MATLAB/Simulink機電動態(tài)系統(tǒng)仿真及工程應用作者簡介

周高峰，陜西華縣人，于2012年9月在中原工學院開始從事教學科研工作，面向本校機電學院的研究生、本科生和大專生主要講授計算仿真技術、Visual C 程序設計、光電檢測技術、塑料模具設計與制造、光學工程基礎、現(xiàn)代控制工程、機電綜合課程設計等課程，指導本科畢業(yè)生3名；從事科研工作以來，發(fā)表學術論文15篇，其中SCI期刊論文1篇，EI論文6篇，中文核心7篇，獲國家授權發(fā)明專利2項，參與完成科研項目6項，其中參與國家863項目3項，工程研發(fā)項目5項。首次出版書籍著作。2100433B

第1章 MATLAB工程基礎回顧1

1.1 系統(tǒng)建模與仿真1

1.1.1 仿真的基本概念1

1.1.2 仿真的基本步驟1

1.1.3 仿真的發(fā)展階段2

1.1.4 仿真技術的工程應用意義2

1.1.5 MATLAB的特點2

1.2 MATLAB的安裝與使用基礎2

1.2.1 MATLAB的安裝2

1.2.2 MATLAB視窗環(huán)境7

1.3 MATLAB工程計算與圖形繪制11

1.3.1 MATLAB工程計算11

1.3.2 圖形繪制與輸出28

1.3.3 MATLAB解方程（組）36

本章小結40

思考題40

練習題41

第2章 MATLAB程序設計及仿真42

2.1 M文件42

2.1.1 M腳本文件42

2.1.2 M函數(shù)44

2.1.3 M函數(shù)程序44

2.1.4 全局變量與局部變量46

2.2 函 數(shù)46

2.2.1 子函數(shù)和私有函數(shù)47

2.2.2 串演算函數(shù)47

2.3 MATLAB程序設計的基本原則49

2.4 流程控制與面向?qū)ο缶幊?9

2.4.1 流程控制49

2.4.2 面向?qū)ο缶幊?2

2.5 文件調(diào)試與剖析53

2.5.1 MATLAB程序調(diào)試53

2.5.2 M文件性能剖析55

本章小結56

思考題56

練習題56

第3章 Simulink集成仿真環(huán)境57

3.1 Simulink的啟動與運行57

3.2 Simulink模塊庫的介紹59

3.2.1 公共模塊庫59

3.2.2 專業(yè)模塊庫72

3.3 Simulink的模塊操作與信號組操作73

3.3.1 Simulink的模塊操作74

3.3.2 Simulink的信號操作77

3.4 Simulink仿真設置82

3.5 Simulink用戶自定義模塊93

本章小結93

思考題93

練習題94

第4章 Simulink建模與實例95

4.1 Simulink的建模步驟95

4.2 Simulink仿真模型的運行與保存97

4.3 Simulink的建模舉例97

本章小結103

思考題103

練習題103

第5章 典型動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真104

5.1 動態(tài)系統(tǒng)建模104

5.1.1 動態(tài)系統(tǒng)概述與分類104

5.1.2 動態(tài)系統(tǒng)建模105

5.1.3 動態(tài)系統(tǒng)仿真過程107

5.2 連續(xù)系統(tǒng)建模與仿真107

5.2.1 連續(xù)系統(tǒng)的基本概念107

5.2.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學描述107 5.2.3 連續(xù)系統(tǒng)的Simulink仿真建模與M文件描述108

5.3 離散系統(tǒng)建模與仿真111

5.3.1 離散系統(tǒng)的基本概念111

5.3.2 離散系統(tǒng)的數(shù)學描述111

5.3.3 離散系統(tǒng)的Simulink建模仿真與M文件描述112

5.4 線性系統(tǒng)建模與仿真114

5.4.1 線性連續(xù)系統(tǒng)的Simulink建模仿真114

5.4.2 線性離散系統(tǒng)的Simulink建模仿真120

本章小結123

思考題123

練習題123

第6章 連桿機構建模與仿真124

6.1 連桿機構概述124

6.1.1 連桿機構的基本問題124

6.1.2 連桿機構自由度的計算125

6.2 連桿機構的數(shù)學描述與SimMechanics仿真工具介紹126

6.2.1 連桿機構的數(shù)學描述126

6.2.2 SimMechanics仿真工具介紹127

6.2.3 SimMechanics機械建模示例130

6.3 平面連桿機構建模與仿真136

6.3.1 平面曲柄搖桿機構建模與仿真136

6.3.2 平面曲柄滑塊機構建模與仿真139

6.4 空間連桿機構建模與仿真141

6.4.1 空間連桿機構自由度的計算142

6.4.2 空間連桿機構的數(shù)學描述142

6.4.3 空間連桿機構的建模仿真145

本章小結146

思考題146

練習題146

第7章 齒輪機構建模與仿真147

7.1 齒輪機構概述147

7.1.1 齒輪機構仿真模塊147

7.1.2 簡單齒輪機構仿真舉例148

7.2 齒輪機構的建模與仿真153

7.2.1 可變傳動比的齒輪機構建模與仿真153

7.2.2 恒定傳動比的串聯(lián)齒輪機構的建模與仿真154

7.2.3 定傳動比與可變傳動比的串聯(lián)齒輪機構的建模與仿真156

7.2.4 含有約束的齒輪機構的建模與仿真158

7.2.5 齒輪五桿機構的建模與仿真163

7.3 輪系機構的建模與仿真166

7.3.1 輪系概述166

7.3.2 定軸輪系的建模與仿真168

7.3.3 行星輪系的建模與仿真169

7.4 簡單機械系統(tǒng)的建模與仿真171

7.4.1 齒輪齒條機構的建模與仿真171

7.4.2 簡單的機械系統(tǒng)建模與仿真174

本章小結178

思考題178

練習題178

第8章 液壓控制系統(tǒng)建模與仿真179

8.1 液壓控制系統(tǒng)概述及其數(shù)學描述179

8.1.1 液壓控制系統(tǒng)概述179

8.1.2 液壓控制系統(tǒng)的建模過程180

8.1.3 液壓控制系統(tǒng)的數(shù)學描述181

8.2 液壓控制系統(tǒng)的仿真工具介紹182

8.3 液壓位置控制系統(tǒng)建模與仿真185

8.3.1 液壓位置控制系統(tǒng)的組成與工作原理185

8.3.2 液壓位置控制系統(tǒng)框圖與傳遞函數(shù)185

8.3.3 液壓位置控制系統(tǒng)建模與仿真187

8.4 液壓速度控制系統(tǒng)建模與仿真191

8.4.1 液壓速度控制系統(tǒng)的構成與控制方式191

8.4.2 液壓速度控制系統(tǒng)的建模與仿真193

8.5 液壓方向控制系統(tǒng)建模與仿真198

8.6 液壓壓力控制系統(tǒng)建模與仿真201

本章小結204

思考題204

練習題204

第9章 液壓執(zhí)行元件建模與仿真205

9.1 液壓元件概述及其數(shù)學描述205

9.1.1 液壓元件概述205

9.1.2 液壓元件的基本數(shù)學描述206

9.2 四通閥控液壓缸的建模與仿真209

9.2.1 液壓缸的基本方程209

9.2.1 四通閥控液壓缸動力機構方程與傳遞函數(shù)的推導209

9.2.2 四通閥控液壓缸動力機構傳遞函數(shù)的簡化213

9.2.3 四通閥控液壓缸動力機構傳遞函數(shù)的簡化與仿真214

9.3 四通閥控液壓馬達元件的建模與仿真216

9.3.1 四通閥控液壓馬達傳遞函數(shù)216

9.3.2 四通閥控液壓缸動力機構傳遞函數(shù)的簡化與仿真218

本章小結219

思考題219

練習題219

第10章 電子電路建模與仿真220

10.1 電子電路概述與數(shù)學描述220

10.1.1 電子電路概述220

10.1.2 電子電路的數(shù)學描述221

10.2 常用電路的分析方法225

10.2.1 直流電路分析方法225

10.2.2 交流電路分析方法226

10.3 電路仿真模塊介紹與仿真步驟227

10.3.1 電路仿真模塊介紹227

10.3.2 電路仿真步驟228

10.4 常用電路的建模與仿真229

10.4.1 直流電路的建模與仿真229

10.4.2 交流電路的建模與仿真231

10.4.3 含半導體器件電路的建模與仿真235

本章小結240

思考題240

練習題240

第11章 電機建模與仿真241

11.1 電機概述與仿真步驟241

11.1.1 電機概述241

11.1.2 Simulink電機仿真模塊介紹及仿真步驟242

11.2 直流電機的建模與仿真243

11.2.1 直流電機啟動243

11.2.2 直流電機調(diào)速250

11.2.3 直流電機制動253

11.3 交流電機的建模與仿真257

11.4 步進電機的建模與仿真267

本章小結269

思考題269

練習題269

第12章 電力系統(tǒng)建模與仿真270

12.1 電力系統(tǒng)270

12.1.1 電力系統(tǒng)概述270

12.1.2 電力系統(tǒng)仿真思想270

12.2 電力系統(tǒng)的數(shù)學描述271

12.2.1 同步發(fā)電機模型271

12.2.2 電力變壓器模型275

12.2.3 輸電線路模型278

12.2.4 電力系統(tǒng)負荷模型281

12.3 高壓直流輸電系統(tǒng)仿真與分析283

12.4 高壓交流輸電系統(tǒng)暫態(tài)仿真與分析290

12.5 交流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真與分析295

12.5.1 基于SVC的電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真與分析296

12.5.2 基于綜合潮流控制器的電力系統(tǒng)綜合仿真與分析306

本章小結326

思考題326

練習題326

第13章 測控系統(tǒng)建模與仿真327

13.1 測控系統(tǒng)概述327

13.2 測控系統(tǒng)的數(shù)學描述328

13.2.1 測控系統(tǒng)的時域數(shù)學描述328

13.2.2 測控系統(tǒng)的復域數(shù)學描述331

13.3 測控系統(tǒng)常用分析方法334

13.3.1 測控系統(tǒng)的時域分析法334

13.3.2 測控系統(tǒng)的頻域分析法337

本章小結342

思考題343

練習題343

第14章 PID控制器建模與仿真344

14.1 PID控制器概述344

14.2 PID控制器的數(shù)學描述與仿真模塊介紹345

14.2.1 PID控制器的基本思想345

14.2.2 PID控制器原理的數(shù)學描述346

14.2.3 Simulink中PID控制器仿真模塊的介紹347

14.3 模擬PID控制器的建模與仿真349

14.3.1 模擬PID控制器的構建350

14.3.2 模擬PID控制器的建模與仿真351

14.4 數(shù)字PID控制器的建模與MATLAB程序仿真354

14.4.1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制與MATLAB程序仿真354

14.4.2 離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制與MATLAB程序仿真356

14.4.3 增量式數(shù)字PID控制與MATLAB程序仿真357

14.4.4 位置PID控制與MATLAB程序仿真359

14.5 模糊PID控制器簡介361

本章小結361

思考題362

練習題362

附錄A 本書所用函數(shù)索引363

附錄B MATLAB常用函數(shù)命令367

附錄C Simulink機電模塊庫介紹369

參考文獻375

本書著眼于機電動態(tài)系統(tǒng)的仿真及工程應用，對機電系統(tǒng)中的機械機構、液壓控制系統(tǒng)、電機、電子電路、電力系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、PID控制等內(nèi)容進行了建模與仿真。全書共14章。主要內(nèi)容包括MATLAB工程基礎回顧和總結；在Simulink的集成仿真環(huán)境中如何仿真機電動態(tài)系統(tǒng)；機械機構、液壓系統(tǒng)工程的建模與仿真；電子電路、電機和電力系統(tǒng)的建模與仿真；機電測控系統(tǒng)的建模與仿真；PID控制器的建模與仿真。

本書可作為高等院校機械工程、儀器儀表與科學等專業(yè)的研究生教材，也可作為機電領域高級工程技術人員、科學研究人員和機電動態(tài)系統(tǒng)仿真愛好者的參考書。

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)設計、計算機仿真技術等相關理論、方法及MATLAB應用，書中的例子、習題涉及到控制原理，機構學、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，也可供相關專業(yè)的研究生或科研人員使用。

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(含機電類)有關專業(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)學生學習計算機動態(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。

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。