课程名称：《机电系统建模与仿真》
Introduction to modeling and simulation of mechatronic systems
课程学分：2学分
课程简介：课程主要介绍机电系统的多领域先进建模方法和数值仿真分析方法。
本课程主要涉及内容；基于能量的建模方法(通用欧拉-拉格朗日方法)；常微分方程(ODE)系统及其数值仿真方法(算法、稳定性、刚度、低阻尼系统)；多端口建模方法(基尔霍夫网络方法)；微分代数方程(DAE)系统及ODE-DAE融合的数值仿真方法；基于信号的网络建模以及面向对象的物理建模。
通过本课程的学习，培养学生对复杂机电系统的基于能量的建模方法和基于功率流的网络建模方法；掌握ODE和DAE系统的数值仿真实施的基本方法；深入理解在商用仿真工具中求解ODE/ADE的优点和弱点；了解面向对象的物理建模的方法。对本专业学生的就业、出国以及深造提供机电系统建模方面的深入和广阔的知识补充。
授课对象：面向机械工程学院大二及以上本科学生
授课时间：2021年4-5月，具体安排见下表
授课地点：线上授课
主讲人简介：Klaus Janschek教授是机电系统控制与自动化领域国际著名专家，在先进控制系统理论及其航天机电系统应用领域取得了突出成就。他1982年于奥地利格拉茨工业大学（TU Graz, Austria）获控制系统工学博士学位。1982-1995年在德国戴姆勒奔驰等公司从事控制系统研发和技术管理工作。1995年起任德国德累斯顿工业大学（TU Dresden）电气与计算机工程学院自动化工程讲席教授、自动化研究所所长以及机械工程学院联合教授，2009-12年曾任该院院长。2005年在美国斯坦福大学做客座教授。他的研究专长包括视觉导航、数据融合、移动机器人、光学数据处理与光机电一体化、系统设计（系统辨识、性能评估、离散事件系统、机电系统）等。
现任国际自动控制联合会（IFAC）技术局成员，IFAC机械电子学、机器人及元部件协调委员会主席（CC 4 Chair），IFAC应用论文评奖委员会主席，美国航空航天学会（AIAA）委员，德国航空航天学会（DGLR）委员。1999-2009年任德国自动化期刊at-Automatisierungstechnik编委。他曾任德国测量与自动化工程学会（GMA）理事与顾问委员会委员，2003年当选工业合作研究协会（AiF）科学评审理事会理事，2008年当选德国科学研究基金会（DFG）自动化、控制系统及机器人专业科学顾问，2009年任德国科学与人文科学委员会电气工程学科评审专家。2009年获德国Oldenbourg出版社学术期刊atp奖，2004年获IFAC第3届机电系统国际会议最佳论文奖及期刊at-Automatisierungstechnik最佳论文奖，2011和2013年两次获德国VDI机械电子学研讨会最佳论文奖。他担任过很多国际学术会议的主席，并将任2020年IFAC世界大会协调主席，2005年至今担任德国机械电子学大会程序委员会共同主席。曾任2010年IFAC第5届机电系统国际会议的国际程序委员会（IPC）副主编，2006年IFAC第4届机电系统国际会议IPC主席，2004年德国GMA机电系统设计研讨会程序委员会主席，2001年Boppard控制工程学术研讨会程序委员会主席。
《机电系统建模与仿真》2020年教学内容
Unit 90 min | Topic | Reading Assignment | HW Out |
Module-1: Introduction and system modeling, 1 unit | |||
1 | Introduction to mechatronic systems design | MS_L1 |
|
Module-2: Energy based ODE models, 7 units | |||
2 | Energy based modeling (Euler-Lagrange), part-1 | MS_L2 |
|
3 | Energy based modeling (Euler-Lagrange), part-2 | MS_L2 (cont’d) | #1:MS_Ex1 |
4 | Exercise-1: Energy based modeling | MS_Ex1 |
|
5 | Numerical integration of ODE-systems, part-1 | MS_L3 |
|
6 | Numerical integration of ODE-systems, part-2 | MS_L3 (cont’d) | #2:MS_P1 |
7 | Exercise-2: Numerical integration of ODE systems | MS_Ex2 |
|
8 | Project-1: Basic ODE Solver (Matlab) | MS_P1 |
|
Module-3: Multi-port based DAE models, 5 units | |||
9 | Multi-port modeling – Kirchhoff networks | MS_L4 |
|
10 | Differential algebraic (DAE) systems | MS_L5 |
|
11 | Numerical integration of DAE-systems | MS_L6 | #3:MS_P2 |
12 | Exercise-3: DAE systems | MS_Ex3 |
|
13 | Project-2: Basic DAE Solver (Matlab) | MS_P2 | #4:MS_P3 |
Module-4: Modular models, 3 units | |||
14 | Signal based network modeling | MS_L7 |
|
15 | Object-oriented physical modeling | MS_L8 |
|
16 | Project-3: ModSim case study | MS_P3 |
|
| written exam |
|
|
教学时间安排
Date | Time | Unit |
Tue Apr 13 | 18:30-20:05 | L1, L2 |
Wed Apr 14 | 18:30-20:05 | L2 |
Fri Apr 16 | 18:30-21:00 | Ex1 |
Tue Apr 20 | 18:30-20:05 | L3 |
Wed Apr 21 | 18:30-20:05 | L3 |
Fri Apr 23 | 18:30-21.00 | Ex2 |
Tue May 4 | 18:30-21:00 | P1 |
Wed May 5 | 18:30-20:05 | L4 |
Fri May 7 | 18:30-20:05 | L5 |
Tue May 11 | 18:30-20:05 | L6 |
Wed May 12 | 18:30-20:05 | L7, L8 |
Tue May 18 | 18:30-21:00 | Ex3 |
Wed May 19 | 18:30-21:00 | P2 |
Fri May 21 | 18:30-21:00 | P3 |
To be defined | To be defined | Exam |