機電系統(tǒng)動態(tài)仿真——基于MATLAB/Simulink（第3版）內(nèi)容簡介

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(shè)計。其第1~4章系統(tǒng)介紹了動態(tài)仿真所應(yīng)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(yīng)、頻率響應(yīng)、控制系統(tǒng)綜合校正等相關(guān)專業(yè)知識、算法以及進行仿真所對應(yīng)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(shè)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(shù)的教材或參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生或科研人員使用。

前 言

第 1 章 MATLAB 基礎(chǔ) …………… 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(shè)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(guān)系運算和邏輯運算 ………… 27

251 關(guān)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(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu) …………………… 66

412 while 循環(huán)結(jié)構(gòu) ………………… 67

413 ifelseend 分支結(jié)構(gòu) …………… 67

414 switchcase 結(jié)構(gòu) ……………… 68

目 錄

415 trycatch 結(jié)構(gòu) ………………… 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(jié)構(gòu)………… 71

424 局部變量和全局變量 ………… 72

43 變量的檢測傳遞和限權(quán)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)及其仿真 ……… 123

71 頻率特性的一般概念 ……………… 123

711 頻率響應(yīng)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(yīng)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(shè)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(jié)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(gòu)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

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(shè)計。其第1~4章系統(tǒng)介紹了動態(tài)仿真所應(yīng)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(yīng)、頻率響應(yīng)、控制系統(tǒng)綜合校正等相關(guān)專業(yè)知識、算法以及進行仿真所對應(yīng)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(含機電類)有關(guān)專業(yè)，如機械設(shè)計與制造、機械電子工程、車輛工程、儀器與儀表等專業(yè)學生學習計算機動態(tài)仿真技術(shù)的教材或參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生或科研人員使用。

本書重點介紹何利用MATLAB進行機電系統(tǒng)動態(tài)仿真。系統(tǒng)介紹了MATLAB6.X及Simulink軟件包中與機電系統(tǒng)仿真有關(guān)的必要知識，以及機電液系統(tǒng)建模、動態(tài)特性分析、控制系統(tǒng)設(shè)計、計算機仿真技術(shù)等相關(guān)理論、方法及MATLAB應(yīng)用，書中的例子、習題涉及到控制原理，機構(gòu)學、機械振動、液壓傳動、伺服系統(tǒng)等諸多機類專業(yè)的課程，希望能為讀者應(yīng)用MATLAB進行機電系統(tǒng)分析提供借鑒。

本書可作為理工科院校機類專業(yè)本科生學習計算機仿真的教材或參考書，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生或科研人員使用。

前言

第1章 MATLAB基礎(chǔ)

1.1 概述

1.2 MATLAB操作界面

1.3 Command Window運行

1.4 Command History窗

1.5 Current Directory、路徑設(shè)置器和文件管理

1.6 Workspace Browser和Array Editor

1.7 M文件編輯器和腳本編寫

1.8 使用MATLAB幫助

習題1

第2章 數(shù)組及其運算

2.1 簡介

2.2 數(shù)值數(shù)組的生成和尋訪

2.3 數(shù)組運算和矩陣運算

2.4 非數(shù)和“空”數(shù)組

2.5 數(shù)組的關(guān)系運算和邏輯運算

2.6 字符串數(shù)組

2.7 元胞數(shù)組

2.8 構(gòu)架數(shù)組

習題2

第3章 數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化

3.1 二維曲線繪圖

3.2 三維繪圖

3.3 圖形窗功能簡介

習題3

第4章 MATLAB編程

4.1 MATLAB程序控制

4.2 M腳本文件和M函數(shù)文件

4.3 變量的檢測傳遞和限權(quán)使用涵數(shù)

4.4 串演算函數(shù)

4.5 函數(shù)句柄

4.6 符號計算

習題4

第5章 系統(tǒng)模型

……

第6章 系統(tǒng)時間響應(yīng)及其仿真

第7章 系統(tǒng)頻率響應(yīng)及其仿真

第8章 控制系統(tǒng)的綜合與校正

第9章 Simulink動態(tài)仿真2100433B