《Matlab/Simulink動力學系統建模與仿真》是2019年12月機械工業出版社出版的圖書，作者是王硯、黎明安。
基本介紹
- 書名：Matlab/Simulink動力學系統建模與仿真
- 作者： 王硯、黎明安
- ISBN：9787111614616
- 定價：48.5元
- 出版社：機械工業出版社
- 出版時間：2019年12月
- 裝幀：平裝
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書主要內容介紹了動力學系統中微分方程模型、傳遞函式模型和狀態空間模型等建立的基礎理論，並引入了Simulink仿真技術，為解決複雜動力學問題特別是不易得到解析解的動力學問題提供了方法。書中編排了較多的例題來說明針對不同力學模型的仿真模型的建立方法，以及差分模型、相似模型、時域和頻域等仿真模型，*後介紹了控制動力學基礎知識作為後繼研究的擴展內容。全書分為十章，一到三章介紹了建模與仿真的數學力學基礎知識和以框圖來表示模型的方法，主要以微分方程模型為主線以及簡單的仿真模型建立。第四介紹了系統的傳遞函式模型以及面對傳遞函式的仿真模型建立，第五章介紹了狀態空間模型，第六章介紹了基於採樣的將連續系統離散化方法，第七章介紹了機電相似模型，第八章介紹了動力學系統的時域瞬態回響分析方法，第九章介紹了頻域分析方法，第十章介紹了控制動力學基礎。全書貫穿了以Matlab/Sinmulink仿真技術。
圖書目錄
前 言
緒 論 1
0.1 概述 1
0.2 仿真技術的三大組成部分 1
0.3 Simulink 仿真系統簡介 3
第 1 章 系統建模與仿真基礎 4
1.1 系統仿真模型框圖表示法 4
1.1.1 仿真基本元件 4
1.1.2 簡單仿真框圖結構 5
1.2 拉普拉斯變換 8
1.2.1 拉普拉斯變換的定義及其性質 8
1.2.2 拉普拉斯逆變換 10
1.2.3 拉普拉斯變換在求解線性常係數
微分方程中的套用 13
1.3 Z 變換與 Z 變換的逆變換 15
1.3.1 Z 變換的定義 16
1.3.2 Z 變換的套用 16
1.4 矩陣的特徵值與特徵向量 18
1.4.1 標準特徵值問題 18
1.4.2 廣義特徵值問題 19
1.4.3 相似變換及其特性 21
習題 25
第 2 章 動力學系統的微分方程模型 27
2.1 動力學建模基本理論 27
2.1.1 動力學系統基本元件 27
2.1.2 動力學建模基本定理 28
2.2 哈密頓動力學建模體系 38
2.2.1 拉格朗日方程 38
2.2.2 哈密頓原理 40
2.3 一維彈性體的有限元建模 42
2.3.1 梁單元質量矩陣與剛度矩陣 42
2.3.2 總體系統動力學微分方程 44
2.4 一維彈性體系統的假設模態法 48
2.4.1 模態函式 48
2.4.2 系統的動能和勢能 48
2.4.3 系統的動力學方程 49
2.5 Simulink 高級積分器仿真模型的建立 51
2.5.1 高級積分器連線埠 51
2.5.2 高級積分器在仿真中的套用 52
習題 53
第 3 章 動力學系統回響分析的數值方法 57
3.1 數值積分法和數值微分法 57
3.1.1 數值積分法 57
3.1.2 數值微分法 59
3.1.3 多自由度振動系統的差商模型 62
3.2 龍格￣庫塔法 64
3.2.1 二階龍格￣庫塔法 64
3.2.2 四階龍格￣庫塔法 65
3.3 四階龍格￣庫塔法仿真程式設計 66
3.3.1 求解一階微分方程四階龍格￣庫塔法程式設計 66
3.3.2 求解一階微分方程組的四階龍格￣庫塔法程式設計 68
3.3.3 高階微分方程的四階龍格￣庫塔法程式設計 69
3.4 隱式逐步積分法 71
3.4.1 線性加速度法 71
3.4.2 威爾遜 θ 法 74
3.5 微分方程邊值問題的求解 76
3.5.1 解線性方程邊值問題的差分方法 77
3.5.2 解線性方程邊值問題的打靶法(試射法) 77
3.5.3 關於三對角矩陣的追趕法程式設計 79
3.6 關於 Simulink 環境中的求解器Solver 81
3.6.1 常用求解器 81
3.6.2 求解器的選擇 82
3.7 Matlab 中的符號微積分 82
3.7.1 符號微分與符號積分 82
3.7.2 利用符號運算求解微分方程 83
習題 84
第 4 章 系統傳遞函式模型 88
4.1 傳遞函式及其特性 88
4.1.1 傳遞函式的定義 88
4.1.2 傳遞函式的特性 89
4.1.3 傳遞函式的圖示方法 89
4.2 典型環節的傳遞函式 90
4.2.1 比例環節 90
4.2.2 一階延遲環節 90
4.2.3 微分環節 91
4.2.4 積分環節 91
4.2.5 二階振盪環節 91
4.3 傳遞函式的其他形式 93
4.3.1 傳遞函式的零極點形式 93
4.3.2 傳遞函式的留數形式 93
4.3.3 傳遞函式的並聯､ 串聯與反饋連線 94
4.3.4 控制系統的開環傳遞函式 97
4.4 多自由度振動系統的傳遞函式模型 101
4.4.1 直接方法 101
4.4.2 模態分析法 103
4.5 傳遞函式模型的 Simulink 仿真模型 105
4.5.1 與傳遞函式相關的 Matlab 運算指令 105
4.5.2 傳遞函式模型的 Simulink 仿真模型建立 108
4.6 彈性系統的傳遞函式仿真模型 111
4.6.1 彈性系統的傳遞函式 111
4.6.2 傳遞函式 Simulink 仿真模型 112
習題 113
第 5 章 動力學系統狀態空間模型 117
5.1 動力學系統狀態空間模型的內容 118
5.1.1 狀態空間方程的一般形式 118
5.1.2 化高階微分方程為狀態方程———不含輸入導數情況 119
5.1.3 線性多自由度振動系統的狀態空間模型 122
5.2 微分方程模型與狀態空間的關係 123
5.2.1 微分方程模型與狀態空間模型特徵對的關係 123
5.2.2 系統含有輸入導數的狀態空間模型 124
5.3 狀態空間的相似變換 130
5.3.1 一般情況 130
5.3.2 特殊情況 (可控標準型的情況) 130
5.4 系統的狀態空間模型與傳遞函式模型之間的轉換 132
5.4.1 從狀態空間模型轉換為傳遞函式模型 132
5.4.2 模型轉換 Matlab 函式 133
5.4.3 傳遞函式模型轉換為狀態空間模型的直接方法 134
5.5 傳遞函式模型轉換為狀態空間模型的串並聯法 136
5.5.1 並聯模型法 136
5.5.2 串聯模型法 138
5.6 狀態空間仿真模型的建立 142
5.6.1 非線性時變系統 142
5.6.2 非線性定常系統 142
5.6.3 線性時變系統 142
5.6.4 線性定常系統 142
5.7 關於混合系統仿真 144
習題 146
第 6 章 連續系統的相似離散法 148
6.1 線性連續系統相似離散法 148
6.1.1 連續系統狀態方程的精確解 148
6.1.2 零階保持器下狀態方程的離散化 149
6.1.3 一階保持器下的狀態方程的離散 151
6.1.4 離散系統仿真模組 151
6.2 狀態轉移矩陣 152
6.2.1 狀態轉移矩陣的特性 152
6.2.2 求轉移矩陣的方法 153
6.3 離散系統的傳遞函式模型 154
6.3.1 零階保持器的傳遞函式 154
6.3.2 一階保持器的傳遞函式 155
6.3.3 離散系統的傳遞函式模型 156
6.4 線性時變系統狀態方程的離散化 158
6.4.1 線性時變狀態方程的解 158
6.4.2 線性時變系統狀態方程的離散化 159
6.4.3 近似離散化 159
6.5 離散系統仿真模型的建立 163
6.5.1 有關離散系統 Matlab 函式的套用 163
6.5.2 使用單位延遲模組的狀態空間仿真模型 166
6.5.3 利用離散傳遞函式模組的 Simulink仿真模型 168
6.5.4 使用離散狀態空間模組仿真模型 169
習題 172
第 7 章 機電模擬系統 174
7.1 電學基本元件和基本定律 174
7.1.1 電學基本元件 174
7.1.2 電路動態方程的基本定律 175
7.1.3 電器系統數學模型的建立 176
7.2 無源濾波器 179
7.2.1 濾波器的基本類型 179
7.2.2 無源 RC 濾波器 180
7.2.3 無源 RLC 濾波器 186
7.3 機電相似系統 187
7.3.1 力￣電壓相似系統 187
7.3.2 力￣電流相似系統 189
7.4 機電耦合系統的數學建模 190
7.5 運算放大器系統的數學建模 191
7.6 電子 PID 控制器設計 197
習題 198
第 8 章 系統瞬態回響分析 201
8.1 典型狀態和典型激勵的瞬態回響 201
8.1.1 系統回響的種類 201
8.1.2 常見的幾種典型外激勵 202
8.2 一階系統的瞬態回響分析 203
8.2.1 系統在零輸入回響 203
8.2.2 系統零狀態回響 204
8.2.3 標準一階系統的單位階躍回響特性 206
8.3 二階系統瞬態回響分析 208
8.3.1 標準二階系統的單位脈衝回響 208
8.3.2 欠阻尼標準二階系統的階躍回響 210
8.3.3 欠阻尼標準二階系統的性能指標 211
8.3.4 非標準欠阻尼標準二階系統的性能指標與時域參數識別 215
8.3.5 欠阻尼二階系統的單位斜坡回響 218
8.3.6 過阻尼二階系統的單位階躍回響 218
8.4 Matlab/ Simulink 仿真 220
8.5 高階系統的瞬態回響 222
8.5.1 高階系統的傳遞函式 222
8.5.2 高階系統的瞬態回響 222
習題 223
第 9 章 動力學系統頻域分析方法 226
9.1 概述 226
9.2 頻率回響函式 226
9.2.1 諧和激勵下系統的回響函式 226
9.2.2 系統的傳遞函式與系統的頻率回響函式的關係 228
9.2.3 系統頻率回響特性曲線 (頻響曲線) 230
9.3 單位脈衝函式與頻率回響函式 232
9.3.1 單位脈衝回響函式 (權函式) 232
9.3.2 單位脈衝函式與頻率回響函式的關係 233
9.3.3 標準二階系統的頻率回響特性 235
9.4 頻率回響分析法仿真 237
9.4.1 系統頻率回響特性仿真指令 237
9.4.2 線性多自由度系統的頻域分析 244
9.4.3 快速傅立葉變換 (FFT) 與仿真 246
9.5 頻率回響特性在振動系統參數識別中的套用 247
9.5.1 幅頻､ 相頻曲線識別法 248
9.5.2 實頻､ 虛頻曲線識別法 249
9.5.3 導納圓的參數識別法 251
習題 253
第 10 章 動力學系統控制基礎 255
10.1 動力學控制的基本概念 255
10.2 PID 控制系統 257
10.2.1 PID 工作簡介 257
10.2.2 PID 的數學模型 257
10.2.3 PID 控制系統的回響分析 258
10.3 狀態反饋控制系統 268
10.4 最優控制 272
10.4.1 固定端點的問題最優控制 273
10.4.2 在始端時刻固定､ 末值狀態自由
情況下的最優控制 274
10.5 線性系統的二次型最優設計 276
習題 283
附錄 285
附錄 A Simulink 仿真系統常用模組庫 285
附錄 B 典型函式的拉普拉斯變換和 Z
變換 286
附錄 C Matlab / Simulink 部分功能設定 287
參考文獻 288
