機電系統(tǒng)動態(tài)仿真 基于MATLAB/Simulink 第3版
定 價:35 元
叢書名:普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材
- 作者:陳新元 傅連東 蔣林
- 出版時間:2019/2/1
- ISBN:9787111614494
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TH-39
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書重點介紹如何利用MATLAB/Simulink進行機電液動態(tài)系統(tǒng)的建模、性能分析以及綜合設計。其第1~4章系統(tǒng)介紹了動態(tài)仿真所應當掌握的MATLAB基本知識和操作,第5~8章介紹了機電液系統(tǒng)建模、時間相應、頻率響應、控制系統(tǒng)綜合校正等相關專業(yè)知識、算法以及進行仿真所對應的MATLAB函數(shù),第9章重點介紹了Simulink的特點及利用Simulink進行機電液系統(tǒng)動態(tài)仿真的方法。本書可作為理工科院校機械類和近機類專業(yè),如機械設計與制造、機械電子工程、車輛工程、儀器與儀表等專業(yè)學習計算機動態(tài)仿真技術的教材或參考書,也可供相關專業(yè)的研究生或科研人員使用。
《 機電系統(tǒng)動態(tài)仿真———基于 MATLAB /Simulink》 第 1 版于 2005 年出版, 為適應 MATLAB 軟件的更新和功能的擴展, 2011 年 12 月以 MATLAB7 0 為基礎進行修訂出版了第 2 版,主要對教材中部分章節(jié)的例題和習題進行了充實和完善, 在第 9 章增加了一節(jié)介紹 MATLAB的 S-函數(shù)。 轉眼又 6 年多過去了, MathWorks 的 MATLAB R2016b 版已經(jīng)成為目前主要應用版本, 工具箱得到進一步擴充和完善, 工作環(huán)境、 操作界面等方面發(fā)生了很大變化, 為使讀者能夠更好地學習使用 MATLAB 軟件, 編寫組決定以 MATLAB R2016b 版為軟件平臺對教材進行再次修訂。
本次修訂后的結構仍保持與第 2 版一致: 第 1 ~ 4 章介紹 MATLAB 的基本知識, 這部分內(nèi)容是利用 MATLAB 進行系統(tǒng)仿真所必須的基礎; 第 5 ~ 8 章介紹與機電控制系統(tǒng)計算機仿真有關的算法、 MATLAB 函數(shù)以及相應的專業(yè)知識; 第 9 章重點介紹 MATLAB 的高效仿真工具 Simulink, 以及利用 Simulink 進行機電系統(tǒng)仿真的方法。
本次修訂后的學習和講授方法也與第 2 版保持一致: 教材中關于 MATLAB 軟件使用的內(nèi)容, 讀者完全可以通過自學加以掌握。 但教材第 5 ~ 9 章中部分例題、 習題因涉及機電的專業(yè)知識, 有一定難度或可能需要花費較多時間, 因此使用本教材的教師可根據(jù)具體情況給予一定指導和對教學內(nèi)容進行取舍。 “ 筍因落籜方成竹, 魚為奔波始化龍” , 在學習掌握MATLAB 這一仿真利器和深入理解機電系統(tǒng)動態(tài)建模的基礎理論后, 兩者科學地結合, 多練習, 才能得出具有參考價值的仿真結果, 真正指導實踐工作。
本次修訂工作征求了課程團隊許仁波、 錢新博、 盧艷、 王念先、 郭媛等教師的意見, 主要對操作界面、 圖片進行了更新, 對相應文本說明進行了調(diào)整。 另外, 考慮到科學探索和試驗研究活動中常常通過便攜設備實時采集數(shù)據(jù), 而后期分析處理時一般需要將文本數(shù)據(jù)轉化成曲線, 針對這一實際需求, 在第 3 章增加了試驗數(shù)據(jù)的圖形表達一節(jié), 講解了讀取 Excel格式數(shù)據(jù)文件和dat、txt 文本格式數(shù)據(jù)文件并繪制成曲線的方法。研究生高薈超、 宋彪、 余晨陽共同承擔了本次修訂的插圖處理工作, 在此表示衷心感謝!
本書凝結了劉白雁教授多年的心血。 由于他已經(jīng)退休, 特將本版的修訂工作委托給編者。 在本次修訂即將付印之際, 對他的無私提攜表示 衷心的感謝!古人云: 行百里者半九十。 如果將編寫一本優(yōu)秀的教材看成是一個百里征程的話, 那本次修訂距完善仍很遙遠, 因此懇請讀者提供寶貴意見, 以便該教材能夠不斷改進。 編者Email: chenxinyuan@ wust.edu.cn ( 陳新元) 。
編 者
前 言
第 1 章 MATLAB 基礎 …………… 1
11 概述 ………………………………… 1
111 MATLAB 的發(fā)展歷程 …………1
112 MATLAB 的基本組成和特點 …2
12 MATLAB 操作界面………………3
13 指令窗口運行 ……………………… 5
131 數(shù)值、 變量和表達式 …………… 5
132 指令窗口操作 ………………… 7
14 歷史指令窗口 ……………………… 9
15 當前目錄窗口、 路徑設置器和
文件管理 …………………………… 9
151 MATLAB 的搜索路徑 ………9
152 當前目錄瀏覽器………………… 9
16 工作空間窗口和數(shù)組編輯器 ………11
161 工作空間窗口 ………………… 11
162 數(shù)組編輯器 …………………… 11
17 M 文件編輯器和 M 腳本文件編寫 12
171 M 文件編輯器簡介 …………… 12
172 M 腳本文件的編寫 …………… 12
18 使用 MATLAB 幫助 ……………14
習題 1 …………………………………… 15
第 2 章 數(shù)組及其運算 ………………… 17
21 簡介 ……………………………… 17
22 數(shù)值數(shù)組的生成和尋訪 ……………17
221 數(shù)值數(shù)組的生成 ……………… 17
222 數(shù)值數(shù)組的尋訪 ……………… 21
23 數(shù)組運算和矩陣運算 …………… 23
231 執(zhí)行數(shù)組運算的常用函數(shù) …… 23
232 數(shù)組和矩陣運算 ……………… 24
24 “ 非數(shù)” 和 “ 空” 數(shù)組……… 25
241 非數(shù)…………………………… 25
242 “ 空” 數(shù)組 …………………… 26
25 數(shù)組的關系運算和邏輯運算 ………… 27
251 關系運算 ……………………… 27
252 邏輯運算 ……………………… 28
26 字符串數(shù)組 ………………………… 29
261 字符串數(shù)組的創(chuàng)建與操作 ……… 29
262 串操作函數(shù) …………………… 30
263 串轉換函數(shù) …………………… 31
27 元胞數(shù)組…………………………… 33
271 元胞數(shù)組的創(chuàng)建和顯示………… 33
272 元胞數(shù)組內(nèi)容的調(diào)取 ………… 34
28 構架數(shù)組…………………………… 35
習題 2 …………………………………… 35
第 3 章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化 ………… 37
31 二維曲線繪圖 ……………………… 37
311 plot 的基本調(diào)用格式 …………… 37
312 曲線的色彩、 線型和數(shù)據(jù)點型 … 39
313 圖形控制 ……………………… 40
32 三維繪圖…………………………… 50
321 plot3 的基本調(diào)用格式 ………… 50
322 三維網(wǎng)線圖和曲面圖 ………… 50
33 圖形窗口功能簡介 ………………… 58
331 圖形窗口工具條 ……………… 58
332 圖形編輯 ……………………… 59
34 試驗數(shù)據(jù)的圖形表達 ……………… 62
341 EXCEL 數(shù)據(jù)文件繪圖 ………… 62
342 文本數(shù)據(jù)文件繪圖 …………… 63
習題 3 …………………………………… 65
第 4 章 MATLAB 編程………………… 66
41 MATLAB 程序控制 ………………… 66
411 for 循環(huán)結構 …………………… 66
412 while 循環(huán)結構 ………………… 67
413 ifelseend 分支結構 …………… 67
414 switchcase 結構 ……………… 68
目 錄
415 trycatch 結構 ………………… 69
416 控制程序流的其他常用指令 …… 70
42 M 腳本文件和 M 函數(shù)文件 ………… 70
421 M 腳本文件 …………………… 70
422 M 函數(shù)文件 …………………… 70
423 M 函數(shù)文件的一般結構………… 71
424 局部變量和全局變量 ………… 72
43 變量的檢測傳遞和限權使用函數(shù) …… 72
431 輸入、 輸出參量檢測指令 ……… 72
432 子函數(shù) ………………………… 73
433 私有函數(shù) ……………………… 75
44 串演算函數(shù) ………………………… 75
441 eval …………………………… 75
442 feval ………………………… 76
443 內(nèi)聯(lián)函數(shù) ……………………… 76
45 函數(shù)句柄…………………………… 77
451 函數(shù)句柄的創(chuàng)建和觀察………… 77
452 函數(shù)句柄的基本用法 ………… 77
46 符號計算…………………………… 78
461 符號對象和使用 ……………… 78
462 符號表達式的操作 …………… 80
463 符號微積分 …………………… 81
習題 4 …………………………………… 83
第 5 章 系統(tǒng)模型 ……………………… 85
51 系統(tǒng)仿真概述 ……………………… 85
511 系統(tǒng)仿真及其分類 …………… 85
512 仿真模型與仿真研究 ………… 86
52 系統(tǒng)數(shù)學模型 ……………………… 86
521 系統(tǒng)時域模型 ………………… 86
522 系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型 …………… 87
523 系統(tǒng)零極點增益模型 ………… 88
524 狀態(tài)空間模型 ………………… 88
525 系統(tǒng)模型的轉換 ……………… 90
526 系統(tǒng)模型參數(shù)的獲取 ………… 91
527 時間延遲系統(tǒng)建模 …………… 92
528 模型屬性設置和獲取 ………… 93
53 系統(tǒng)模型的連接 …………………… 94
531 模型串聯(lián) ……………………… 94
532 模型并聯(lián) ……………………… 95
533 反饋連接 ……………………… 95
54 機電系統(tǒng)建模舉例 ………………… 96
541 半定系統(tǒng)建模 ………………… 96
542 機械加速度計建模 …………… 98
543 磁懸浮系統(tǒng)建模 ……………… 99
544 液壓動力元件建模 …………… 100
習題 5 ………………………………… 101
第 6 章 系統(tǒng)時間響應及其仿真 ……… 103
61 仿真算法 ………………………… 103
611 數(shù)值積分的基本原理 ………… 103
612 數(shù)值積分方法的選擇 ………… 108
613 基于離散相似法的系統(tǒng)
仿真方法 …………………… 108
62 系統(tǒng)仿真的 MATLAB 函數(shù) ………… 109
621 數(shù)值積分方法的 MATLAB
函數(shù) ………………………… 109
622 時間響應仿真的 MATLAB
函數(shù) ………………………… 113
63 采樣控制系統(tǒng)仿真 ………………… 117
631 采樣控制系統(tǒng)的基本組成 …… 117
632 采樣控制系統(tǒng)仿真特點 ……… 118
633 采樣控制系統(tǒng)仿真方法 ……… 118
習題 6 ………………………………… 120
第 7 章 系統(tǒng)頻率響應及其仿真 ……… 123
71 頻率特性的一般概念 ……………… 123
711 頻率響應與頻率特性 ………… 123
712 Nyquist 圖與 Bode 圖 ………… 124
713 穩(wěn)定裕度 …………………… 124
72 連續(xù)系統(tǒng)頻率特性的 MATLAB
函數(shù) ……………………………… 125
721 頻率響應的計算 ……………… 125
722 頻率特性圖示法 ……………… 127
73 離散系統(tǒng)頻域仿真 ………………… 131
74 系統(tǒng)分析圖形用戶界面 …………… 133
習題 7 ………………………………… 137
第 8 章 控制系統(tǒng)的綜合與校正 ……… 139
81 系統(tǒng)性能指標的計算 ……………… 139
Ⅴ
機電系統(tǒng)動態(tài)仿真———基于 MATLAB /Simulink 第 3 版
811 時域指標 …………………… 139
812 頻域指標 …………………… 142
82 系統(tǒng)校正的 MATLAB 編程 ………… 143
821 相位滯后校正 ………………… 143
822 PID 校正……………………… 146
83 控制系統(tǒng)設計舉例 ………………… 150
831 汽車懸架系統(tǒng)控制 …………… 150
832 閥控液壓馬達速度控制系統(tǒng) …… 152
習題 8 ………………………………… 155
第 9 章 Simulink 動態(tài)仿真 …………… 158
91 Simulink 基本操作 ………………… 158
911 啟動 Simulink ………………… 158
912 打開空白模型窗口 …………… 160
913 建立 Simulink 仿真模型 ……… 161
914 系統(tǒng)仿真運行 ………………… 163
915 仿真結果的輸出和保存 ……… 164
92 模塊庫和系統(tǒng)仿真 ………………… 164
921 Simulink 模塊庫 ……………… 164
922 Simulink 環(huán)境下的仿真運行 …… 174
93 子系統(tǒng)的創(chuàng)建與封裝 ……………… 179
931 子系統(tǒng)的創(chuàng)建 ………………… 179
932 子系統(tǒng)的封裝 ………………… 181
933 條件子系統(tǒng)…………………… 185
94 Simulink 仿真舉例 ………………… 190
941 曲柄滑塊機構的運動學仿真 … 190
942 懸吊式起重機動力學仿真 …… 194
943 閥控液壓缸的動剛度分析 …… 196
95 S函數(shù)簡介 ……………………… 199
951 S函數(shù)的概念 ………………… 199
952 編寫 M 文件 S函數(shù)…………… 202
習題 9 ………………………………… 208
參考文獻 ………………………………… 211