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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