机电系统动态仿真 基于MATLAB/Simulink 第3版
定 价:35 元
丛书名:普通高等教育“十三五”规划教材
- 作者:陈新元 傅连东 蒋林
- 出版时间:2019/2/1
- ISBN:9787111614494
- 出 版 社:机械工业出版社
- 中图法分类:TH-39
- 页码:
- 纸张:胶版纸
- 版次:
- 开本:16开
本书重点介绍如何利用MATLAB/Simulink进行机电液动态系统的建模、性能分析以及综合设计。其第1~4章系统介绍了动态仿真所应当掌握的MATLAB基本知识和操作,第5~8章介绍了机电液系统建模、时间相应、频率响应、控制系统综合校正等相关专业知识、算法以及进行仿真所对应的MATLAB函数,第9章重点介绍了Simulink的特点及利用Simulink进行机电液系统动态仿真的方法。本书可作为理工科院校机械类和近机类专业,如机械设计与制造、机械电子工程、车辆工程、仪器与仪表等专业学习计算机动态仿真技术的教材或参考书,也可供相关专业的研究生或科研人员使用。
《 机电系统动态仿真———基于 MATLAB /Simulink》 第 1 版于 2005 年出版, 为适应 MATLAB 软件的更新和功能的扩展, 2011 年 12 月以 MATLAB7 0 为基础进行修订出版了第 2 版,主要对教材中部分章节的例题和习题进行了充实和完善, 在第 9 章增加了一节介绍 MATLAB的 S-函数。 转眼又 6 年多过去了, MathWorks 的 MATLAB R2016b 版已经成为目前主要应用版本, 工具箱得到进一步扩充和完善, 工作环境、 操作界面等方面发生了很大变化, 为使读者能够更好地学习使用 MATLAB 软件, 编写组决定以 MATLAB R2016b 版为软件平台对教材进行再次修订。
本次修订后的结构仍保持与第 2 版一致: 第 1 ~ 4 章介绍 MATLAB 的基本知识, 这部分内容是利用 MATLAB 进行系统仿真所必须的基础; 第 5 ~ 8 章介绍与机电控制系统计算机仿真有关的算法、 MATLAB 函数以及相应的专业知识; 第 9 章重点介绍 MATLAB 的高效仿真工具 Simulink, 以及利用 Simulink 进行机电系统仿真的方法。
本次修订后的学习和讲授方法也与第 2 版保持一致: 教材中关于 MATLAB 软件使用的内容, 读者完全可以通过自学加以掌握。 但教材第 5 ~ 9 章中部分例题、 习题因涉及机电的专业知识, 有一定难度或可能需要花费较多时间, 因此使用本教材的教师可根据具体情况给予一定指导和对教学内容进行取舍。 “ 笋因落箨方成竹, 鱼为奔波始化龙” , 在学习掌握MATLAB 这一仿真利器和深入理解机电系统动态建模的基础理论后, 两者科学地结合, 多练习, 才能得出具有参考价值的仿真结果, 真正指导实践工作。
本次修订工作征求了课程团队许仁波、 钱新博、 卢艳、 王念先、 郭媛等教师的意见, 主要对操作界面、 图片进行了更新, 对相应文本说明进行了调整。 另外, 考虑到科学探索和试验研究活动中常常通过便携设备实时采集数据, 而后期分析处理时一般需要将文本数据转化成曲线, 针对这一实际需求, 在第 3 章增加了试验数据的图形表达一节, 讲解了读取 Excel格式数据文件和dat、txt 文本格式数据文件并绘制成曲线的方法。研究生高荟超、 宋彪、 余晨阳共同承担了本次修订的插图处理工作, 在此表示衷心感谢!
本书凝结了刘白雁教授多年的心血。 由于他已经退休, 特将本版的修订工作委托给编者。 在本次修订即将付印之际, 对他的无私提携表示 衷心的感谢!古人云: 行百里者半九十。 如果将编写一本优秀的教材看成是一个百里征程的话, 那本次修订距完善仍很遥远, 因此恳请读者提供宝贵意见, 以便该教材能够不断改进。 编者Email: chenxinyuan@ wust.edu.cn ( 陈新元) 。
编 者
前 言
第 1 章 MATLAB 基础 …………… 1
11 概述 ………………………………… 1
111 MATLAB 的发展历程 …………1
112 MATLAB 的基本组成和特点 …2
12 MATLAB 操作界面………………3
13 指令窗口运行 ……………………… 5
131 数值、 变量和表达式 …………… 5
132 指令窗口操作 ………………… 7
14 历史指令窗口 ……………………… 9
15 当前目录窗口、 路径设置器和
文件管理 …………………………… 9
151 MATLAB 的搜索路径 ………9
152 当前目录浏览器………………… 9
16 工作空间窗口和数组编辑器 ………11
161 工作空间窗口 ………………… 11
162 数组编辑器 …………………… 11
17 M 文件编辑器和 M 脚本文件编写 12
171 M 文件编辑器简介 …………… 12
172 M 脚本文件的编写 …………… 12
18 使用 MATLAB 帮助 ……………14
习题 1 …………………………………… 15
第 2 章 数组及其运算 ………………… 17
21 简介 ……………………………… 17
22 数值数组的生成和寻访 ……………17
221 数值数组的生成 ……………… 17
222 数值数组的寻访 ……………… 21
23 数组运算和矩阵运算 …………… 23
231 执行数组运算的常用函数 …… 23
232 数组和矩阵运算 ……………… 24
24 “ 非数” 和 “ 空” 数组……… 25
241 非数…………………………… 25
242 “ 空” 数组 …………………… 26
25 数组的关系运算和逻辑运算 ………… 27
251 关系运算 ……………………… 27
252 逻辑运算 ……………………… 28
26 字符串数组 ………………………… 29
261 字符串数组的创建与操作 ……… 29
262 串操作函数 …………………… 30
263 串转换函数 …………………… 31
27 元胞数组…………………………… 33
271 元胞数组的创建和显示………… 33
272 元胞数组内容的调取 ………… 34
28 构架数组…………………………… 35
习题 2 …………………………………… 35
第 3 章 数据和函数的可视化 ………… 37
31 二维曲线绘图 ……………………… 37
311 plot 的基本调用格式 …………… 37
312 曲线的色彩、 线型和数据点型 … 39
313 图形控制 ……………………… 40
32 三维绘图…………………………… 50
321 plot3 的基本调用格式 ………… 50
322 三维网线图和曲面图 ………… 50
33 图形窗口功能简介 ………………… 58
331 图形窗口工具条 ……………… 58
332 图形编辑 ……………………… 59
34 试验数据的图形表达 ……………… 62
341 EXCEL 数据文件绘图 ………… 62
342 文本数据文件绘图 …………… 63
习题 3 …………………………………… 65
第 4 章 MATLAB 编程………………… 66
41 MATLAB 程序控制 ………………… 66
411 for 循环结构 …………………… 66
412 while 循环结构 ………………… 67
413 ifelseend 分支结构 …………… 67
414 switchcase 结构 ……………… 68
目 录
415 trycatch 结构 ………………… 69
416 控制程序流的其他常用指令 …… 70
42 M 脚本文件和 M 函数文件 ………… 70
421 M 脚本文件 …………………… 70
422 M 函数文件 …………………… 70
423 M 函数文件的一般结构………… 71
424 局部变量和全局变量 ………… 72
43 变量的检测传递和限权使用函数 …… 72
431 输入、 输出参量检测指令 ……… 72
432 子函数 ………………………… 73
433 私有函数 ……………………… 75
44 串演算函数 ………………………… 75
441 eval …………………………… 75
442 feval ………………………… 76
443 内联函数 ……………………… 76
45 函数句柄…………………………… 77
451 函数句柄的创建和观察………… 77
452 函数句柄的基本用法 ………… 77
46 符号计算…………………………… 78
461 符号对象和使用 ……………… 78
462 符号表达式的操作 …………… 80
463 符号微积分 …………………… 81
习题 4 …………………………………… 83
第 5 章 系统模型 ……………………… 85
51 系统仿真概述 ……………………… 85
511 系统仿真及其分类 …………… 85
512 仿真模型与仿真研究 ………… 86
52 系统数学模型 ……………………… 86
521 系统时域模型 ………………… 86
522 系统传递函数模型 …………… 87
523 系统零极点增益模型 ………… 88
524 状态空间模型 ………………… 88
525 系统模型的转换 ……………… 90
526 系统模型参数的获取 ………… 91
527 时间延迟系统建模 …………… 92
528 模型属性设置和获取 ………… 93
53 系统模型的连接 …………………… 94
531 模型串联 ……………………… 94
532 模型并联 ……………………… 95
533 反馈连接 ……………………… 95
54 机电系统建模举例 ………………… 96
541 半定系统建模 ………………… 96
542 机械加速度计建模 …………… 98
543 磁悬浮系统建模 ……………… 99
544 液压动力元件建模 …………… 100
习题 5 ………………………………… 101
第 6 章 系统时间响应及其仿真 ……… 103
61 仿真算法 ………………………… 103
611 数值积分的基本原理 ………… 103
612 数值积分方法的选择 ………… 108
613 基于离散相似法的系统
仿真方法 …………………… 108
62 系统仿真的 MATLAB 函数 ………… 109
621 数值积分方法的 MATLAB
函数 ………………………… 109
622 时间响应仿真的 MATLAB
函数 ………………………… 113
63 采样控制系统仿真 ………………… 117
631 采样控制系统的基本组成 …… 117
632 采样控制系统仿真特点 ……… 118
633 采样控制系统仿真方法 ……… 118
习题 6 ………………………………… 120
第 7 章 系统频率响应及其仿真 ……… 123
71 频率特性的一般概念 ……………… 123
711 频率响应与频率特性 ………… 123
712 Nyquist 图与 Bode 图 ………… 124
713 稳定裕度 …………………… 124
72 连续系统频率特性的 MATLAB
函数 ……………………………… 125
721 频率响应的计算 ……………… 125
722 频率特性图示法 ……………… 127
73 离散系统频域仿真 ………………… 131
74 系统分析图形用户界面 …………… 133
习题 7 ………………………………… 137
第 8 章 控制系统的综合与校正 ……… 139
81 系统性能指标的计算 ……………… 139
Ⅴ
机电系统动态仿真———基于 MATLAB /Simulink 第 3 版
811 时域指标 …………………… 139
812 频域指标 …………………… 142
82 系统校正的 MATLAB 编程 ………… 143
821 相位滞后校正 ………………… 143
822 PID 校正……………………… 146
83 控制系统设计举例 ………………… 150
831 汽车悬架系统控制 …………… 150
832 阀控液压马达速度控制系统 …… 152
习题 8 ………………………………… 155
第 9 章 Simulink 动态仿真 …………… 158
91 Simulink 基本操作 ………………… 158
911 启动 Simulink ………………… 158
912 打开空白模型窗口 …………… 160
913 建立 Simulink 仿真模型 ……… 161
914 系统仿真运行 ………………… 163
915 仿真结果的输出和保存 ……… 164
92 模块库和系统仿真 ………………… 164
921 Simulink 模块库 ……………… 164
922 Simulink 环境下的仿真运行 …… 174
93 子系统的创建与封装 ……………… 179
931 子系统的创建 ………………… 179
932 子系统的封装 ………………… 181
933 条件子系统…………………… 185
94 Simulink 仿真举例 ………………… 190
941 曲柄滑块机构的运动学仿真 … 190
942 悬吊式起重机动力学仿真 …… 194
943 阀控液压缸的动刚度分析 …… 196
95 S函数简介 ……………………… 199
951 S函数的概念 ………………… 199
952 编写 M 文件 S函数…………… 202
习题 9 ………………………………… 208
参考文献 ………………………………… 211