机电系统建模与仿真-张立勋（完整版），机电系统仿真教程，涉及ansys ,adams，matlab，proE联合仿真等概念
国防特色教材·机械工程 机电系统建模与仿真 嗒瀛掌火葶出版社 北京航空航天大学出版社北京理工大学出版社 哈尔滨工程大学出版社西北工业大学出版社 内容简介 本书针对机电系统建模与仿真问题,阐述了 MATLAB软件及其他常用建模与仿真软件的特点 和使用方法。 本书共分6章,内容涉及机电系统的动力学方程、动力学仿真软件和试验建模方法;面向动力 学模型和面向实体模型的机电系统仿真分析方法;重点介绍了 MATLAB系统分析与设计工具在基 于传递函数的饲服控制系统设计与仿真、基于状态空间模型的控制系统设计、模糊控制系统设计 及仿真的应用;基于 dSPACE的半物理仿真及辨识试验方法。 本书的特色在于突出机电系统的一体化设计思想,并结合机电系统研究的科研实践,在教材 中充实了大量的应用实例,每章课后附有习题和思考题,增强了本书的实用性。本书可作为高等 院校机械电子工程专业的研究生教材,也可作为相关专业、科技人员的参考资料。 图书在版编目(CTP】数据 机电系统建模与仿真/张立勋等编著.一哈尔滨:哈尔滨 工业大学出版社,200911 ISBN978-7-5603-2929-1 I.机…Ⅱ.张…Ⅲ,机电系统-系统仿真Ⅳ.TH-39 中国版本图书馆CP数据核字(200)第207409号 机电系统建模与仿真 张立勋等编著 责任编辑赵文斌费佳明范业婷 哈尔滨工业大学出版社出版发行 哈尔滨市南岗区复华四道街10号(190006)发行部电话:0451-86418760传真:0451-86414749 hitp://hitless, hit. odu. cn 哈尔簇工业大学印刷厂印装各地书店经销 开本:787×901/16印张:20字数:432千字 2010年2月第1版2010年2月第1次印刷印数:3000册 EsBN98-7-5603-2929-1定价:36.00元 前言 机电系统模型的建立与仿真,对于机电系统的设计与开发具有极其重要的作 用。只要系统设计者能够全面了解系统所处的环境及系统中的对象,并且能够正 确建立系统的数学模型,便可以使用计算机对系统进行仿真与分析。计算机仿真 程序可重复利用,特别是对系统的修改非常方便、安全,用户在不断地进行仿真修 正的基础上,可以深化对系统的认识,进而对系统采取相应的控制策略。特别是 半物理仿真和快速原型技术的应用,使得仿真结果更接近实际系统的工作状态, 并且可以实现机电产品的快速开发。 本书针对典型机电系统建模与仿真问题,介绍了基于动力学方程、动力学仿 真软件的建模方法以及试验建模方法,给出了各种建模方法的仿真和设计实例。 本书重点介绍了 MATLAB和 ADAMS软件在系统建模、仿真分析、仿真实验中的应 用。本书的特色在于突出机电系统的一体化设计思想,结合机电系统研究的科研 实践,在教材中充实了大量的应用实例,每章课后附有习题和思考题,增强了本书 的实用性。 全书共分6章。第1章主要介绍了机电系统的基本概念、分析与设计方法、常 用的仿真软件;第2章介绍了机电系统的建模方法,主要讲解基于动力学方程的 机构模型建立方法、基于动力学仿真软件的自动建模方法以及试验建模方法;第3 章介绍了面向动力学模型和面向实体模型的仿真分析方法;第4章介绍了基于 MATLAB的系统分析与设计方法,重点讲解系统数学模型的表示、时域分析、频域 分析、根轨迹分析、系统稳定性判别、系统校正器设计和线性系统分析及设计工 具;第5章介绍了伺服驱动系统的设计与仿真,主要讲述基于传递函数的伺服控 制系统设计与仿真、基于状态空间模型的控制系统设计、模糊控制系统设计及仿 真方法;第6章讲述了半物理仿真及辨识试验,主要介绍基于 dSPACE系统的半物 理仿真与辨识应用实例。 本书的2.4节和第6章由王岚负责编写;第4章由董玉红负责编写;1.3、2,3、 机电系统建模与仿真 3.2和5.4节由王克义负责编写;2.2、3.1、3.3节由于凌涛负责编写;张立勋负责 编写1.1、1.2、3.4和5.1~5.3节,并负责全书的统稿工作。 由于时间仓促,书中难免有不当之处,敬请读者指正。 编者 200年6月 目录 第1章绪论 1.1机电系统概述 1.1.1机电一体化技术产生的背景 ““和“,平不 1,12机电一体化的基本概念 1.2建模及仿真在机电系统设计与开发中的作用 1.2.1机电系统开发的技术路线… 1.2.2仿真在机电系统设计中的作用 667 1.3机电系统常用的计算机仿真软件 10 1.3.1Po/ Engineer三维设计仿真软件…10 1.3.2 ANSYS有限元分析软件………………………12 1.3.3 ADAMS机械系统动力学仿真软件 14 1.3.4 MATLAB仿真软件 16 13.5软件协作仿真技术… 20 习题与思考题 25 第2章机电传动系统建模方法 26 2.1机电传动系统概述……………………12 22机构的数学建模………7 2.2.1机构的运动学建模 23 222典型传动机构的动力学模型………………… 36 2.23系统的动力学模型……………:::41 2,3面向实体的机构建模 23.1基于 ADAMS的机械系统建模…………57 2.3.2基于 MATLAB的机构建模 2.4试验建模 79 24.1辨识的基本概念……79 242最小二乘辨识方法 80 2.4.3频率响应法… 92 2 机电系统建模与仿真 2.4.4其他辨识方法… 95 习题与思考题 98 第3章机械传动系统的数字仿真分析………100 3.1面向数学模型的仿真分析…100 3.1.1传动机构的仿真分析 100 3.12机械系统的运动学仿真分析→ 106 3.1.3机械系统的动力学仿真分析 l10 3.2面向实体的机构动态仿真 …16 3.2.1基于 ANSYS的系统分析设计…………………………………116 32.2基于 ADAMS的仿真分析 123 3,23基于 SimMechnics的仿真分析 …135 3.3 Simulink与 SimMechanics联合仿真…140 3.3.13-RPS并联机构仿真实例 141 3.326自由度串联机构仿真实例…………………147 3.4机电系统非线性对系统性能的影响 159 34.1摩擦非线性·159 34.2间隙非线性…162 习题与思考题……… 第4章基于 MATLAB的系统分析与设计… !里里 167 4.1系统数学模型的表示 167 4.1.1传递函数模型……… 167 4.1.2零极点增益模型 168 4.1.3状态空间模型 …170 4.1,4三种模型之间的转换… 17 4.1.5系统回路的数学模型 +事日生生书出““ 172 4.2时域分析 -173 4.3频域分析 ……1176 4.4根轨迹分析 …179 4.5系统稳定性判别 181 4.5.1代数稳定判据 面由世由福年审国自自直出图世当 181 4.5.2频域稳定判据……182 4.6系统校正设计… ::::186 目录 4.61超前校正设计… 187 4.62滞后校正设计… 191 4.6.3滞后-超前校正设计 4.7线性系统分析及设计工具 198 4.7.1LT观测器 198 4.7.2SBO系统设计工具 199 4.73响应优化模块及其应用…………………….204 习题与思考题… 212 第5章伺服系统的设计与仿真… 13 5.1概述……………………………………………….213 52基于传递函数的伺服控制系统设计与伤真…14 5.2.1直流电动机伺服控制系统的模型 215 5.2.2直流速度伺服系统设计及仿真 218 523直流位置伺服系统设计及仿真… 5.2.4 Simulink与 Sim Mechnics联合仿真 226 5.2.5机电控制系统饱和非线性对系统性能的影响 233 5.3基于状态空间模型的控制系统设计…236 5.3.1极点配置设计状态反馈控制器的基本原理… 236 53.2Gura-Bas算法 6238 53.3 Ackermann算法……………………………………………240 5.3.4状态反馈控制的增益补偿………242 535状态反馈控制的 Simulink仿真分析 246 54模糊控制系统设计及仿真 5.4.1模糊控制原理……………………………………………………249 54.2基于 MATLAB工具箱的模糊控制器设计………253 习题与思考题… 26 第6章半物理仿真及辨识试验 6.1半物理仿真概述……… 268 6.1.1半物理仿真原理 269 6.1.2半物理仿真技术…272 6.2控制系统半物理仿真… 274 6.2.1RTW实时开发环境…………………………………………………274 机电系统建模与仿真 6.2.2基于 dSPACE半物理仿真方法…… 279 6.23半物理仿真应用实例 286 6.3辨识试验方法 6.3.1基于 dSPACE的辨识原理… ………294 6.3.2 MATLAB系统辨识工具箱 294 6.3.3典型实例 301 习题与思考题…………………………30 参考文献……………………………………………………………………………310