《Matlab/Simulink動力學系統建模與仿真（第2版）》是2015年出版的圖書，作者是黎明安、錢利。
基本介紹
- 書名：Matlab/Simulink動力學系統建模與仿真（第2版）
- 作者：黎明安、錢利
- ISBN：978-7-118-10205-5
- 出版時間：2015年7月
- 裝幀：平裝
- 開本：16
- 版次：：1版1次
基本信息,內容簡介,目錄,
基本信息
書名：Matlab/Simulink動力學系統建模與仿真(第2版)
書號：978-7-118-10205-5
作者：黎明安、錢利
出版時間：2015年7月
譯者：
版次：1版1次
開本：16
裝幀：平裝
出版基金：
頁數：292
字數：456
中圖分類：TP391.75
叢書名：
定價：49.00
內容簡介
本書主要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各類動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,最後將控制動力學基礎知識作為後繼研究的擴展內容做了介紹。本書是一本多學科內容相交叉的教材,同時涉及了力學、電學和動力學控制等學科的交叉知識。
本書適合具有一定數學和力學基礎知識的理工科專業的本科高年級學生使用,可以作為機械工程、土木工程、車輛工程和儀器儀表、印刷機械等本科高年級學生和相關專業的研究生在學習有關動力學系統建模與仿真內容時的參考書,還可供相關工程技術人員參考。
目錄
緒論1
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 基本仿真元件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11
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逆變換16
1.3.1 Z變換的定義16
1.3.2 Z變換的套用17
1.4 矩陣的特徵值與特徵矢量18
1.4.1 標準特徵值問題19
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28
2.1 動力學建模基本理論28
2.1.1 動力學系統基本元件28
2.1.2 動力學建模基本定理29
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49
2.4.3 系統的動力學方程49
2.5 Simulink高級積分器的仿真模型建立51
2.5.1 高級積分器連線埠52
2.5.2 高級積分器在仿真中的套用52
習題54
第3章 動力學系統回響分析的數值方法58
3.1 數值積分法和數值微分法58
3.1.1 數值積分法58
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63
3.2 龍格—庫塔法65
3.2.1 二階龍格—庫塔法65
3.2.2 四階龍格—庫塔法66
3.3 四階龍格—庫塔法仿真程式設計67
3.3.1 求解一階微分方程四階龍格—庫塔法程式設計67
3.3.2 求解一階微分方程組的四階的龍格—庫塔法程式設計69
3.3.3 高階微分方程的四階龍格—庫塔法程式設計70
3.4 隱式逐步積分法72
3.4.1 線性加速度法72
3.4.2 威爾遜θ法75
3.5 微分方程的邊值問題的求解76
3.5.1 解線性方程邊值問題的差分方法76
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Solver80
3.6.1 常用求解器80
3.6.2 求解器的選擇81
3.7 Matlab中符號微積分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82
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 傳遞函式定義88
4.1.2 傳遞函式的特性88
4.1.3 傳遞函式的圖示方法89
4.2 基本環節的傳遞函式89
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 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 傳遞函式的串聯、並聯與反饋連線形式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仿真模型建立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 動力學系統的狀態空間模型117
5.1.1 狀態空間方程的一般形式117
5.1.2 化高階微分方程為狀態方程——不含輸入導數情況118
5.1.3 線性多自由度振動系統的狀態空間模型121
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123
5.3 狀態空間的相似變換129
5.3.1 一般情況 129
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131
5.4.1 從狀態空間模型轉換為傳遞函式模型131
5.4.2 模型轉換Matlab函式132
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135
5.5.1 並聯模型法135
5.5.2 串聯模型法138
5.6 狀態空間仿真模型建立141
5.6.1 非線性時變系統141
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145
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 一階保持器下狀態方程的離散150
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 求轉移矩陣的幾種方法153
6.3 離散化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 154
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離散化159
6.4.3 近似離散化159
6.5 離散系統仿真模型建立163
6.5.1 有關離散系統Matlab函式的套用163
6.5.2 狀態方程的離散——基於單位延遲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Simulink仿真模型168
習題170
第7章 機電模擬系統 173
7.1 電學基本元件和基本定律173
7.1.1 電學基本元件173
7.1.2 簡單電路動態方程174
7.1.3 電氣系統的數學模型建立174
7.2 無源濾波器178
7.2.1 濾波器基本類型178
7.2.2 無源RC濾波器185
7.2.3 無源RLC濾波器186
7.3 機電相似系統186
7.3.1 力—電壓相似187
7.3.2 力—電流相似 188
7.4 機電耦合系統的數學建模189
7.5 運算放大器系統的數學建模190
習題196
第8章 系統瞬態回響分析200
8.1 典型狀態和典型激勵的瞬態回響200
8.1.1 系統回響種類200
8.1.2 常見的幾種典型外激勵201
8．2 一階系統的瞬態回響分析202
8.2.1 系統在零輸入回響 202
8.2.2 系統零狀態回響202
8.2.3 標準一階系統的單位階躍回響特性204
8.3 二階系統瞬態回響分析206
8.3.1 標準二階系統的單位脈衝回響206
8.3.2 欠阻尼標準二階系統的階躍回響209
8.3.3 欠阻尼標準二階系統性能指標210
8.3.4 非標準欠阻尼標準二階系統性能指標214
8.3.5 欠阻尼二階系統的單位斜坡回響 217
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 高階系統的回響221
8.5.1 高階系統的傳遞函式221
8.5.2 高階系統的瞬態回響222
習題222
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227
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 連續系統頻率回響特性237
9.4.2 線性多自由度系統的頻域分析245
9.4.3 快速傅立葉變換與仿真246
9.5 頻率回響特性在振動系統參數識別中的套用248
9.5.1 幅頻、相頻曲線識別法249
9.5.2 實頻、虛頻曲線識別法250
9.5.3 導納圓的參數識別法252
習題254
第10章 動力學系統控制基礎 256
10.1 動力學控制的基本概念256
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258
10.2.3 PID控制系統的回響分析259
10.3 狀態反饋控制系統270
10.4 最優控制274
10.4.1 固定端點的問題最優控制275
10.4.2 始端時刻固定、末值狀態自由情況下的最優控制276
10.5 線性系統的二次型最優設計279
習題285
附錄288
附錄1 Simulink仿真系統常用模組庫288
附錄2 典型函式的拉普拉斯變換和Z變換290
附錄3 Matlab/Simulink 部分功能設定291
參考文獻"
