系統(tǒng)動力學(xué)

內(nèi)容概要

本書全面論述了動態(tài)系統(tǒng)建模與分析，概要介紹了控制系統(tǒng)，內(nèi)容廣泛，主要包括分析動態(tài)所需的拉普拉斯變換及相關(guān)定理、機械機構(gòu)元件和簡單機械系統(tǒng)、動態(tài)系統(tǒng)建模的傳遞函數(shù)法和狀態(tài)空間法、動態(tài)系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的時域和頻域分析與設(shè)計等等，并論述了電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模問題。書中引入MATLAB軟件，使問題的求解簡單易行，仿真結(jié)果直觀生動。每章還精心設(shè)計了大量例題與習(xí)題，幫助讀者深入掌握基本概念。
　　本書可作為高等工科學(xué)院機械工程類專業(yè)的教材或參考書，也可供工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

作者：（日本）尾形克彥 譯者：韓建友 等Katsuhiko Ogata （尾形克彥，曾誤譯為緒方勝彥）明尼蘇達大學(xué)教授。1947年畢業(yè)于東京大學(xué)機械工程，1953年于伊利諾伊斯Urbana-Champaign大學(xué)獲機械工程碩士學(xué)位，1956年于加州大學(xué)伯克利分校獲工程科學(xué)博士學(xué)位。他的主要研究方向為離散時間控制系統(tǒng)領(lǐng)域，包括復(fù)雜設(shè)備的最優(yōu)控制、數(shù)學(xué)建模以及離散時間的開發(fā)設(shè)計技術(shù)等。除本書外，他還著有《Modern Control Engineering》、《Discrete-Tim Control Systems》、《Solving Control Engineering Problems with MATLAB》、《Engenharia de Control Moderno》和《Dynamic Programming》等書?！　№n建友，北京科技大學(xué)機械工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。1984年于東北重型機械系獲碩士學(xué)位，1993年于德國漢堡聯(lián)邦國防軍大學(xué)機械系獲工學(xué)博士學(xué)位。主要從事機械學(xué)及現(xiàn)代設(shè)計方法領(lǐng)域的理論和應(yīng)用研究。專長：各種通用及專業(yè)機械設(shè)計、分析、故障診斷及結(jié)構(gòu)改進。

書籍目錄

譯者序前言第1章 系統(tǒng)動力學(xué)導(dǎo)論 1.1 概述 1.2 動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 1.3 動態(tài)系統(tǒng)的分析與設(shè)計 1.4 小結(jié) 第2章 拉普拉斯變換 2.1 概述 2.2 復(fù)數(shù)、復(fù)變量和復(fù)函數(shù) 2.3 拉普拉斯變換 2.4 拉普拉斯逆變換 2.5 求解線性定常微分方程 習(xí)題與解答 習(xí)題 第3章 機械系統(tǒng) 3.1 概述 3.2 機械元件 3.3 簡單機械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 3.4 功、能量和功率 習(xí)題與解答 習(xí)題 第4章 動態(tài)系統(tǒng)建模的傳遞函數(shù)法 4.1 概述 4.2 框圖 4.3 利用MATLAB進行分項分式展開 4.4 利用MATLAB進行瞬態(tài)響應(yīng)分析 習(xí)題與解答 習(xí)題 第5章 動態(tài)系統(tǒng)建模的狀態(tài)空間法 5.1 概述 5.2 用MATLAB對以狀態(tài)空間形式給出的系統(tǒng)進行瞬態(tài)響應(yīng)分析 5.3 無輸入導(dǎo)數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)空間建模 5.4 有輸入導(dǎo)數(shù)的系統(tǒng)狀態(tài)空間建模 5.5 用MATLAB進行數(shù)學(xué)模型的變換 習(xí)題與解答 習(xí)題 第6章 電氣系統(tǒng)與機電系統(tǒng) 6.1 概述 6.2 電路基礎(chǔ) 6.3 電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 6.4 相似系統(tǒng) 6.5 機電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 6.6 運算放大器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 習(xí)題與解答 習(xí)題 第7章 流體系統(tǒng)與熱系統(tǒng) 7.1 概述 7.2 液面系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 7.3 氣動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 7.4 非線性系統(tǒng)的線性化 7.5 液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 7.6 熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模 習(xí)題與解答 習(xí)題 第8章 動態(tài)系統(tǒng)的時域分析 8.1 概述 8.2 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析 8.3 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析 8.4 高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析 8.5 狀態(tài)方程的解 習(xí)題與解答 習(xí)題 第9章 動態(tài)系統(tǒng)的頻域分析 9.1 概述 9.2 正弦傳遞函數(shù) 9.3 旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)中的振動 9.4 振動隔離 9.5 動態(tài)減振器 9.6 多自由度系統(tǒng)的自由振動 習(xí)題與解答 習(xí)題 第10章 控制系統(tǒng)的時域分析與設(shè)計 第11章 控制系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計 附錄A 附錄B 附錄C 附錄D 參考文獻 索引

媒體關(guān)注與評論

前言　　在多數(shù)機械及其他工程課程中，都需要開設(shè)研究數(shù)學(xué)建模和動態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)分析的系統(tǒng)動力學(xué)課程。本書就是為這門課程編寫的教材。本書面向大學(xué)三年級學(xué)生，對動態(tài)系統(tǒng)建模與分析進行了全面論述，對控制系統(tǒng)做了概要性的介紹。 在學(xué)習(xí)本書之前，首先要學(xué)習(xí)線性代數(shù)、基本微分方程、矢量矩陣分析基礎(chǔ)、機械學(xué)、電路分析以及熱能動力學(xué)。熱能動力學(xué)可以與本書同時學(xué)習(xí)。 在這一版本中的重要修改包括，把動態(tài)系統(tǒng)建模的狀態(tài)空間法放在第5章，剛好與動態(tài)系統(tǒng)建模的傳遞函數(shù)法相接，還對動態(tài)系統(tǒng)建模和響應(yīng)分析增加了許多例子。所有響應(yīng)曲線都用MATLAB繪出。書中提供了用于本書MATLAB操作的詳細(xì)MATLAB程序。 本書由11章和4個附錄組成。第1章給出了系統(tǒng)動力學(xué)導(dǎo)論。第2章研究了常見的時間函數(shù)的拉普拉斯變換以及一些拉普拉斯變換定理，這些定理對于分析動態(tài)系統(tǒng)是很有用的。第3章詳細(xì)討論了機械元件和簡單機械系統(tǒng)，包括對功、能量和功率的基本介紹。 第4章討論了動態(tài)系統(tǒng)建模的傳遞函數(shù)法。研究了不同機械系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，并且用MATLAB得到了響應(yīng)曲線。第5章介紹了動態(tài)系統(tǒng)建模的狀態(tài)空間法，研究了很多例子。詳細(xì)討論了系統(tǒng)在狀態(tài)空間形式中的系統(tǒng)響應(yīng)，并用MATLAB獲得了響應(yīng)曲線。 第6章論述了電氣系統(tǒng)和機電系統(tǒng)，包括機電相似系統(tǒng)和運算放大器系統(tǒng)。第7章討論了流體系統(tǒng)（例如液面系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)）和熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模問題。本章給出了非線性系統(tǒng)的線性化方法。 第8章討論了動態(tài)系統(tǒng)的時域分析。詳細(xì)地討論了一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)及更高階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析。這一章包括了狀態(tài)空間方程的解析解。第9章闡述了動態(tài)系統(tǒng)的頻域分析。我們首先給出了正弦傳遞函數(shù)，接著闡述機械系統(tǒng)的振動分析，并且討論了動態(tài)減振器，再討論了兩個或多個自由度的系統(tǒng)的振動模式。 第10章給出控制系統(tǒng)的時域分析與設(shè)計。在概要地介紹控制系統(tǒng)后，這一章討論了控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析、穩(wěn)定性分析、根軌跡分析以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。最后，給出了PID控制器的調(diào)節(jié)規(guī)則。第11章闡述控制系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計，詳細(xì)討論Bode圖、Nyquist圖以及Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)。用Bode圖詳細(xì)研究了幾個設(shè)計問題。利用MATLAB獲得了Bode圖和Nyquist曲線。 附錄A對工程分析中所用的單位制進行了總結(jié)。附錄B提供有用的變換表。附錄C簡單復(fù)習(xí)了矢量矩陣代數(shù)的基礎(chǔ)知識。附錄D給出了MATLAB的概要性介紹。如果讀者沒有任何使用MATLAB的經(jīng)歷，建議編寫MATLAB程序之前首先學(xué)習(xí)附錄D。 全書在關(guān)鍵點都給出了例子，使得讀者對討論的主題內(nèi)容有更好的理解。另外，在每章結(jié)尾都給出了一些有解的例題（習(xí)題A），第1章除外。這些例題與所講內(nèi)容構(gòu)成了一個整體。建議讀者認(rèn)真研究這些習(xí)題以便對所討論的主題有更深刻的理解。同時也給出很多未解答的習(xí)題（習(xí)題B）作為作業(yè)或測驗。 本書所提供的絕大多數(shù)內(nèi)容都在明尼蘇達大學(xué)的機械工程系所開設(shè)的系統(tǒng)動力學(xué)和控制系統(tǒng)領(lǐng)域的課程中進行過多年的課堂檢驗。 如果本書用于半學(xué)期課程的學(xué)習(xí)（相當(dāng)于大約30課時以及18個討論學(xué)時），能夠?qū)W完第1至7章。在學(xué)習(xí)完這7章后，學(xué)生們能夠利用合理的簡化方法，以傳遞函數(shù)或狀態(tài)空間方程形式導(dǎo)出許多動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，同樣也能夠用MATLAB獲得系統(tǒng)響應(yīng)的計算機解。如果本書用于1學(xué)期課程的學(xué)習(xí)（大約40課時和26個討論學(xué)時），可以學(xué)習(xí)完前9章，或者學(xué)習(xí)完前7章以及第10章和第11章。如果課程學(xué)時為50～60，那么整本書都可在1學(xué)期內(nèi)學(xué)完。 最后，我想向出版前審閱本書第4版的教授們致以深深的謝意:R.Gordon Kirk（弗吉尼亞理工學(xué)院）、Perry Y.Li（明尼蘇達大學(xué)）、Sherif Noah（德州A&M大學(xué)）、Mark L.Psiaki（康奈爾大學(xué)）和William Singhose（佐治亞理工學(xué)院）。他們坦誠的、具有洞察力的和建設(shè)性的提議在這個新版本中都體現(xiàn)出來了。 尾形克彥（Katsuhiko Ogata）

編輯推薦

　　本書全面論述了動態(tài)系統(tǒng)建模與分析，概要介紹了控制系統(tǒng)，內(nèi)容廣泛，主要包括分析動態(tài)所需的拉普拉斯變換及相關(guān)定理、機械機構(gòu)元件和簡單機械系統(tǒng)、動態(tài)系統(tǒng)建模的傳遞函數(shù)法和狀態(tài)空間法、動態(tài)系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的時域和頻域分析與設(shè)計等等，并論述了電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)和熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模問題。書中引入MATLAB軟件，使問題的求解簡單易行，仿真結(jié)果直觀生動。每章還精心設(shè)計了大量例題與習(xí)題，幫助讀者深入掌握基本概念。　　本書可作為高等工科學(xué)院機械工程類專業(yè)的教材或參考書，也可供工程技術(shù)人員參考。

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