课程名称机电系统设计仿真实验课程代码171703机电系统设计和仿真实验报告学生姓名学生学号指导教师院（系）名称仪器科学与光电工程学院2008年6月15日索引---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---一、Simulink自主实验—具有悬挂物的移动高架吊车……………………………………1二、Maple自主实验—滑块摆………………………………………………………………7三、实验总结…………………………………………………………………………………12一、Simulink自主实验—具有悬挂物的移动高架吊车为了调整力F作用下沿x轴移动的质量为M的高架吊车和挂在长缆绳上的块m的自由度，必须建立一个模型，块m与垂直点成角θ振荡图1移动高架吊车模型1、具有两个自由度的移动高架吊车模型为此，使用如下定义的拉格朗日方程其中：qx(t)和θ(t)的自由度D由于摩擦而消耗的能量Fq由自由度q产生的力Ec和Eq系统的动能和势能---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---+xθFMml+-1．1系统移动时的动能组件速度由下式决定：于是1．2系统的势能1．3在q(t)=θ(t)自由度下的Lagrange方程如果D=0，则自由度相等，因此不考虑总摩擦损失根据自由度θ施加的力为零简化后给出第一Lagrange方程1．4在q(t)=x(t)自由度下的Lagrange方程根据自由度x给吊车施力：---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---简化后给出Lagrange第二方程1．5操作点附近的线性模型得到的模型是非线性的，且不同自由度下有不同的方程。如果只考虑在操作点θ0=0附近只有很小的θ变化，可考虑如下的简化另外，有这就给出了如下的线性微分方程根据x(t)和θ(t)的微分系统给出2、系统的数学模型对x(t)和θ(t)的微分系统方程组进行拉氏变换得---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---将M=10kg，m=5kg，l=1m，g=9.8≈10，F0=1代入上式并进一步变换得3、利用Simulink对系统进行仿真3.1系统开环过程仿真打开一空白模型编辑窗口，根据该系统的数学模型，创建、设置、连接模块，如图2所示。图2仿真模型结构图由于在模型文件中使用了Tofile模块，输出结果已经保存到MATLAB工作空间当中，可以使用MATLAB命令来绘制结果，代码如下，结果如图4所示。●>>load('D:\MATLAB7\out1')>>plot(out(1,:),out(2,:))>>gridon>>title('X(t)-t');>>xlabel('Time(sec)');>>ylabel('Distance(m)');◆>>load('D:\MATLAB7\out2')>>plot(out(1,:),out(2,:))>>gridon>>title('θ(t)-t');---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除--->>xlabel('时间(秒)');>>ylabel('角度(弧度)');运行仿真，结果如图3所示。图3Simulink窗口Scope显示状态仿真结果图图4MATLAB命令窗口绘制状态仿真结果图比较图3和图4可以看出，结果一模一样。3.2吊车停止过程仿真为让吊车停止，最好在θ(t)经过零的瞬间取消力F(t)。否则，悬挂物将继续振荡。为此，在块振荡的2个周期内在移动高架吊车上施加1N的力，在θ(t)经过零点的时候取消力F(t)，避免了残余振荡。因此，对式进行拉氏反变换得，进一---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---步得T==1.622，即将模块Step1的steptime设置为2T=3.245。根据系统的数学模型和以上推导，搭建仿真模型图（如图5所示）。图5系统仿真模型图设定参数，运行仿真，结果如图6所示。图6系统仿真结果二、Maple自主实验—滑块摆---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---滑块摆由一置于光滑杆上的质量为m的滑块A和一质量为M的小球B和长度为L，质量不计的刚性杆铰接而成，如图1所示。图1滑块摆模型1.系统的数学模型为此，使用如下定义的拉格朗日方程：其中：qx(t)和θ(t)的自由度D由于摩擦而消耗的能量Fq由自由度q产生的力Ec和Ep系统的动能和势能不计各处摩擦，系统有两个自由度，以x和为广义坐标，以过A点的水平面为零势能面，系统的动能和势能分别为：---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---mMψABL++x系统...