Matlab/Simulink的仿真应用
一、基于Matlab 的信号与系统仿真实验
《信号与系统》是电气信息类专业的重要专业基础课，其理论性较强,概念抽象而难以理
解，公式推导复杂、计算繁琐，系统分析时的时域图和频谱图都较难绘制。该课程传统教学一直采用黑板式的单一教学方式，大量的数学计算使课堂教学枯燥沉闷，学生依靠做大量习
题来巩固和理解教学内容，对课程中众多的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分
析，严重影响和制约了教学效果，直接造成理论教学课时不够，实践教学环节薄弱，学生学习负担加重的不良后果针对《信号与系统》课程内容的特点，利用MATLAB的信号处理工
具箱和图形处理及数据可视化，将结论直接用图形来演示，具有让学生直观地认识抽象的概念、定理、结论，深入理解重要概念的作用。
1.1 MATLAB简介 美国 MathWorks 公司于 1984 年推出一款面向工程和科学运算的 MATLAB （MatrixLaboratory--矩阵实验室)高性能软件，被广泛应用于数值分析、自动控制、信号
处理、信息通信、工程建筑金融分析及图像处理等众多领域，是目前国际上公认的最具影响力的科技应用软件，深受工程技术人员及科研工作者的欢迎。目前，国内外很多高等院校已
将 MATLAB列为本科生、研究生必须掌握的基础工具软件之一。它的主要特点包括:
（1）高效的数值计算及符号计算功能，使用户摆脱了繁杂的数学运算分析； （2）完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；
（3） 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握，编程效率极高； （4） 开放性好，能与多种平台工具软件兼容；
（5）功能丰富的应用工具箱，具有广泛解决各学科专业领域内复杂问题的能力。
1.2 MATLAB仿真实验应用
MATLAB强大的符号运算功能与图形处理功能，为实现信号的可视化及系统分析提供
了强有力的工具。工具箱函数可以分析连续信号、连续系统、离散信号、离散系统等，并可对信号进行时域和频域的各种计算、分解和变换，如相加、相乘、移位、反折、傅立叶变、
二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真
一、仿真原理
图1二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床示意图
图2 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床刃磨原理图
重要假设条件：
1、 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床是通过两组并联杆（2，a和3，b）保证动平台4只在空间中做水平运动，而没有翻转运动。每一组并联杆是由空间相互平行的4根杆件组成，由于组内各杆件受力相同，所以将其简化成平面机构如图2。构件a，b是保证动平台4只做水平运动的辅助平行杆，所以可以假设将机构中杆件a，b省略，而动平台4只做水平移动，没有翻转运动，也就是4相对于地面的夹角θ4恒等于0。
2、 直线电机的次子有两个（1和5）但是在加工过程中并不是两者同时运动，所以假设5与导轨固联。
3、 假设机床在工作过程中动平台4只受到树直向上的恒力作用，且作用在其中心位置。
基于以上假设机床平面结构示意图如图3。
图3二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床简化机构平面结构示意图
二、建立仿真方程
C2=cos(θ2) S2=sin(θ2) C3=cos(θ3) S3=sin(θ3)
一）力方程（分别对各个杆件进行受力分析）
对动平台4：受力分析如图4
图4动平台4的受力分析
对并联杆2：受力分析如图5
图5并联杆2的受力分析
对直线电机滑块1：受力分析如图6
图6直线电机滑块1的受力分析
F24x+F43x=m4*Ac4x （1）
F24y+F43y=m4*Ac4y （2）
F24y*rc4-F43y*rc4=0 （3）
F12x+F24x=-m2*Ac2x （4）
实验七 SIMULINK 仿真集成环境
一、实验目的
熟悉 SIMULINK 的模型窗口、熟练掌握SIMULINK 模型的创建，熟练掌握常用模块的操作及其连接。
二、实验内容
(1) SIMULINK 模型的创建和运行。
(2) 一阶系统仿真。
三、实验步骤
1．Simulink 模型的创建和运行
(1) 创建模型。
① 在MATLAB 的命令窗口中输入simulink 语句，或者单击MATLAB 工具条上的SIMULINK 图标，SIMULINK 模块库浏览器。
② 在MATLAB 菜单或库浏览器菜单中选择File|New|Model，或者单击库浏览器的图标，即可新建一个“untitle”的空白模型窗口。
③ 打开“Sources”模块库，选择“Sine Wave”模块，将其拖到模型窗口，再重复一次；打开“Math Operations”模块库选取“Product”模块；打开“Sinks” 模块库选取“Scope”模块。
(2) 设置模块参数。
① 修改模块注释。单击模块的注释处，出现虚线的编辑框，在编辑框中修改注释。
② 双击下边“Sine Wave”模块，弹出参数对话框，将“Frequency”设置为100；双击“Scope”模块，弹出示波器窗口，然后单击示波器图标，弹出参数对话框，修改示波器的通道数“Number of axes”为3。
③ 如图A4 所示，用信号线连接模块。
图A4
(3) 启动仿真
① 单击工具栏上的图标或者选择Simulation|Start 菜单项，启动仿真；然后双击“Scope”模块弹出示波器窗口，可以看到波形图。
② 修改仿真步长。在模型窗口的Simulation 菜单下选择“Configuration Parameters”
命令，把“Max step size”设置为0.01；启动仿真，观察波形是不是比原来光滑。
③ 再次修改“Max step size”为0.001；设置仿真终止时间为10s；启动仿真，单击示
《现代机械工程基础实验》之
机械工程控制基础综合实验报告
姓名
学号
班级
山东建筑大学 机电工程学院
2012.06.04~06
第二部分Simulink方法及仿真实验
一、开环系统
1、如图所示，开环系统是积分环节的开环系统。当输入信号分别是方波信号和正弦信号时，分析输出信号的波形。
积分环节的特点是输出量为输入量对时间的累积，输出幅值呈线性增长。经过时间的累积后，当输入信号为零时，输出量不再增加且该值保持不变，即是具有记忆的功能。
（a）输入信号是方波信号
输入信号波形图 输出信号波形图
分析：当输入信号时方波信号时，输出信号等于对方波信号时间的累积。当方波信号在高电位时，输出为线性增长；当方波信号在零电位时，输出信号不增加，并且是保持不变的，因此是一条直线，在时间的积累下，输出信号就是如图所示的波形。
(b) 输入信号是正弦信号
输入信号波形图 输出信号波形图
分析：当输入信号时正弦波信号时，输出信号也是输入信号对时间的累积。当正弦波在上半部分时，输出信号不断增大；当在1/2周期时，输出信号达到最大值；当正弦波在下半周期时，输出信号因为对负值的不断累积而减小，在一个周期时为0。因为可以得出输出信号的波形图如上图所示。
2、如图所示，开环系统是一阶惯性环节的开环系统。当输入信号分别是方波信号和正弦信号时，分析输出信号的波形。
一阶惯性环节逇输出需要延迟一段时间才能够接近所要求的输出量，但是它也是从输入开始的时候就有了输出。如图所示的一阶惯性环节，因此输出量的最大值应该时输出量的1/2。
（a）输入信号是方波信号
输入信号波形图 输出信号波形图
分析：当输入信号是方波信号时，输出量一开始就有了，且从0开始逐渐增大，当达到1/2周期时，输出量达到了最大值；当方波信号为零电位时，输出量有不断减小，在一个周期时变为0，如此周期变化下去，因此可以得到输出信号的波形图如图所示。
