体库中拖动一个发生器到模型（建模）视窗中。具体操作是，点击并按住实体库中的实体，然后将它拖动到模型中想要放置的位置，放开鼠标键。这将在模型中建立一个发生器实体，把其余实体按照同样的方法生成。如下图所示。一旦创建了实体，将会给它赋一个默认的名称，在以后定义的编辑过程中，可以对模型中的实体进行重新命名。 完成后，将看到上面这样的一个模型。模型中有1个发生器、1个暂存区、3个处理器、3个输送机、1个分配器、2名操作员和1个吸收器。
《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。
XXXXXXX学院课程设计报告 课程名称： 系部： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 报告成绩： 学院教学工作部制
目录 摘要 (3) 第一章变压器介绍 (4) 1.1 变压器的磁化特性 (4) 1.2 变压器保护 (4) 1.3 励磁涌流 (7) 第二章变压器基本原理 (9) 2.1 变压器工作原理 (9) 2.2 三相变压器的等效电路及联结组 (10) 第三章变压器仿真的方法 (11) 3.1 基于基本励磁曲线的静态模型 (11) 3.2基于暂态磁化特性曲线的动态模型 (13) 3.3非线性时域等效电路模型 (14) 第四章三相变压器的仿真 (16) 4. 1 三相变压器仿真的数学模型 (16) 4.2电源电压的描述 (20) 4.3铁心动态磁化过程简述 (21) 第五章变压器MATLAB仿真研究 (25) 5.1 仿真长线路末端电压升高 (25) 5.2 仿真三相变压器 T2 的励磁涌流 (28) 5.3三相变压器仿真模型图 (34) 5.4 变压器仿真波形分析 (36) 结论 (40) 参考文献 (41)
摘要 在电力变压器差动保护中，励磁涌流和内部故障电流的判别一直是一个关键问题。文章阐述了励磁涌流的产生及其特性，利用 MATLAB 对变压器的励磁涌流、内部故障和外部故障进行仿真，对实验的数据波形分析，以此来区分故障和涌流，目的是减少空载合闸产生的励磁涌流对变压器差动保护的影响，提高保护的灵敏性。 本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。 关键字: 变压器；差动保护；励磁涌流；内部故障；外部故障；波形分析；仿真；数学模型
实验一 用MATLAB 处理线性系统数学模型 [说明] 一个控制系统主要由被控对象、测量装置、控制器和执行器四大部分构成。MATLAB 软件的应用对提高控制系统的分析、设计和应用水平起着十分重要的作用。采用MATLAB 软件仿真的关键问题之一是在MATLAB 软件平台上怎样正确表示被控对象的数学模型。 [实验目的] 1．了解MATLAB 软件的基本特点和功能； 2．掌握线性系统被控对象传递函数数学模型在MATLAB 环境下的表示方法及转换； 3．掌握多环节串联、并联、反馈连接时整体传递函数的求取方法； 4． 掌握在SIMULINK 环境下系统结构图的形成方法及整体传递函数的求取方法； 5．了解在MATLAB 环境下求取系统的输出时域表达式的方法。 [实验指导] 一、被控对象模型的建立 在线性系统理论中，一般常用的描述系统的数学模型形式有： （1）传递函数模型——有理多项式分式表达式 （2）传递函数模型——零极点增益表达式 （3）状态空间模型（系统的内部模型） 这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转换。 1、传递函数模型——有理多项式分式表达式 设系统的传递函数模型为 111011 1......)()()(a s a s a s a b s b s b s b s R s C s G n n n n m m m m ++++++++= =---- 对线性定常系统，式中s 的系数均为常数，且a n 不等于零。 这时系统在MATLAB 中可以方便地由分子和分母各项系数构成的两个向量唯一地确定，这两个向量常用num 和den 表示。 num=[b m ,b m-1,…,b 1,b 0] den=[a n ,a n-1,…,a 1,a 0]
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]。
二、成功仿真研究的步骤 对于每一个成功的仿真研究项目,其应用都包含着特定的步骤。不论该研究的类型和目的，仿真的过程是保持不变的。一般要进行如下9 步 1．问题定义 2．制定目标 3．描述系统并对所有假设列表 4．罗列出所有可能替代方案 5．收集数据和信息 6．建立计算机模型 7．校验和确认模型 8．运行模型 9．分析输出 下面对这九步作简洁的定义。它不是为了引出详细的讨论，仅仅起到抛砖引玉的作用。注意仿真研究不能简单遵循这九步的排序，有些项目在获得系统的内在细节之后，可能要返回到先前的步骤中去。同时，检验和确认将贯穿于仿真工程的每一个步骤当中。 1．问题的定义 一个模型不可能呈现被模拟的现实系统的所有方面，有时是因为太昂贵。另外，假如一个表现真实系统所有细节的模型也常常是非常差的模型，因为它将过于复杂和难于理解。因此，明智的做法是：先定义问题，再制定目标，再然后构建一个能够完全解决问题的模型。在问题定义阶段，对于假设要小心谨慎，不要做出错误的假设。例如，假设叉车等待时间较长，比假设没有足够的接收码头要好。作为大纲，制定问题的陈述越普通越好，考虑到值问题的原因，然后尽可能将问题定义的专业化。 2．制定目标和定义系统效能测度 没有目标的方针研究是毫无用途的。目标是仿真工程所有步骤的导向。系统的定义是基于 系统目标的；目标决定了该作出怎样的假设；目标决定了应该收集那些信息和数据；模型 的建立和确认专门是考虑是否满足目标的需求。目标需要清楚、明确和切实可行。目标经 常被描述成像这样的问题“通过添加机器或延长工时，能够获得更多的利润吗？”在定义 目标时，详细说明那些将要被用来决定目标是否实现的性能测度是非常必要的。每小时的 产出率、工人利用率、平均排队时间、以及最大队列长度是最常见的系统性能测度。最后，列出仿真结果的先决条件。如，必须通过利用现有设备来实现目标，或最高投资额要在限度内，或产品订货提前期不能延长等。 3．描述系统和列出假设 简单点说，仿真模型降低完成工作的时间。系统中的时间被划分成处理时间、运输时间和排队时间。不论模型是一个物流系统、制造工厂、或服务机构，清楚明了的定义如下建模要素都是非常必要的：资源、流动项目（产品、顾客或信息）、路精、项目运输、流程控制、
倒立摆系统的建模及Matlab 仿真 1.系统的物理模型 考虑如图(1)面内运动的二维问题。 图(1)倒立摆系统 假定倒立摆系统的参数如下。 摆杆的质量：m=0.1g 摆杆的长度：l =1m 小车的质量： M=1kg 重力加速度：g=9.8m/2s 摆杆的质量在摆杆的中心。 设计一个控制系统，使得当给定任意初始条件(由干扰引起)时，最大超调量δ ≤10%，调节时 间ts ≤4s ，通过小车的水平运动使倒立摆保持在垂直位置。 2.系统的数学模型 2.1建立倒置摆的运动方程并将其线性化。 为简化问题，在数学模型中首先假设：1)摆杆为刚体；2）忽略摆杆与支点之间的摩擦；3）忽略小车与接触面间的摩擦。 设小车瞬时位置为z,摆心瞬时位置为（θsin l z +）,在u 作用下，小车及摆均产生加速远动，根据牛顿第二定律，在水平直线远动方向的惯性力应与u 平衡，于是有 u l z dt d m dt z d M =++)sin (22 22θ 即： u ml ml z m M =-++θθθθsin cos )(2&&&&& ① 绕摆轴转动的惯性力矩与重力矩平衡，因而有
θθθsin cos )sin (22mgl l l z dt d m =??? ????+ 即： θθθθθθθsin cos sin cos cos 22g l l z =-+&&&&& ② 以上两个方程都是非线性方程，为求得解析解，需作线性化处理。由于控制的目的是保持倒立摆直 立，在试驾合适的外力条件下，假定θ很小，接近于零时合理的，则1cos ,sin ≈≈θθθ，且可忽略θ θ2&项。于是有 u ml z m M =++θ&&&& )( ③ θθg l z =+&&&& ④ 联立求解可得 u Ml Ml m M u M M mg z 1)(1 -+=+- =θθθ&&&& 2.2列写系统的状态空间表达式。 选取系统变量4321,,,x x x x ， []T x x x x x 4321,,,=则 u Ml x Ml m M x x x u M x M mg x x x 1 )(134433221-+= =+-==&&&& 即 []Cx x x y Bu Ax u Ml M x Ml g m M M mg z z dt d x ===+=?????? ? ???????-+?????????? ??? ? +- =???? ????????=000110100)(0 010 0000000 1 1θθ&&& 代入数据计算得到： [][]0,0001,1010,01100 1000010000 1 0==-=? ? ??? ? ??? ???-=D C B A T
MATLAB及 控制系统仿真 实验 班级：智能0702
姓名：刘保卫 学号： 06074053(18) 实验四控制系统数学模型转换及MATLAB实现 一、实验目的 熟悉MATLAB 的实验环境。 掌握MATLAB 建立系统数学模型的方法。 二、实验内容 （注：实验报告只提交第2 题） 1、复习并验证相关示例。 （1）系统数学模型的建立 包括多项式模型（Transfer Function，TF），零极点增益模型(Zero-Pole，ZP)，状态空间模型 （State-space,SS）； （2）模型间的相互转换 系统多项式模型到零极点模型（tf2zp）,零极点增益模型到多项式模型（zp2tf）,状态空间模 型与多项式模型和零极点模型之间的转换（tf2ss,ss2tf,zp2ss…）； （3）模型的连接 模型串联（series）,模型并联（parallel）,反馈连接（feedback） 2、用MATLAB 做如下练习。 （1）用2 种方法建立系统的多项式模型。 程序如下： %建立系统的多项式模型（传递函数） %方法一，直接写表达式 s=tf('s') Gs1=(s+2)/(s^2+5*s+10) %方法二，由分子分母构造 num=[1 2]; den=[1 5 10]; Gs2=tf(num,den) figure pzmap(Gs1) figure pzmap(Gs1) grid on 运行结果：
易知两种方法结果一样 Transfer function: s Transfer function: s + 2 -------------- s^2 + 5 s + 10 Transfer function: s + 2 -------------- s^2 + 5 s + 10 （2）用2 种方法建立系统的零极点模型和多项式模型。 程序如下： %方法一 s=tf('s') Gs1=10*(s+1)/((s+1)*(s+5)*(s+10)) % zpk模型 ZPK=zpk(Gs1) %方法二 % tf模型 num=[10 10]; den=conv([1 1],conv([1 5],[1 10])); Gs2=tf(num,den) % zpk模型 ZPK=zpk(Gs2) figure pzmap(Gs1) figure pzmap(Gs1) grid on 运行结果： 易知两种方法结果一样 Transfer function: s Transfer function:
四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference to the four-rotor aircraft.Then the simulation is done in the software of Matlab/simulink. Keywords: Quad-rotor，The dynamic mode, Matlab/simulink
1、系统模型定义模型是把对象实体通过适当的过滤，用适当的表现规则描绘出的简洁的模仿品。 2、模型的特点 （1）它们都是被研究对象的模仿和抽象； （2）它们都是由与研究目的有关的、反映被研究对象某些特征的主要因素构成的； （3）反映被研究对象各部分之间的关联，体现系统的整体特征。 3、按照模型的形式分，模型有抽象模型和形象模型 （1）抽象模型 用概念、原理、方法等非物质形态对系统进行描述所得到的模型，包括数学模型、图形模型、计算机程序、概念模型 （2）形象模型 模拟模型和实物模型 4、建立模型的步骤 （1）根据系统的目的，提出建立模型的目的－为什么建模型 （2）根据建立模型的目的，提出要解决的具体问题－解决哪些问题 （3）根据所提出的问题，构思要建立的模型类型、各类模型之间的关系等，即构思所要建立的模型系统。－建一些什么样的模型？它们的关系？ （4）根据所构思的模型体系，收集有关资料－模型需要哪些资料？ （5）设置变量和参数－需要哪些变量和参数？ （6）模型具体化－－模型的形式是什么？ （7）检验模型的正确性－－模型正确吗？ （8）将模型标准化－－该模型通用性如何？ （9）根据标准化的模型编制计算机程序，使模型运行－－计算时间短吗？占用内存少吗？ 5、建立模型的注意事项 （1）明确目的，确定构成要素 （2）模型的简单化和高精度模型 （3）没有固定不变的建模方法 （4）模型的验证 （5）没有人类介入的系统模型 6、系统仿真技术是应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。 7、系统仿真的组成要素 （1）实际系统：行为输入输出行为 （2）实验框架：有效性某种假设、限制条件 （3）基本模型：假想的完全解释 能解释实际系统的所有输入－输出行为的模型 （4）集总模型：简化从基本模型或根据实验者对实际系统的设想，按照把各个实体集总在一起并简化它们的相互关系而构造的模型。 （5）计算机：复杂性 8、系统、模型及仿真的关系 系统是研究对象，模型是系统抽象，仿真则是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。
MATLAB及控制系统 仿真实验 班级：智能0702 姓名：刘保卫 学号：06074053(18)
实验四控制系统数学模型转换及MATLAB实现 一、实验目的 熟悉MATLAB 的实验环境。 掌握MATLAB 建立系统数学模型的方法。 二、实验内容 （注：实验报告只提交第2 题） 1、复习并验证相关示例。 （1）系统数学模型的建立 包括多项式模型（Transfer Function，TF），零极点增益模型(Zero-Pole，ZP)，状态空间模型 （State-space,SS）； （2）模型间的相互转换 系统多项式模型到零极点模型（tf2zp）,零极点增益模型到多项式模型（zp2tf）,状态空间模 型与多项式模型和零极点模型之间的转换（tf2ss,ss2tf,zp2ss…）； （3）模型的连接 模型串联（series）,模型并联（parallel）,反馈连接（feedback） 2、用MATLAB 做如下练习。 （1）用2 种方法建立系统的多项式模型。 程序如下： %建立系统的多项式模型（传递函数） %方法一，直接写表达式 s=tf('s') Gs1=(s+2)/(s^2+5*s+10) %方法二，由分子分母构造 num=[1 2]; den=[1 5 10]; Gs2=tf(num,den) figure pzmap(Gs1) figure pzmap(Gs1) grid on 运行结果： 易知两种方法结果一样 Transfer function: s
Transfer function: s + 2 -------------- s^2 + 5 s + 10 Transfer function: s + 2 -------------- s^2 + 5 s + 10 （2）用2 种方法建立系统的零极点模型和多项式模型。程序如下： %方法一 s=tf('s') Gs1=10*(s+1)/((s+1)*(s+5)*(s+10)) % zpk模型 ZPK=zpk(Gs1) %方法二 % tf模型 num=[10 10]; den=conv([1 1],conv([1 5],[1 10])); Gs2=tf(num,den) % zpk模型 ZPK=zpk(Gs2) figure pzmap(Gs1) figure pzmap(Gs1) grid on 运行结果： 易知两种方法结果一样 Transfer function: s Transfer function: 10 s + 10 ------------------------ s^3 + 16 s^2 + 65 s + 50