机电系统动态仿真——基于MATLAB/Simulink（第2版）

第2版前言

第1版前言

第1章MATLAB基础1

1.1概述1

1.1.1MATLAB的发展历程1

1.1.2MATLAB的基本组成和特点2

1.2MATLAB的操作界面4

1.3指令窗运行5

1.3.1数值、变量和表达式6

1.3.2指令窗操作7

1.4历史指令窗10

1.5当前目录浏览器、路径设置器和文件管理11

1.5.1MATLAB的搜索路径11

1.5.2当前目录浏览器11

1. 6工作空间浏览器和数组编辑器13

1.6.1工作空间浏览器13

1.6.2数组编辑器13

1.7M文件编辑器和M脚本文件编写14

1.7.1Editor/Debugger M文件编辑器简介14

1.7.2M脚本文件的编写15

1.8使用MATLAB帮助16

习题118

第2章数组及其运算20

2.1简介20

2.2数值数组的生成和寻访20

2.2.1数值数组的生成20

2.2.2数值数组的寻访25

2.3数组运算和矩阵运算26

2.3.1执行数组运算的常用函数26

2.3.2数组和矩阵运算27

2.4“非数”和“空”数组29

2.4.1非数29

2.4.2“空”数组31

2.5数组的关系运算和逻辑运算31

2.5.1关系运算32

2.5.2逻辑运算33

2.6字符串数组33

2.6.1字符串数组的创建与操作33

2.6.2串操作函数35

2.6.3串转换函数36

2.7元胞数组38

2.7.1元胞数组的创建和显示38

2.7.2元胞数组内容的调取39

2.8构架数组40

习题241

第3章数据和函数的可视化42

3.1二维曲线绘图42

3.1.1plot的基本调用格式42

3.1.2曲线的色彩、线型和数据点型44

3.1.3图形控制46

3.2三维绘图57

3.2.1plot3的基本调用格式57

3.2.2三维网线图和曲面图58

3.3图形窗功能简介68

3.3.1图形窗工具栏68

3.3.2图形编辑69

习题372

第4章MATLAB编程73

4.1MATLAB程序控制73

4.1.1for循环结构73

4.1.2while循环结构74

4.1.3ifelseend分支结构75

4.1.4switchcase结构75

4.1.5trycatch结构77

4.1.6控制程序流的其他常用指令77

4.2M脚本文件和M函数文件78

4.2.1M脚本文件78

4.2.2M函数文件78

4.2.3M函数文件的一般结构79

4.2.4局部变量和全局变量80

4.3变量的检测传递和限权使用函数81

4.3.1输入、输出参量检测指令81

4.3.2子函数82

4.3.3私有函数84

4.4串演算函数84

4.4.1eval84

4.4.2feval85

4.4.3内联函数86

4.5函数句柄87

4.5.1函数句柄的创建和观察87

4.5.2函数句柄的基本用法87

4.6符号计算89

4.6.1符号对象和使用89

4.6.2符号表达式的操作91

4.6.3符号微积分92

习题493

第5章系统模型96

5.1系统仿真概述96

5.1.1系统仿真及其分类96

5.1.2仿真模型与仿真研究97

5.2系统数学模型98

5.2.1系统时域模型98

5.2.2系统传递函数模型98

5.2.3系统零极点增益模型99

5.2.4状态空间模型100

5.2.5系统模型的转换102

5.2.6系统模型参数的获取103

5.2.7时间延迟系统建模105

5.2.8模型属性设置和获取105

5.3系统模型的连接107

5.3.1模型串联107

5.3.2模型并联107

5.3.3反馈连接108

5.4机电系统建模举例110

5.4.1半定系统建模110

5.4.2机械加速度计建模111

5.4.3磁悬浮系统建模113

5.4.4液压动力元件建模114

习题5116

第6章系统时间响应及其仿真117

6.1仿真算法117

6.1.1数值积分的基本原理117

6.1.2数值积分方法的选择122

6.1.3基于离散相似法的系统仿真方法123

6.2系统仿真的MATLAB函数124

6.2.1数值积分方法的MATLAB函数124

6.2.2时间响应仿真的MATLAB函数129

6.3采样控制系统仿真134

6.3.1采样控制系统的基本组成134

6.3.2采样控制系统仿真特点134

6.3.3采样控制系统仿真方法135

习题6137

第7章系统频率响应及其仿真140

7.1频率特性的一般概念140

7.1.1频率响应与频率特性140

7.1.2Nyquist图与Bode图141

7.1.3稳定裕度141

7.2连续系统频率特性的MATLAB函数142

7.2.1频率响应的计算142

7.2.2频率特性图示法145

7.3离散系统频域仿真150

7.4系统分析图形用户界面153

习题7157

第8章控制系统的综合与校正159

8.1系统性能指标的计算159

8.1.1时域指标159

8.1.2频域指标163

8.2系统校正的MATLAB编程163

8.2.1相位滞后校正164

8.2.2PID校正168

8.3控制系统设计举例172

8.3.1汽车悬架系统控制172

8.3.2阀控液压马达速度控制系统176

习题8178

第9章Simulink动态仿真181

9.1Simulink基本操作181

9.1.1启动Simulink181

9.1.2打开空白模型窗口182

9.1.3建立Simulink仿真模型183

9.1.4系统仿真运行186

9.1.5仿真结果的输出和保存187

9.2模块库和系统仿真187

9.2.1Simulink模块库187

9.2.2Simulink环境下的仿真运行197

9.3子系统的创建与封装202

9.3.1子系统的创建203

9.3.2子系统的封装206

9.3.3条件子系统210

9.4Simulink仿真举例214

9.4.1曲柄滑块机构运动学的仿真214

9.4.2悬吊式起重机动力学仿真218

9.4.3阀控液压缸的动刚度分析220

9.5S函数简介224

9.5.1S函数的概念224

9.5.2编写M文件S函数227

习题9234

参考文献2382100433B

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(含机电类)有关专业，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生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。

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。

本书重点介绍何利用MATLAB进行机电系统动态仿真。系统介绍了MATLAB6.X及Simulink软件包中与机电系统仿真有关的必要知识，以及机电液系统建模、动态特性分析、控制系统设计、计算机仿真技术等相关理论、方法及MATLAB应用，书中的例子、习题涉及到控制原理，机构学、机械振动、液压传动、伺服系统等诸多机类专业的课程，希望能为读者应用MATLAB进行机电系统分析提供借鉴。

本书可作为理工科院校机类专业本科生学习计算机仿真的教材或参考书，也可供相关专业的研究生或科研人员使用。

前言

第1章 MATLAB基础

1.1 概述

1.2 MATLAB操作界面

1.3 Command Window运行

1.4 Command History窗

1.5 Current Directory、路径设置器和文件管理

1.6 Workspace Browser和Array Editor

1.7 M文件编辑器和脚本编写

1.8 使用MATLAB帮助

习题1

第2章 数组及其运算

2.1 简介

2.2 数值数组的生成和寻访

2.3 数组运算和矩阵运算

2.4 非数和“空”数组

2.5 数组的关系运算和逻辑运算

2.6 字符串数组

2.7 元胞数组

2.8 构架数组

习题2

第3章 数据和函数的可视化

3.1 二维曲线绘图

3.2 三维绘图

3.3 图形窗功能简介

习题3

第4章 MATLAB编程

4.1 MATLAB程序控制

4.2 M脚本文件和M函数文件

4.3 变量的检测传递和限权使用涵数

4.4 串演算函数

4.5 函数句柄

4.6 符号计算

习题4

第5章 系统模型

……

第6章 系统时间响应及其仿真

第7章 系统频率响应及其仿真

第8章 控制系统的综合与校正

第9章 Simulink动态仿真2100433B