小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真
第３１卷第４期大学物理实验
Ｖｏｌ.３１Ｎｏ.４２０１８年８月
ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥ
Ａｕｇ.２０１８
收稿日期:２０１８￣０３￣１５
基金项目:江苏省现代教育技术研究课题(２０１８￣Ｒ￣６３８１４)
文章编号:１００７￣２９３４(２０１８)０４￣００６９￣０４
小球在空气阻力下弹跳实验的建模与仿真
张一林
(南京林业大学?江苏南京一２１００３７)
摘要:使用Ｍａｔｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件?建立了小球在空气阻力下反复弹跳的实验模型?讨论了小球在不同空气阻尼系数下的位移和速度?加深了学生对质点落体运动以及碰撞问题的认识?关
键
词:弹跳运动?Ｍａｔｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ?空气阻尼
中图分类号:Ｏ４￣３９
文献标志码:Ａ
ＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１８.０４.０１８
一一物体在空气中运动时?会受到空气阻力?阻力的方向与速度方向相反?研究表明[１?２]:空气对运动物体的阻力大小?与物体运动的速度有关?
当物体做低速运动时?空气阻力正比于物体的运动速率?当物体高速运动时?它所受到的空气阻力则正比于速率的平方?这个结论只适用于特定的实验环境?因为物体所受的空气阻力还会受到其形状二大小二密度二光滑度以及环境等诸多因素[３￣７]的制约?因此在不同时间二地点下测量?可能会得到不同的结论?所以?我们希望通过Ｍａｔｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件建立小球在不同空气阻尼系数下做弹跳运动的虚拟实验模型?通过改变模型中的控制参数?来研究小球的运动状态?从而加深学生对质点动力学问题的认识和理解?１一小球弹跳实验的动力学方程
考虑一个质量为ｍ?可看成质点的刚性小球?在地面上反复弹跳?以地面为坐标原点?竖直向上为正方向?建立一维的坐标系?如图１所示?
图１ 小球的下落和上升过程
图左(右)边分别表示小球在下落(上升)过程中所受到的重力ｍｇ和空气阻力ｆ＝ｋ｜ｖ｜α?其中｜ｖ｜表示小球的速率?ｋ是空气阻尼系数?α是空气阻尼指数因子?
根据牛顿第二定律?小球下落过程的动力学方程可表示为:ｍａ＝－ｍｇ＋ｋ｜ｖ｜α(１)
同理?上升过程的动力学方程可表示为ｍａ＝－ｍｇ－ｋ｜ｖ｜α(２)利用小球下落过程的速度ｖ<０?上升过程ｖ>０?可以合并(１)式和(２)式:
ｍａ＝－ｍｇ－ｋｖ｜ｖ｜α－１即ａ＝－ｇ－
ｋ
ｍ
ｖ｜ｖ｜α－１(３)若小球不受到空气阻力(ｋ＝０)时?则小球在竖直方向做自由落体运动?其运动方程可表示为:
ｘ(ｔ)＝ｘ０＋ｖ０ｔ＋１
２
ｇｔ２(４)
若空气阻尼指数因子α＝１时?其运动方程为:
ｘ(ｔ)＝ｘ０－ｍｋｇｔ＋ｍｋｖ０＋ｍｋｇ?
è
???÷１－ｅ－ｋｔｍ()
(５)
其中ｘ０表示小球的初始位置?ｖ０表示初速度?在实际过程中?空气阻尼指数因子α取非整数?则(３)式没有解析解?只能得到数值解?因此通过Ｍａｔｌａｂ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真平台来模拟小球真实的运动过程是非常有效的?
另外?小球与地面的碰撞是非弹性碰撞?其第ｉ次碰撞的恢复系数可定义为:
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用 摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。 关键词：制造系统建模仿真 仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术 1制造业建模与仿真技术的地位 制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。现代制造的基本特点是大制造和全过程。“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当中去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。建模与仿真（M＆S）技术在改进产品和过程，缩短市场响应时间，以及降低产品实现的成本方面，具有其它技术 无法比拟的重要作用。 2制造业建模与仿真技术的作用 当今的制造系统是集现代机械制造、计算机科学和管理工程于一体的综合应用，由于它技术复杂、投资巨大，采用建造实体系统进行研究显然是不合理的。
通信系统建模与仿真课程设计
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
HyperMesh软件在列车空气动力学仿真中的应用
HyperMesh软件在列车空气动力学仿真中的应用Application in Aerodynamics of Train of HyperMesh 摘要: 本文结合HyperMesh软件和Fluent仿真工具，探讨一种快速空气动力学仿真建模和仿真方法。以某高速车为例，建立列车的三维空气动力学计算模型，获得列车周围流场分布和表面压力分布特性，为车辆设计的改进提供参考。 关键词:流场 空气动力 HyperMesh Abstract Combining with the software of HyperMesh and Fluent, the paper discussed a quick simulation method of aerodynamics. Take some high-speed EMU for example, the 3D model of train is built, the flow field and the pressure around train is acquired. The conclusion offered reference for design. Key words:flow field, aerodynamics, HyperMesh 1概述 随着我国铁道车辆和线路装备水平的发展，列车的运营速度越来越高。200公里动车组和300公里动车组相继开通运营，高速动车组给交通运输带来了巨大的便利的同时，也给车辆设计带来很大的挑战。其中，高速运行时的空气动力学特性就是高速车需要克服的难点之一，它直接关系到列车的运行安全性和舒适性，同时对于减少空气阻力和节能有很大的贡献。 空气动力学的研究通常通过试验的方法获得各种数据，比如比例模型的风洞试验或整车的线路试验。但比例模型的风洞试验成本比较高，有时为了获得最优的方案需要做很多试验模型，更增加了设计成本的支出。整车的线路试验是在车辆设计完成之后进行的工作，一般带有一种验证性的成分。因此，基于有限元的虚拟仿真空气动力学试验在车辆的实际前期发挥了很大的作用。本文结合多种仿真工具，探讨一种快速空气动力学仿真建模的方法。以某高速车为例，建立列车的三维空气动力学模型，获得列车速度对流场分布和表面压力分布。
系统建模与仿真
一、基本概念 1、数字正弦载波调制 在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。 2、数字正弦载波调制的分类。 在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。如黑板所示。 2、高斯白噪声信道 二、实验原理 1、实验系统组成 2、实验系统结构框图
图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图 各个模块介绍p12 3、仿真程序 x=0:15;% x表示信噪比 y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序 SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素 sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 y(i)=mean(BitErrorRate); end hold off% 准备一个空白的图 semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标 三、实验结论
图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图 系统建模与仿真（二） ——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能 一、基本概念 多径瑞利衰落信道 二、实验原理 1、实验系统组成
制造系统建模与仿真知识点1
知识点1 1. 在查阅资料的基础上，了解系统建模与仿真技术在经济建设、新品研发、企业运作以及 社会发展中的功能与作用，包括： ①系统建模与仿真技术在制造企业规划与运营中的应用，如企业选址、车间布局、生产线 平衡、瓶颈分析等。 ②系统建模与仿真技术在工程开发中的应用，如三峡大坝建设、机场选址、城市及区域规 划、大型体育设施建设等。 ③系统建模与仿真技术在工业产品研制中的应用，如长征火箭、神舟飞船、军用及民用飞 机研制、高铁列车开发、汽车产品研制等。 ④系统建模与仿真技术在社会服务系统中的作用，如商业服务企业选址、医院选址与布局、 商业设施的布局规划、游乐设施规划布局、公交线路布点及班次优化等。 ⑤系统建模与仿真技术在物流系统中的应用，如物流企业选址、配送中心选址与布局、物 流系统规划开发、物流设备研制等。 ⑥围绕具体产品（如汽车）或系统（如载人航天工程），分析系统建模与仿真技术的具体应 用。 2．什么是系统，它有哪些特点？结合具体的制造系统、物流系统或服务系统，分析系统的组成要素、功能和边界。 3. 什么是制造系统？它有哪些特点？常见的制造系统有哪些类型？ 4. 什么是机械制造系统，它具有哪些特点？简要分析机械制造系统的运行过程。 5. 以机械制造系统为例，分析此类系统运作的基本特点，系统与环境之间存在哪些交互作 用？ 6. 在查阅资料的基础上，以汽车整车制造企业为例，分析此类系统中物料流、能量流和信 息流涵盖的内容。 7. 以家用电气产品（如电视机、冰箱、手机等）制造系统为例，分析此类系统在设计及运 行过程可能存在的各类动态和随机性因素。 8．什么是连续系统和离散系统，它们存在哪些区别。结合具体案例，分析连续系统和离散系统分别具有哪些特点。 9．分析系统、模型与仿真三者之间的关系。对系统而言，建模与仿真技术具有哪些作用？10．对制造系统而言，哪些方法能够分析此类系统的性能，它们各具有什么特点？为什么计算机仿真技术的应用越来越普遍？ 11. 与实物试验相比，基于模型的试验具有哪些优点？ 12. 总体上，系统模型可以分为哪些类型？简要分析每类模型的特点，并给出具体案例。13．制造系统的建模与仿真具有哪些特点？ 14. 对制造系统而言，仿真研究的目标可以分为哪几种类型？ 15. 分别从“设计决策”和“运行决策”的角度出发，分析仿真技术可以为制造系统设计及运行 提供决策支持。 16. 仿真技术本身具有优化系统设计的功能吗？为什么？试解释之。 17. 在查阅资料的基础上，比较仿真技术与运筹学方法的异同之处。 18. 从建模和仿真研究的角度，机械制造系统建模和仿真时通常涉及哪些类型的建模元素？ 19. 以制造系统及物流系统为对象，在查阅资料的基础上，了解下列术语在系统性能评估中 的作用，分析仿真技术与它们之间的关系。 ⑴系统（system）
系统建模与仿真项目驱动设计报告
系统建模与仿真项目驱动设计报告 学院：电气工程与自动化学院 专业班级：自动化143班 学号：2420142928 学生姓名：李荣 指导老师：杨国亮 时间：2016年6月10号
仿真技术是一门利用物理模型或数学模型模拟实际环境进行科学实验的技术，具有经济、可靠、实用、安全、灵活和可多次重复使用的优点。 本文中将使用Matlab软件实现一个简单的控制系统仿真演示，可实现对一些连续系统的数字仿真、连续系统按环节离散化的数字仿真、采样控制系统的数字仿真以及系统的根轨迹、伯德图、尼克尔斯图和奈氏图绘制。 本设计完成基本功能的实现，基于Matlab的虚拟实验仿真的建立和应用，培养了我们的兴趣，提高了我们的实践能力。 关键字：Matlab；系统数字仿真；根轨迹；伯德图。
第一章概述 (4) 1.1 设计目的 (4) 1.2 设计要求 (4) 1.3设计内容 (4) 第二章 Matlab简介 (6) 2.1 Matlab的功能特点 (6) 2.2 Matlab的基本操作 (6) 第三章控制系统仿真设计 (8) 3.1 控制系统的界面设计 (8) 3.2 控制系统的输入模型设计 (9) 3.3 欧拉法的Matlab实现 (12) 3.4 梯形法的Matlab实现 (14) 3.5 龙格-库塔法的Matlab实现 (15) 3.6 双线性变换法的Matlab实现 (16) 3.7 零阶保持器法的Matlab实现 (17) 3.8 一阶保持器法的Matlab实现 (18) 3.9 系统PID控制的Matlab实现 (19) 3.10 系统根轨迹的绘制 (21) 3.11系统伯德图的绘制 (22) 3.12系统尼克尔斯图的绘制 (23)
小球弹跳仿真
Matlab仿真技术作品报告 题目:基于MA TLAB的小球弹跳仿真 系（院）： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 学年学期:~ 学年第学期 年月日
设计任务书
摘要matlab的应用领域非常广泛，从基本的线性代数、泛函分析，到应用广泛的信号处理、可控制系统、通信系统，直到神经网络、小波理论等最新技术领域。为了体现matlab这个语言工具的应用，所以以本次课程设计为小小的实例，来体现它的应用价值。本次课程设计思想来源于基础实验课的第一次实验，不过在此基础上提高了难度，综合运用了整个matlab课程中所学到的知识。第一次关于小球弹跳的实验只是把它的轨迹图用绘图方法制作出来，而且物理情景简单，初始速度为0，高度为1，小相当于竖直下落过程，所以让我想到在此基础上深入挖掘，做一个初始速度、初始高度和衰减系数都可以通过输入来确定，可以描绘出小球弹跳的整个动态过程，而这一切正是matlab仿真技术可以解决的问题，也是体现这门课程的主要特色所在。 关键词初始速度、初始高度、衰减系数、动态、simulink、GUI 界面、仿真图形
一、绪论 MATLAB语言是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。它集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易有用户自行扩展。与其它计算机语言相比，MATLAB具有以下特点： （1）、MA TLAB是以解释方式工作，输入算是立即得出结果，无需编译，对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即作出反应，便于编程者马上改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。 （2）、变量的多功能性。每个变量代表一个矩阵，可以有mn 个元素；每个元素都可以看做一个复数；矩阵的行数列数无需定义，MATLAB会根据用户输入的数据形式，自动决定一个矩阵的阶数。 （3）、运算符号的多功能性。所有的运算，包括加减乘除、函数运算都对矩阵和复数有效。 （4）、语言规则与笔算式相似。 （5）、强大而简易的作图功能。能根据输入数据自动确定坐标绘图；能规定多种坐标（极坐标、对数坐标等）绘图；能绘制三维坐标中的曲线和曲面；可设置不同的颜色、线型、视角等，如果数据齐全，往往只需要一条命令即可给出相应的图形。 （6）、智能化程度高。绘图时自动选择最佳坐标，以及按输入或输出变元数自动选择算法等；做数值积分时自动按精确度选择步长；自动检测和显示程序错误的能力强，易于调试。、 （7）、功能丰富，可扩展性强。MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解，数据处理和傅里叶变换及数值积分等。扩展部分称为工具箱，它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或某一领域的新算法，现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多个工具箱，并且还在继续发展中。 而对于我们信息工程类专业生，学习本课程，重点介绍信号处理、自动控制和通信仿真三个方面的应用，涉及的课程有高等数学，信号与系统、数字信号处理、自动控制原理、数字通信等。本次课程设计也是在此基础上综合运用所学知识，体
《生产物流系统建模和仿真》课程设计报告
《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。
现场教学九-轨迹动画弹跳小球
现场教学九轨迹视图动画练习——创建弹跳小球 一、创建基本动画 1、创建球体 在【顶】视图中建立一个球体，并赋予合适的材质。在物体名称栏中将名称Sphere01改为Ball，如图1所示： 图1 将球体名称改为Ball 2、单击【长方体】按钮，在【顶】视图球体的下面创建一个扁平的长方体，赋予木质材质。 3、配合主工具栏的移动按钮，在左视图和前视图中将球体与长方体移动到合适的位置，如图2所示。 图2 将球体和长方体移动到合适的位置 下面通过轨迹视图对话框设置小球的弹跳轨迹 4、选择主菜单的【图表编辑器】→【轨迹视图－曲线编辑器】命令打开轨迹视图窗口，单击左侧层级区的Ball，再单击【变换】旁边的加号展开Ball对象的所有变换轨迹，如图3所示。 图3 Ball的所有变换轨迹 5、移动时间滑块到第20帧，此时的轨迹视图对话框右侧的轨迹编辑视窗中会出现一条细小的垂直线，它代表当前画面的帧数。 6、按下主界面状态栏上【自动关键点】按钮以记录动画，并选定主工具栏上的移动工具按钮，在【左】视图中，将球体向下移动到长方体表面。在轨迹视图中，一个灰色的动画关键
点出现在“位置”轨迹的第0帧和第20帧画面上，同时一条蓝色的范围线出现在“变换”和Ball的轨迹中，如图4所示。 图4 Z轴的运动轨迹 7、再次单击【自动关键点】按钮，关闭动画模式，利用鼠标左键拖动时间滑块，可看到球体在第20帧降至地平面，然后保持不动。在轨迹视图的“位置”项目中出现两个动画关键点，第0帧为球体的原始位置，第20帧为球体的新位置。 （接下来，通过轨迹视图对话框将“位置”0帧的动画关键点复制到第40帧处，将球体在40帧时回到原始位置。见第8步操作） 8、在轨迹视图对话框中，确认【移动关键点】按钮被按下，按住键盘上的Shift键不放，单击第0帧的动画关键点，观察轨迹视图对话框底部中央的空白信息框中显示的数字，向右拖到第40帧处，如图5所示。 图5 复制关键点 9、拖动时间滑块，可以看到球体在0－40帧之间进行上下移动。 10、在轨迹视图对话框中，循环动作的制作功能非常强大。单击左侧层级中的“位置”选项中的“Z位置”，在右侧轨迹编辑视窗中显示出一条蓝色的曲线，如图6所示。
电力系统建模及仿真课程设计
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -
matlab仿真自由落体
通信仿真技术与实践上机作业一 （实例 1.1）试对空气中在重力作用下不同质量物体的下落过程进行建模和仿真。已知重力加速度g=9.8m/s^2，在初始时刻t0=0s时物体由静止开始坠落。考虑空气阻力的影响。 （1）建立数学模型 质量为m的物体在自由坠落过程中受到竖直向下的恒定重力和向上的空气阻力f 的作用，由牛顿第二定律，我们知道，重力mg，加速度a以及物体质量m之间的关系是： mg-f=ma f=k*(v^2) k=空气阻力系数，为一恒定值 a=g-k(v^2/m) （2）数学模型的解析分析 v(t)=at s(t)=21at^2 （3）根据数学模型建立计算机仿真模型（编程） 将方程转换为一种在自变量（时间）上的“递推”表达式 v(t+dt)=v(t)+dv=v(t)+adt s(t+dt)=s(t)+ds=s(t)+v(t)dt （4）执行仿真和结果分析 % 自由落体.m % 模拟受到空气阻力的小球 g=9.8; % 重力加速度 a=g; m=10; k=0.5; % 空气阻力系数 v=0; % 设定初始速度条件 s=0; % 设定初始位移条件 t=0; % 设定起始时间 dt=0.1; % 设置计算步长 N=20; % 设置仿真递推次数. 仿真时间等于N与dt的乘积 for f=1:N v=v+a*dt; % 计算新时刻的速度 a=a-k.*(v^2)./m; % 空气阻力f=k*(v^2)/m s(f+1)=s(f)+v*dt; % 新位移 t(f+1)=t(f)+dt; % 时间更新 end % 作图: 受空气阻力落体结果与自由落体结果对比 t=0:dt:N*dt; subplot(1,2,2) plot(t,s,'o'); xlabel('时间 t'); ylabel('位移 s'); legend('受空气阻力的落体');
制造系统建模与仿真知识点
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些 挑战？ 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？ 4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？ 5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分 析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真 时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？ 10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？ 12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？ 13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下： ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…，分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果，并通过编程或采用商品化软件，以图形、报表等形 式表示投针试验结果，分析其中的规律，并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上，编制投针试验仿真程序，动态运行投针试验的过程。15．什么是蒙特卡洛仿真？它有什么特点，蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么？ 16．采用C或C++等语言，分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列，通过改变每种分布中参数的数值，分析不同参数数值对随机数值的影响；通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图，检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言，库存有哪些作用和功能？ 18. 在制造企业中，库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期？确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素？ 20. 什么叫“订货点法”？要确定订货点，需要哪些条件？订货点法适合于怎样的库存系统？
空气动力学
基于空气动力学的车身设计方法 14车辆卓越雷方龙1408032214 现如今工业技术急速进步，为汽车工业发展创造了良好的契机，汽车变得越来越普及、越来越高速，由此车身空气动力学曲线问题得到诸多研究人员的热点关注。 众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据测试，一辆以100km/h速度行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性。如图1为空气流动对汽车的各方面影响。 图1 自卡尔·本次在1886年发明生产出世界上第一辆汽车起，汽车已有了百年的发展历史。从汽车造型角度而言，自最初的马车型汽车(无空气动力学阶段)，到现如今的复合型汽车(空气动力学高度化阶段)，车身空气动力学曲线发展收获了显著的成效[1]。车身空气动力学一方面重要影响着汽车的各式各样关键性能，好比动力性能、安全性能、环保性能以及经济性能等，另一方面也重要影响着汽车的外观转变及审美发展潮流。随着社会经济发展，人们生活水平日益改善，人们对于出行必备交通工具汽车的性能要求愈来愈高，汽车生产商对于车辆的气动特征也越来越关注，气动性能的好坏以转变成汽车行业竞争的关键因素。 汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的80%以上。
一、在研究汽车空气动力学的过程中的三种方法。 （1）、理论研究方法理论研究方法通过抓住所分析问题的主要影响因素，抽象出合理的简化理论模型，并根据总结出来的相关物理定律和有关介质性质的试验公式来建立描述介质运动规律的积分或微分方程。然后利用各种数学工具及相应的初始、边界条件解出方程组，通过对解分析来揭示各种物理量的变化规律，包括将它与实验或观察资料对照，确定解的准确度和适用范围。 （2）、数值计算研究方法由于数学发展水平的局限，理论研究只能建立较为简单的近似模型，无法完全满足研究更复杂更符合实际的气流的要求。于是近年来出现了依托快速电子计算机进行有效数值计算的方法CFD，其中包括有限元法、有限差分法等，它属于汽车计算机辅助空气动力学CAA的设计范畴，并已成为与理论分析和实验并列或具有同等重要性的研究方法。其优点是能够用来预测或解决一些理论及实验无法处理的复杂流动问题，取代部分实验环节，省时省工。但它要求事前对问题的物理特性有足够的理解，提炼出较精确的数学方程及相应的初始、边界条件等。但这些都离不开试验和理论方法的支持，并且数值方法通常无法直接反映同类问题中有普遍指导意义的结论或规律。 （3）、试验研究方法试验研究方法在空气动力学研究中占有重要地位，如风洞试验法、道路试验法。它使人们能在与所研究问题相同或相近条件下进行观测，提供建立运动规律及理论模型的依据，检验理论或计算结果的准确性、可靠性和适用范围，其作用是不可替代的。但试验方法受限于试验手段、设备和经费等物质条件，甚至有些问题尚无法在实验室中进行研究。 理论、数值计算和试验三种方法相互促进，彼此影响，取长补短从而推动汽车空气动力学的不断发展。 二、轿车外形设计的两种方法 （1）、局部最优化方法。基本思路是在满足功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后再进行空气设计程序。此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。这种方法在现实设计中运用广泛。 （2）、整体最优化方法。整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。所以，对于这种汽车的空气动力学设
物流系统建模与仿真软件简介
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]。 软件名称简介 （1）20-sim 20-sim是由Twente大学控制实验室开发的运行于Windows系统下的建模与仿真软件。作为著名软件包TUTSIM的后续产品，它完全支持图形建模，让用户在直观和友善的方式对动态系统进行设计和分析，同MATLAB和Simulink可以方便的进行建模与仿真的交互。使用20-sim，我们可以仿真动态系统（例如电力、机械、水动力系统或它们的组合系统）的各种行为。 （2）arena该软件可以用来模拟服务、制造、运输、物流、供应链和其它系统。（3）Automod该软件提供了真实的三维虚拟现实动画，使得仿真模型非常用以理 解；提供了高级的特征让用户可以仿真复杂的活动，如机器人、设 备工具、生产线等的运动和转动。该软件还为用户提供了一套基于 专家系统的物料搬运系统，它是根据工业自动化的真实运行经验开 发的。这些包括输送链、自动存储和检索系统，桥式起重机等。（4）Awesim Awesim提供生产系统动态模型的仿真机。动画使用图形界面构建， 用户可以对交互式仿真进行特定的控制。 （5）Easy5由波音公司开发的用来模拟和仿真包含水力、风力、机械、热、电 子和数字等子系统的动态系统软件包。包括了一整套控制系统建 模、分析和设计功能。 （6）Idef该软件是一种流程图析软件，可以非常容易的适用流程图来绘制和 表述流程。它能够提供比传统流程图更多的信息。流程中包含的流 程、流程约束、人和其他资源能够被整合到一起。 （7）Intrax该软件能够提供许多被建模和仿真实际流程的管理决策。它能够被 用来执行战略（同战略视图，同步价值链视图相符合的现实），流 程改善（工序改善、生产力改善、节约循环时间），同步价值链（动 态视觉，同步约束）和日常运作（可对比的运作替代方案，短期变 化影响力的检验）等的模拟和仿真。 （8）Manufacturing Engineering 该软件提供离散仿真功能来解决制造问题和设计制造方案。它在广阔的应用领域中预测产出率，人工和其他的绩效。 （9）Matlab该软件是组合的数字计算、高级图形技术和可视化、高级编程语言 的集成计算机算环境。Simulink式用来对动态系统进行建模、仿真 和分析的交互式工具。它可以构建图形化的结构图，模拟动态系统， 评估系统绩效和精炼设计。 （10）Modsim该软件可以用来仿真像港口，铁路网和航空管制等的管理模型。还 可以用来仿真制造系统。 （11）Promodel该软件可以对制造系统、仓储系统和物流系统的评估、规划或重新 设计进行仿真。典型应用包括精益制造的实施，周期事件的降低， 设备投资决策，产出率和能力分析，识别和排除瓶颈，资源分配等。
maya小球弹跳动画(Mayabouncinganimation)
maya小球弹跳动画（Maya bouncing animation）maya小球弹跳动画(Maya bouncing animation) Two) bouncing ball animation Purpose and significance Comprehensive use of Maya basic animation control tools Master the method of setting up key frames Use the main editing function of Graph Editor to adjust the animation curve Complete a bouncing animation with the rhythmic audio provided And can be broadcast with the default player of the operating system Creating simple models and scenarios 1) to create a simple Nurbs ball, Scale is 1 Units 2) to create a Plane, as a reference ground, Scale is 100 units 3) create a Squash shaper: Deform>Create Nonlinear>Squash. 4) take the Squash as the child of the ball 5) import background sound Analyze animation content and establish solutions The ball animation we make requires the beat of the background, the sense of gravity in the jump, and the elastic compression effect that is similar to the rubber ball 1) analyze the tempo of the background sound and find out the specific position of the stress frame. We define the stress frame as the frame of the small ball landing. Then, we tentatively choose the middle
系统建模与仿真设计报告一
设计一产生十种不同分布的独立的随机数 一、设计内容及要求 任务：产生十种不同分布的独立的随机数，并进行检验。 要求：对随机数进行的统计性检验包括频率检验、参数检验、独立性检验。 二、设计环境及工具 Windows7、MatlabR2010b 三、设计思想及方法 (1) 在对雷达系统进行仿真时，首当其冲的问题就是对电磁环境 的仿、真。其中无用的电磁信号包括三大类，即杂波、噪声和干扰，在模拟仿真时相比于有用的电磁信号也是不可或缺的。其所谓的仿真就是在已知随机变量的统计特性及其参数的情况下，研究如何在计算机上产生服从给定统计特性和参数的随机变量。 (2) 在雷达、导航、声呐、通信和电子对抗等系统中，应用最多 的概率统计模型还是正态分布或高斯分布、指数分布、瑞利分布、莱斯分布或广义瑞利分布、韦尔分布、对数-正态分布、m分布、拉普拉斯分布、复合k分布等。 (3) 在这些随机总体中畸形随机抽样，实际上都是以[0,1]区间上 的均匀分布随机总体为基础的。原则上讲，只要已知[0,1]区间上的均匀分布随机数序列，总可以通过某种方法(数学方法)来获得某已知分布的简单子样。只要给定的均匀分布随机数列满足均匀
且相互独立打的要求，经过严格的数学变换或者严格的数学方法，所产生的任何分布的简单子样都会满足具有相同总体分布和相互独立的要求。 四、设计过程及结果 本次设计的十种随机数包括均匀分布、高斯分布、指数分布、广 义指数分布、瑞利分布、广义瑞利分布、韦尔分布、拉普拉斯分布、柯西分布和2χ分布，使用Matlab 完成设计并给出具体的参数，代码附在最后。 1．均匀分布 已知随机变量ε在[0,1]区间上服从均匀分布，则有概率密度函数 1,01 ()0,x f x ≤≤?=?? 其他 其分布函数为 0,0F(),01 x x x x x
弹跳的小球设计
弹跳的小球 1、在命令面板中单击“创建”按钮，再单击“几何体”按钮，然 后再顶视图中创建一个长、宽、高各为200、200、-10的长方体，用来当做场景中的地面。 2、用工具栏中的“选择移动工具”调整地面在试图中的位置，调 整好如图(1)所示。 图（1）3、用同样的方法创建一个半径为30的小球并调整其位置，效果 如图（2）所示。 图（2）
4、单击“时间配置”按钮，打开“时间配置”对话框，在动画区， 将长度值设定为150，如图（3）所示。 图（3） 5、将透视图定为当前试图，单击试图控制面板中的“最大化/最 小化”按钮，将透视图最大化显示。 6、此时，时间滑块状态如图（4）所示。 图（4）7、然后就开始设置7个关键帧点的小球的位置。单击动画制作面 板上的“自动关键点”按钮，此时自动关键点按钮将变为红色，时间滑块也将显示为红色，如图（5）所示。
图（5） 8、设置关键帧1中的小球的位置。用“选择移动工具”将小球移 动到合适的位置，如图（6）所示。 图（6） 9、拖动时间滑块到25帧位置，如图（7）所示。 图（7）10、设置第25帧位置即关键帧2中小球的位置，用“选择移动工具”移动小球到指定位置，如图（8）所示。 图（8）
11、拖动时间滑块到第50帧位置，如图（9）所示。 图（9）12、设置第50帧即关键帧3中小球的位置，用“选择移动工具”移动小球到合适位置，效果如图（10）所示。 图（10）13、重复步骤9~12，依次设置好前面125帧的小球上下运动的动作，即关键帧4、5、6中小球的位置，接下来设置小球滚动的动作。拖动时间滑块到第150帧的位置，此时将设置的是第150帧即关键帧7中小球的位置，用“选择移动工具”移动小球到合适位置，效果如图（11）所示。
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用 0713020
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用0713020 工业工程刘鹏 [摘要]介绍了企业发展和建模的必要性和必然性，分析了制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的作用及意义，详细地论述了制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的具体应用。 关键词：制造系统；建模与仿真；企业优化；仿真应用 系统建模与仿真技术的含义 系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。 仿真科学和技术的通用性和战略性 仿真的通用性表现在一切基础学科(如物理、化学、天文?)都可以通过仿真来研究；并可以极大地提高研究的安全性。仿真的战略性表现在一切复杂巨系统的研究都离不开仿真技术，可以说研究复杂巨系统采用仿真技术是唯一的途径。正如宋健院士所说：“系统仿真是科学实验的利器。 国内仿真技术发展 在我国仿真技术经过半个多世纪的发展，已经从军工走向国民经济。已经从工程走向非工程；已经从确定的小系统走向不确定的复杂巨系统。最初的仿真技术只是用计算机来求解方程，为了实时性，大
都采用电子模拟计算机。现在的仿真技术已经融合了信息技术、网络技术、系统技术、控制技术和高性能的计算技术，以完全崭新的面貌出现在我们的面前。 现在，摆在我们仿真工作者面前的任务是：在虚拟世界与真实世界之间架起一座桥梁；通过仿真技术构筑起一个平台，来勾画出创新型国家的轮廓，例如，国家正投入几个亿，来建设国家级研究经济模型的仿真实验室。 仿真技术，一方面反映了我国仿真技术和仿真技术应用发展的现状，另一方面，又对我国仿真技术今后的发展方向产生了指导作用。近年来，我国仿真技术及其应用的发展是十分迅猛的。仿真技术的发展，使人感到震惊。研究天文、地理、宇宙进化论等等，要依靠仿真，几乎没有哪个领域能离开仿真技术。凡是能写成方程的都要进行仿真。故应鼓励仿真界的科技人员发挥聪明才智，搞好仿真技术。 仿真技术的广度、深度、高度的提高，正反映了我国仿真技术和应用的发展。例如，“面向复杂性地理问题的虚拟研讨厅体系研究”，“复杂系统建模中的几个问题”等都是有代表性的好文章，反映了我国仿真技术已经在军事和国民经济的一些复杂巨系统研究建设中发挥越来越重要的作用。 1、制造系统的建模与仿真在优化企业资源中的作用及意义 计算机仿真技术作为一门高新技术，其方法学建立在计算机能力的基础之上。随着计算机技术的发展，仿真技术也得到迅速的发展，其应用领域及其作用也越来越大。尤其在航空、航天、国防及其他大