MATLAB/Simulink 機電動態系統仿真及工程應用, 2/e

本書始終圍繞機電動態系統的仿真及其工程應用這個主題而展開,主要講解了有關機電動態系統中的連桿機構、齒輪機構、
液壓控制系統、液壓執行元件、電子電路、電機、電力系統、測控系統、PID控制器、讀/寫外部數據等內容。
本書在第1版的基礎上對各章節內容進行了補充和完善,增加了讀/寫外部數據內容。
全書共15章,
第1、2章回顧和總結MATLAB工程基礎;
第3~5章說明在Simulink的集成仿真環境中如何仿真機電動態系統;
第6~9章講解機械機構、液壓控制系統工程的建模與仿真;
第10~12章講解電子電路、電機和電力系統的建模與仿真;
第13章講解測控系統的建模與仿真;
第14章說明PID 控制器的建模與仿真;
第15章講解MATLAB讀/寫外部數據。

本書可作為高等院校機械工程、儀器科學與技術、電氣工程、自動化專業的研究生教材,
也可作為機電工程領域中的高級工程技術人員、大學教師、科學研究人員和機電動態系統仿真愛好者的參考書。

周高峰，工學博士，副教授，碩士研究生導師。
從事機械電子工程專業的教學科研工作，現就職於中原工學院機電學院。
主要講授機械電子工程專業課程、機械工程基礎課程及研究生課程，
研究方向為傳感器技術、機電檢測技術、機電控制與自動化、機器人理論及其技術應用。
同時擔任多家國際學術期刊的學術稿件審稿人和編委，如JMMT、Sensor Review、IEEE Sensors Journal、
Assembly Automation、Industrial Robot、IEEE Transaction on Mechatronics、Review of Scientific Instrument等。
已發表學術論文40餘篇，其中SCI/EI論文9篇，獲授權發明專利4項，
主持出版中、英文專業科技書籍4部。

第1章 MATLAB工程基礎回顧 1
1.1 系統建模與仿真 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 2020的安裝與使用 3
1.2.1 MATLAB 2020的安裝 3
1.2.2 MATLAB視窗環境 8
1.3 MATLAB工程計算與圖形繪製 12
1.3.1 MATLAB工程計算 12
1.3.2 圖形繪製與輸出 29
1.3.3 MATLAB解方程(組) 37
本章小結 42
思考練習題 42
第2章 MATLAB程序設計及仿真 43
2.1 M 文件 43
2.1.1 M 腳本文件 43
2.1.2 M 函數 44
2.1.3 M 函數程序 45
2.1.4 全局變量與局部變量 47
2.2 函 數 47
2.2.1 子函數和私有函數 47
2.2.2 串演算函數 48
2.3 MATLAB程序設計的基本原則 49
2.4 流程控制與面向對象編程 50
2.4.1 流程控制 50
2.4.2 面向對象編程 53
2.5 M 文件調試與剖析 54
2.5.1 M 文件調試 54
2.5.2 M 文件性能剖析 57
2.6 良好的編程習慣 58
本章小結 59
思考練習題 59
第3章 Simulink集成仿真環境 60
3.1 Simulink的啟動與運行 60
3.2 Simulink仿真模型的特點和數據類型 64
3.2.1 Simulink仿真模型的特點 64
3.2.2 Simulink仿真模型的數據類型 66
3.3 Simulink模塊的構成和模塊庫介紹 68
3.3.1 Simulink模塊的構成 68
3.3.2 公共模塊庫 69
3.3.3 專業模塊庫 87
3.4 Simulink基本操作 88
3.4.1 Simulink模塊基本操作 89
3.4.2 Simulink信號線基本操作 93
3.4.3 Simulink系統模型基本操作 99
3.4.4 Simulink子系統基本操作 100
3.5 Simulink仿真設置 117
3.6 Simulink用戶自定義模塊及模塊庫的創建和使用 129
3.6.1 Simulink用戶自定義模塊 129
3.6.2 Simulink模塊庫的創建和使用 134
3.7 S函數的設計和應用 140
3.7.1 S函數的設計 141
3.7.2 S函數的應用 145
本章小結 149
思考練習題 150
第4章 Simulink建模與實例 151
4.1 Simulink建模的步驟和方法技巧 151
4.1.1 Simulink建模的步驟 151
4.1.2 Simulink建模的方法技巧 153
4.2 Simulink運行仿真與保存 154
4.2.1 啟動與仿真 154
4.2.2 仿真模型調試 156
4.2.3 優化仿真過程 159
4.2.4 保存仿真模型 161
4.3 Simulink建模舉例 161
本章小結 170
思考練習題 170
第5章 典型動態系統建模與仿真 171
5.1 動態系統建模 171
5.1.1 動態系統概述 171
5.1.2 動態系統建模示例 173
5.1.3 動態系統仿真過程 174
5.2 連續系統建模與仿真 174
5.2.1 連續系統的基本概念 174
5.2.2 連續系統的數學描述 175
5.2.3 連續系統的Simulink建模仿真與 M 文件仿真 175
5.3 離散系統建模與仿真 178
5.3.1 離散系統的基本概念 178
5.3.2 離散系統的數學描述 179
5.3.3 離散系統的Simulink建模仿真與 M 文件仿真 180
5.4 線性系統建模與仿真 183
5.4.1 線性連續系統的Simulink建模與仿真 183
5.4.2 線性離散系統的Simulink建模與仿真 190
5.5 混合系統建模與仿真 194
本章小結 195
思考練習題 195
第6章 連桿機構建模與仿真 196
6.1 連桿機構概述 196
6.1.1 連桿機構的基本問題 196
6.1.2 連桿機構自由度的計算 197
6.2 連桿機構的數學描述與 Multibody仿真工具介紹 198
6.2.1 連桿機構的數學描述 198
6.2.2 Multibody仿真工具介紹 199
6.2.3 Multibody機械建模示例 202
6.3 平面連桿機構建模與仿真 208
6.3.1 平面曲柄搖桿機構建模與仿真 208
6.3.2 平面曲柄滑塊機構建模與仿真 214
6.4 空間連桿機構建模與仿真 221
6.4.1 空間連桿機構自由度的計算 222
6.4.2 空間連桿機構的數學描述 223
6.4.3 空間連桿機構仿真示例 225
6.5 連桿機構建模仿真的工程應用 227
本章小結 237
思考練習題 237
第7章 齒輪機構建模與仿真 238
7.1 齒輪機構概述 238
7.1.1 齒輪機構傳動比 238
7.1.2 簡單齒輪機構仿真舉例 239
7.2 常規齒輪機構建模與仿真 242
7.2.1 可變傳動比齒輪機構建模與仿真 242
7.2.2 恆定傳動比串聯齒輪機構建模與仿真 244
7.2.3 定傳動比與可變傳動比串聯齒輪機構建模與仿真 245
7.2.4 含有約束的齒輪機構建模與仿真 246
7.2.5 齒輪五桿機構建模與仿真 252
7.3 輪系機構建模與仿真 257
7.3.1 輪系概述 257
7.3.2 定軸輪系建模與仿真 258
7.3.3 行星輪系建模與仿真 260
7.4 機械系統建模與仿真 262
7.4.1 齒輪齒條機構建模與仿真 262
7.4.2 機械系統仿真示例 266
本章小結 272
思考練習題 272
第8章 液壓控制系統建模與仿真 273
8.1 液壓控制系統概述及數學描述 273
8.1.1 液壓控制系統概述 273
8.1.2 液壓控制系統的建模過程 275
8.1.3 液壓控制系統的數學描述 275
8.2 液壓控制系統的仿真工具介紹 276
8.3 液壓位置控制系統建模與仿真 279
8.3.1 液壓位置控制系統的組成與工作原理 279
8.3.2 液壓位置控制系統框圖與傳遞函數 280
8.3.3 液壓位置控制系統仿真示例 282
8.4 液壓速度控制系統建模與仿真 286
8.4.1 液壓速度控制系統的構成與控制方式 287
8.4.2 液壓速度控制系統仿真示例 289
8.5 液壓方向控制系統建模與仿真 295
8.6 液壓壓力控制系統建模與仿真 298
本章小結 301
思考練習題 301
第9章 液壓執行元件建模與仿真 302
9.1 液壓元件概述及數學描述 302
9.1.1 液壓元件概述 302
9.1.2 液壓元件的基本數學描述 303
9.2 四通閥控液壓缸的建模與仿真 306
9.2.1 液壓缸的基本方程 306
9.2.2 四通閥控液壓缸動力機構方程與傳遞函數的推導 306
9.2.3 四通閥控液壓缸傳遞函數仿真 310
9.2.4 四通閥控液壓缸動力機構傳遞函數的簡化與仿真 312
9.3 四通閥控液壓馬達元件的建模與仿真 315
9.3.1 四通閥控液壓馬達傳遞函數 315
9.3.2 四通閥控液壓馬達傳遞函數仿真 316
本章小結 318
思考練習題 319
第10章 電子電路建模與仿真 320
10.1 電子電路概述及數學描述 320
10.1.1 電子電路概述 320
10.1.2 電子電路的數學描述 321
10.2 常用電路的分析方法 326
10.2.1 直流電路分析方法 326
10.2.2 交流電路分析方法 327
10.3 電路仿真模塊介紹與仿真步驟 328
10.3.1 電路仿真模塊介紹 328
10.3.2 電路仿真步驟 330
10.4 常用電路的建模與仿真 331
10.4.1 直流電路的建模與仿真 331
10.4.2 交流電路的建模與仿真 334
10.4.3 含半導體器件電路的建模與仿真 338
10.4.4 常用數字電路的建模與仿真 343
本章小結 352
思考練習題 352
第11章 電機建模與仿真 353
11.1 電機概述與仿真步驟 353
11.1.1 電機概述 353
11.1.2 電機仿真步驟 354
11.2 直流電機的建模與仿真 355
11.2.1 直流電機啟動 355
11.2.2 直流電機調速 364
11.2.3 直流電機制動 367
11.3 交流電機的建模與仿真 372
11.4 步進電機的建模與仿真 382
11.5 變壓器的建模與仿真 386
11.5.1 變壓器空載運行 387
11.5.2 變壓器負載運行 391
本章小結 395
思考練習題 395
第12章 電力系統建模與仿真 396
12.1 電力系統概述 396
12.1.1 電力系統概念和特點 396
12.1.2 電力系統仿真思想 397
12.2 電力系統的數學描述 397
12.2.1 同步發電機模型 397
12.2.2 電力變壓器模型 402
12.2.3 輸電線路模型 406
12.2.4 電力系統負荷模型 410
12.3 高壓直流輸電系統仿真與分析 413
12.4 高壓交流輸電系統暫態仿真與分析 420
12.5 交流電力系統機電暫態仿真與分析 425
12.5.1 基於SVC的電力系統機電暫態仿真與分析 426
12.5.2 基於 UPFC的電力系統綜合仿真與分析 435
本章小結 452
思考練習題 452
第13章 測控系統建模與仿真 453
13.1 測控系統概述 453
13.2 測控系統的數學描述 454
13.2.1 測控系統的時域數學描述 454
13.2.2 測控系統的複域數學描述 457
13.3 測控系統常用分析方法 460
13.3.1 測控系統的時域分析法 461
13.3.2 測控系統的頻域分析法 464
本章小結 467
思考練習題 468
第14章 PID控制器建模與仿真 469
14.1 PID控制器概述 469
14.2 PID控制器的數學描述與仿真模塊介紹 470
14.2.1 PID控制器的基本思想 470
14.2.2 PID控制器原理的數學描述 471
14.2.3 Simulink中PID控制器仿真模塊介紹 472
14.3 模擬PID控制器的建模與仿真 474
14.3.1 模擬PID控制器的構建 475
14.3.2 模擬PID控制器仿真示例 476
14.4 數字PID控制器的 M 文件仿真 479
14.4.1 連續系統數字PID控制器的 M 文件仿真 480
14.4.2 離散系統數字PID控制器的 M 文件仿真 481
14.4.3 增量式數字PID控制器的 M 文件仿真 483
14.4.4 位置PID控制器的 M 文件仿真 484
14.5 其他PID控制器概述 486
本章小結 487
思考練習題 487
第15章 讀/寫外部數據 488
15.1 管理文件夾 488
15.2 讀/寫數據文件 492
15.2.1 讀取數據文件 492
15.2.2 導出數據文件 497
15.3 讀/寫音頻文件與圖像文件 499
15.3.1 讀/寫、錄製和播放音頻文件 499
15.3.2 讀取、顯示和寫入圖像文件 503
15.4 讀/寫視頻與攝像頭數據 508
15.4.1 讀取和寫入視頻文件 509
15.4.2 讀取攝像頭數據 511
本章小結 515
思考練習題 515
參考文獻 516