建模、仿真與機(jī)電系統(tǒng)的相似

第1章 基本概念

1.1 實(shí)物系統(tǒng)及其模型的建立

1.2 物質(zhì)本質(zhì)（運(yùn)動(dòng)）的相似

1.3 相似性原理、類比推理及其對(duì)仿真設(shè)計(jì)的影響

1.4 機(jī)電系統(tǒng)的一般性質(zhì)

1.5 機(jī)械電子系統(tǒng)的模型

1.6 機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

思考題

第2章 系統(tǒng)的半實(shí)物仿真

2.1 簡(jiǎn)單機(jī)電系統(tǒng)的半實(shí)物仿真

2.1.1 系統(tǒng)仿真

2.1.2 仿真作用

2.1.3 仿真分類

2.2 一階系統(tǒng)的特性及其相似

2.2.1 典型機(jī)械元件及其特性

2.2.2 典型電氣元件及其特性

2.2.3 機(jī)械系統(tǒng)的一階模型

2.2.4 電氣系統(tǒng)的一階模型

2.2.5 拉普拉斯變換

2.2.6 一階系統(tǒng)的解及其特性與相似

2.2.7 一階系統(tǒng)階躍輸入的輸出響應(yīng)

2.3 二階系統(tǒng)的特性及其相似

2.3.1 機(jī)械系統(tǒng)的二階數(shù)學(xué)模型

2.3.2 電氣系統(tǒng)的二階數(shù)學(xué)模型

2.3.3 二階系統(tǒng)的解及其特性與相似

2.3.4 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)

2.3.5 二階系統(tǒng)的性能指標(biāo)

2.4 控制器的設(shè)計(jì)

2.5 基于運(yùn)算放大器模擬電路的半實(shí)物仿真

2.5.1 半實(shí)物系統(tǒng)的仿真

2.5.2 微機(jī)的接入

思考題

第3章 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及性能分析

3.1 引言

3.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3.3 系統(tǒng)的頻率特性分析

3.3.1 頻率特性分析的輸入——正弦信號(hào)

3.3.2 頻率特性的含義

3.3.3 頻率特性的表示方法

3.3.4 典型環(huán)節(jié)的頻率特性

3.4 MATLAB工具箱的數(shù)學(xué)建模

3.4.1 數(shù)學(xué)模型的建立

3.4.2 數(shù)學(xué)模型的連接

3.4.3 時(shí)域分析

3.4.4 頻域分析

3.5 Simulink仿真的數(shù)學(xué)建模

3.5.1 打開模型窗口的方法

3.5.2 模塊的復(fù)制、移動(dòng)與刪除

3.5.3 模塊的連接

3.5.4 模塊名稱的修改

3.5.5 模型文件的保存與打開

3.5.6 Simulink中的常用模塊庫(kù)

思考題

第4章 建模仿真在輪式移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)概述

4.2 機(jī)構(gòu)分析的建模仿真—

4.3 運(yùn)動(dòng)控制的建模與仿真

4.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

4.3.2 動(dòng)力學(xué)分析

4.4 實(shí)物平臺(tái)模型的控制實(shí)例應(yīng)用

思考題

第5章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析與仿真

5.1 關(guān)節(jié)式機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

5.1.1 基于閉環(huán)矢量法的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

5.1.2 基于D—H法的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

5.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模

5.2.1 連桿上任意一點(diǎn)的速度計(jì)算

5.2.2 動(dòng)能和位能的計(jì)算

5.2.3 動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)

5.3 機(jī)器人仿真實(shí)例

5.3.1 Robotics Tooibox簡(jiǎn)介

5.3.2 在MATLAB中安裝Robotics Toolbox

5.3.3 FUMA560的MATLAB仿真

思考題

第6章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模和仿真

6.1 概述

6.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)的建模與仿真

6.3 永磁無(wú)刷直流電機(jī)建模與仿真

6.4 永磁同步電動(dòng)機(jī)建模與仿真

6.5 本章小結(jié)

思考題

第7章 飛行動(dòng)力地面模擬系統(tǒng)的相似模型

7.1 系統(tǒng)主要參數(shù)

7.2 初步設(shè)計(jì)

7.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)想

7.2.2 系統(tǒng)方案選擇

7.2.3 驅(qū)動(dòng)裝置的選擇

7.2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

7.2.5 微處理機(jī)選型

7.3 具體設(shè)計(jì)

7.3.1 設(shè)計(jì)重點(diǎn)

7.3.2 設(shè)計(jì)方法

7.3.3 安全問題

7.4 本章小結(jié)

思考題 2100433B

本教材首先對(duì)機(jī)電系統(tǒng)建模與仿真的相關(guān)概念進(jìn)行了闡述和區(qū)分。然后介紹了相似原理及其在機(jī)電系統(tǒng)建模中的應(yīng)用，更強(qiáng)調(diào)機(jī)和電這兩個(gè)系統(tǒng)之間的相似。除了通常主要討論數(shù)學(xué)模型的建立外，本教材還側(cè)重介紹了實(shí)物、半實(shí)物模型的建立。在講授完上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，介紹了建模、仿真和相似原理在典型機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如：輪式移動(dòng)平臺(tái)、關(guān)節(jié)式機(jī)械手、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、飛行動(dòng)力地面模擬系統(tǒng)等。

通過對(duì)本教材的學(xué)習(xí)，為本學(xué)科的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)，也可以在一定程度上彌補(bǔ)目前出版的教材主要偏重計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)仿真（即介紹運(yùn)動(dòng)控制中的建模仿真多、抽象符號(hào)和數(shù)學(xué)計(jì)算多，而物理系統(tǒng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)少），不利于學(xué)生全面地了解機(jī)、電系統(tǒng)綜合知識(shí)的問題。

本書是在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者從事機(jī)械電子工程教學(xué)、研究工作的經(jīng)驗(yàn)以及我國(guó)實(shí)際情況，按照理論聯(lián)系實(shí)際的原則編寫而成的。全書分為7章：第1章闡述了建模仿真的基本概念，以及機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的相似；第2章介紹了系統(tǒng)的半實(shí)物模型，以及機(jī)電系統(tǒng)的一階、二階數(shù)學(xué)模型及其特性；第3章簡(jiǎn)要討論了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的描述方法，以及計(jì)算機(jī)在建模仿真中的作用；第4章探討了動(dòng)力學(xué)模型的建立，動(dòng)、靜態(tài)特性測(cè)試方法，以及建模仿真在輪式移動(dòng)平臺(tái)中的應(yīng)用；第5章以關(guān)節(jié)式機(jī)械手為例，介紹了機(jī)構(gòu)分析和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立與仿真；第6章闡述了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（電機(jī)）的建模、實(shí)物仿真和數(shù)字仿真；第7章通過分析飛行動(dòng)力地面系統(tǒng)，建立了數(shù)學(xué)模型加機(jī)械實(shí)物的仿真模型，然后運(yùn)用相似原理，以電路替代原有機(jī)械系統(tǒng)，建立了簡(jiǎn)化模型。

各章后的思考題有的是幫助讀者回顧本章的要點(diǎn)，有的則是引導(dǎo)讀者進(jìn)一步思考，不一定能在書中找到現(xiàn)成的答案。

本書共分6章,內(nèi)容涉及機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程、動(dòng)力學(xué)仿真軟件和試驗(yàn)建模方法;面向動(dòng)力學(xué)模型和面向?qū)嶓w模型的機(jī)電系統(tǒng)仿真分析方法；重點(diǎn)介紹了MATLAB系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)工具在基于傳遞函數(shù)的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、基于狀態(tài)空間模型的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的應(yīng)用；基于dSPACE的半物理仿真及辨識(shí)試驗(yàn)方法。

本書的特色在于突出機(jī)電系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)思想,并結(jié)合機(jī)電系統(tǒng)研究的科研實(shí)踐,在教材中充實(shí)了大量的應(yīng)用實(shí)例,每章課后附有習(xí)題和思考題，增強(qiáng)了本書的實(shí)用性。本書可作為高等院校機(jī)械電子工程專業(yè)的研究生教材,也可作為相關(guān)專業(yè)、科技人員的參考資料。

第1章　緒論

1.1　機(jī)電系統(tǒng)概述

1.1.1　機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)生的背景

1.1.2　機(jī)電一體化的基本概念

1.2　建模及仿真在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)中的作用

1.2.1　機(jī)電系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線

1.2.2　仿真在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用

1.3　機(jī)電系統(tǒng)常用的計(jì)算機(jī)仿真軟件

1.3.1　Pro/Engineer三維設(shè)計(jì)仿真軟件

1.3.2　ANSYS有限元分析軟件

1.3.3　ADAMS機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件

1.3.4　MATLAB仿真軟件

1.3.5　軟件協(xié)作仿真技術(shù)

習(xí)題與思考題

第2章　機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)建模方法

2.1　機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)概述

2.2　機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模

2.2.1　機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模

2.2.2　典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型

2.2.3　系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型

2.3　面向?qū)嶓w的機(jī)構(gòu)建模

2.3.1　基于ADAMS的機(jī)械系統(tǒng)建模

2.3.2　基于MATLAB的機(jī)構(gòu)建模

2.4　試驗(yàn)建模

2.4.1　辨識(shí)的基本概念

2.4.2　最小二乘辨識(shí)方法

2.4.3　頻率響應(yīng)法

……

第3章　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)字仿真分析

第4章　基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

第5章　伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

第6章　半物理仿真及辨識(shí)試驗(yàn)

參考文獻(xiàn) 2100433B

《機(jī)電液一體化系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)》內(nèi)容涉及系統(tǒng)仿真理論與算法，機(jī)械、液壓、電控系統(tǒng)的建模與仿真，機(jī)電液一體化系統(tǒng)數(shù)字仿真軟件平臺(tái)與協(xié)同仿真系統(tǒng)、視景仿真系統(tǒng)、分布式交互仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等，并論述了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS、液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim、控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB、分布式仿真平臺(tái)和視景仿真軟件VegaPrime等多領(lǐng)域?qū)I(yè)仿真軟件的應(yīng)用與集成，最后給出了一個(gè)綜合應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)闡述了機(jī)電液一體化系統(tǒng)建模與仿真的實(shí)現(xiàn)問題。 機(jī)電液一體化系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)是一本詳細(xì)論述機(jī)電液一體化系統(tǒng)的建模與仿真問題等內(nèi)容的書。