機電系統(tǒng)仿真與設(shè)計

前言

　　科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對機電系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計提出了越來越高的要求。建立機電系統(tǒng)模型和對機電系統(tǒng)進(jìn)行仿真與設(shè)計，對于系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)具有極其重要的作用?！　∮嬎銠C技術(shù)與信息處理技術(shù)的發(fā)展給系統(tǒng)仿真技術(shù)帶來了驚人的變化。采用計算機仿真可以很好地解決實物與半實物等傳統(tǒng)仿真中的問題。只要系統(tǒng)設(shè)計者能夠全面了解系統(tǒng)所處的環(huán)境及系統(tǒng)中的對象，并且能夠正確建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，便可以使用計算機對系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析。計算機仿真程序可重復(fù)利用，特別是對系統(tǒng)的修改非常方便、安全，代價小。用戶在不斷地進(jìn)行仿真修正的基礎(chǔ)上，可以深化對系統(tǒng)的認(rèn)識，進(jìn)而對系統(tǒng)采取相應(yīng)的控制策略。特別是半物理仿真和快速原型技術(shù)的應(yīng)用，使得仿真結(jié)果更接近實際系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并且可以實現(xiàn)機電產(chǎn)品的快速開發(fā)?！　”窘滩氖菫榕浜洗T士研究生和博士研究生的“機電系統(tǒng)仿真與設(shè)計”課程而編寫的，針對典型機電系統(tǒng)仿真與設(shè)計的問題，介紹了MATLAB軟件在系統(tǒng)建模、仿真分析、仿真實驗中的應(yīng)用。結(jié)合機電系統(tǒng)研制的科研實踐，在教材中充實了大量的應(yīng)用實例，增強了本書的實用性和先進(jìn)性?！　”緯蓮埩捉淌诤投窦t教授撰稿。在本書的編寫過程中，得到了哈爾濱工程大學(xué)機電一體化研究室的支持和幫助，哈爾濱工程大學(xué)的趙國良教授為本書的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容安排提出了寶貴的意見，在此一并表示感謝。

內(nèi)容概要

本書針對機電系統(tǒng)的設(shè)計問題，闡述了基于MATLAB軟件的仿真與設(shè)計方法。具體內(nèi)容包括仿真的基本理念、機電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要素及機電系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)路線、機械傳動系統(tǒng)的建模及仿真、機構(gòu)動態(tài)仿真、基于 MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真，以及機電系統(tǒng)的半物理仿真等。通過典型實例的分析介紹了機電系統(tǒng)的綜合設(shè)計方法。    本書的主要使用對象是機電方向的碩士、博士研究生，也可作為機電產(chǎn)品開發(fā)人員的技術(shù)參考書。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 機電一體化技術(shù)  1.2 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)路線  1.3 仿真在機電系統(tǒng)設(shè)計中的作用  1.4 機電系統(tǒng)常用的計算機仿真軟件  習(xí)題與思考題第2章 機械傳動系統(tǒng)的建模及仿真  2.1 機械傳動系統(tǒng)概述  2.2 機械傳動系統(tǒng)的動力學(xué)模型  2.3 傳動機構(gòu)的仿真分析  2.4 傳動機構(gòu)的機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響  習(xí)題與思考題第3章 機構(gòu)動態(tài)仿真  3.1 機構(gòu)運動學(xué)模型及仿真  3.2 機構(gòu)動力學(xué)分析  3.3 機構(gòu)動態(tài)仿真實例  習(xí)題與思考題第4章 基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計  4.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的表示  4.2 時域分析  4.3 頻域分析  4.4 根軌跡分析  4.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性判別  4.6 系統(tǒng)校正設(shè)計  4.7 線性系統(tǒng)分析及設(shè)計工具  習(xí)題與思考題第5章 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與仿真  5.1 概 述  5.2 基于傳遞函數(shù)的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真  5.3 基于狀態(tài)空間模型的控制系統(tǒng)設(shè)計  5.4 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真  5.5 非線性環(huán)節(jié)對伺服系統(tǒng)性能的影響  習(xí)題與思考題第6章 機電系統(tǒng)綜合設(shè)計  6.1 驅(qū)動方案設(shè)計  6.2 驅(qū)動元件及驅(qū)動器的選擇  6.3 檢測方案設(shè)計  6.4 控制方案設(shè)計  6.5 系統(tǒng)與工作環(huán)境設(shè)計  6.6 數(shù)控旋壓機系統(tǒng)設(shè)計實例  6.7 教學(xué)機器人實例  習(xí)題與思考題第7章 基于dSPACE的半物理仿真  7.1 RTW實時開發(fā)環(huán)境  7.2 dSPACE實時仿真系統(tǒng)  7.3 半物理仿真應(yīng)用實例  習(xí)題與思考題附錄 MATLAB常用函數(shù)及使用方法  F.1 MATLAB_的常用函數(shù)  F.2 MATLAB繪圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　機電一體化技術(shù)的核心是機械技術(shù)和電子技術(shù)，而力學(xué)、機械學(xué)、加工工藝學(xué)和控制技術(shù)構(gòu)成了機械技術(shù)的四大支柱學(xué)科。即使一個簡單的機械產(chǎn)品的設(shè)計也都需要以上技術(shù)的支持。近年來，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)得到了快速發(fā)展，機械技術(shù)的四個支柱學(xué)科也隨之發(fā)生了很大的變化。如有限元技術(shù)的出現(xiàn)，依靠快速、大存儲量和高精度的計算機，幾乎使任何復(fù)雜的力學(xué)計算成為可能。機械優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，使得原來主要靠人工完成的機械設(shè)計任務(wù)大部分可以由計算機來完成。數(shù)控技術(shù)、計算機輔助制造技術(shù)的出現(xiàn)使得加工工藝產(chǎn)生了一次革命，微電子技術(shù)和信息技術(shù)成了加工工藝過程的重要技術(shù)。變化最明顯的是控制技術(shù)，它經(jīng)歷了從古老的機械式手動控制、繼電器邏輯控制、計算機自動控制、智能控制的發(fā)展歷程，它的每一次技術(shù)進(jìn)步都是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物?？梢?，機械技術(shù)的四個支柱學(xué)科無一不滲透了電子技術(shù)和信息技術(shù)，正是由于這些技術(shù)有機地結(jié)合使得傳統(tǒng)的機械技術(shù)發(fā)展成今天的機電一體化技術(shù)?！　?.1.2 機電一體化的基本概念　　1.機電一體化的定義　　機電一體化包含機電一體化技術(shù)和機電一體化產(chǎn)品兩個概念。　?。?）機電一體化技術(shù)　　機電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)與機械技術(shù)相結(jié)合的新興綜合性高技術(shù)，是機械技術(shù)與微電子技術(shù)的有機結(jié)合。　?。?）機電一體化產(chǎn)品　　新興機械與電子器件，特別是與微處理器、微型機相結(jié)合而開發(fā)出的新一代電子化機械產(chǎn)品。　　2.機電一體化系統(tǒng)的基本要素　　一個較完善的機電一體化系統(tǒng)應(yīng)包括：機械本體、能源、測試傳感部分、執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動部分、控制及信息處理單元等六個基本結(jié)構(gòu)要素。各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系，構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)。

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