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第1章 绪论 1

1.1 机电系统概述 1

1.1.1 机电一体化技术产生的背景 1

1.1.2 机电一体化的基本概念 2

1.2 建模及仿真在机电系统设计与开发中的作用 6

1.2.1 机电系统开发的技术路线 6

1.2.2 仿真在机电系统设计中的作用 7

1.3 机电系统常用的计算机仿真软件 10

1.3.1 Pro/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

1.3.5 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 26

2.2 机构的数学建模 27

2.2.1 机构的运动学建模 28

2.2.2 典型传动机构的动力学模型 36

2.2.3 系统的动力学模型 41

2.3 面向实体的机构建模 57

2.3.1 基于ADAMS的机械系统建模 57

2.3.2 基于MATLAB的机构建模 69

2.4 试验建模 79

2.4.1 辨识的基本概念 79

2.4.2 最小二乘辨识方法 80

2.4.3 频率响应法 92

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

3.1.2 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 110

3.2 面向实体的机构动态仿真 116

3.2.1 基于ANSYS的系统分析设计 116

3.2.2 基于ADAMS的仿真分析 123

3.2.3 基于SimMechnics的仿真分析 135

3.3 Simulink与SimMechanics联合仿真 140

3.3.1 3-RPS并联机构仿真实例 141

3.3.2 6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

3.4.1 摩擦非线性 159

3.4.2 间隙非线性 162

习题与思考题 164

第4章 基于MATLAB的系统分析与设计 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 170

4.1.5 系统回路的数学模型 172

4.2 时域分析 173

4.3 频域分析 176

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 181

4.5.2 频域稳定判据 182

4.6 系统校正设计 186

4.6.1 超前校正设计 187

4.6.2 滞后校正设计 191

4.6.3 滞后-超前校正设计 194

4.7 线性系统分析及设计工具 198

4.7.1 LTI观测器 198

4.7.2 SISO系统设计工具 199

4.7.3 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 213

5.1 概述 213

5.2 基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真 214

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

5.2.3 直流位置伺服系统设计及仿真 222

5.2.4 Simulink与SimMechnics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

5.3.2 Gura-Bass算法 238

5.3.3 Ackermann算法 240

5.3.4 状态反馈控制的增益补偿 242

5.3.5 状态反馈控制的Simulink仿真分析 246

5.4 模糊控制系统设计及仿真 249

5.4.1 模糊控制原理 249

5.4.2 基于MATLAB工具箱的模糊控制器设计 253

习题与思考题 267

第6章 半物理仿真及辨识试验 268

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

6.2.1 RTW实时开发环境 274

6.2.2 基于dSPACE半物理仿真方法 279

6.2.3 半物理仿真应用实例 286

6.3 辨识试验方法 294

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 309

参考文献 310