MATLAB/Simulink机电动态系统仿真及工程应用

周高峰，陕西华县人，于2012年9月在中原工学院开始从事教学科研工作，面向本校机电学院的研究生、本科生和大专生主要讲授计算仿真技术、Visual C 程序设计、光电检测技术、塑料模具设计与制造、光学工程基础、现代控制工程、机电综合课程设计等课程，指导本科毕业生3名；从事科研工作以来，发表学术论文15篇，其中SCI期刊论文1篇，EI论文6篇，中文核心7篇，获国家授权发明专利2项，参与完成科研项目6项，其中参与国家863项目3项，工程研发项目5项。首次出版书籍著作。

本书着眼于机电动态系统的仿真及工程应用，对机电系统中的机械机构、液压控制系统、电机、电子电路、电力系统、测控系统、PID控制等内容进行了建模与仿真。全书共14章。主要内容包括MATLAB工程基础回顾和总结；在Simulink的集成仿真环境中如何仿真机电动态系统；机械机构、液压系统工程的建模与仿真；电子电路、电机和电力系统的建模与仿真；机电测控系统的建模与仿真；PID控制器的建模与仿真。

本书可作为高等院校机械工程、仪器仪表与科学等专业的研究生教材，也可作为机电领域高级工程技术人员、科学研究人员和机电动态系统仿真爱好者的参考书。

第1章 MATLAB工程基础回顾
1.1 系统建模与仿真
1.1.1 仿真的基本概念
1.1.2 仿真的基本步骤
1.1.3 仿真的发展阶段
1.1.4 仿真技术的工程应用意义
1.1.5 MATLAB的特点
1.2 MATLAB的安装与使用基础
1.2.1 MATLAB的安装
1.2.2 MATLAB视窗环境
1.3 MATLAB工程计算与图形绘制
1.3.1 MATLAB工程计算
1.3.2 图形绘制与输出
1.3.3 MATLAB解方程（组）
本章小结
思考题
练习题

第2章 MATLAB程序设计及仿真
2.1 M文件
2.1.1 M脚本文件
2.1.2 M函数
2.1.3 M函数程序
2.1.4 全局变量与局部变量
2.2 函数
2.2.1 子函数和私有函数
2.2.2 串演算函数
2.3 MATLAB程序设计的基本原则
2.4 流程控制与面向对象编程
2.4.1 流程控制
2.4.2 面向对象编程
2.5 文件调试与剖析
2.5.1 MATLAB程序调试
2.5.2 M文件性能剖析
本章小结
思考题
练习题

第3章 Simulink集成仿真环境
3.1 Simulink的启动与运行
3.2 Simulink模块库的介绍
3.2.1 公共模块库
3.2.2 专业模块库
3.3 Simulink的模块操作与信号组操作
3.3.1 Simulink的模块操作
3.3.2 Simulink的信号操作
3.4 Simulink仿真设置
3.5 Simulink用户自定义模块
本章小结
思考题
练习题

第4章 Simulink建模与实例
4.1 Simulink的建模步骤
4.2 Simulink仿真模型的运行与保存
4.3 Simulink的建模举例
本章小结
思考题
练习题

第5章 典型动态系统建模与仿真
5.1 动态系统建模
5.1.1 动态系统概述与分类
5.1.2 动态系统建模
5.1.3 动态系统仿真过程
5.2 连续系统建模与仿真
5.2.1 连续系统的基本概念
5.2.2 连续系统的数学描述
5.2.3 连续系统的Simulink仿真建模与M文件描述
5.3 离散系统建模与仿真
5.3.1 离散系统的基本概念
5.3.2 离散系统的数学描述
5.3.3 离散系统的Simulink建模仿真与M文件描述
5.4 线性系统建模与仿真
5.4.1 线性连续系统的Simulink建模仿真
5.4.2 线性离散系统的Simulink建模仿真
本章小结
思考题
练习题

第6章 连杆机构建模与仿真
6.1 连杆机构概述
6.1.1 连杆机构的基本问题
6.1.2 连杆机构自由度的计算
6.2 连杆机构的数学描述与SimMechanics仿真工具介绍
6.2.1 连杆机构的数学描述
6.2.2 SimMechanics仿真工具介绍
6.2.3 SimMechanics机械建模示例
6.3 平面连杆机构建模与仿真
6.3.1 平面曲柄摇杆机构建模与仿真
6.3.2 平面曲柄滑块机构建模与仿真

6.4 空间连杆机构建模与仿真
6.4.1 空间连杆机构自由度的计算
6.4.2 空间连杆机构的数学描述
6.4.3 空间连杆机构的建模仿真
本章小结
思考题
练习题

第7章 齿轮机构建模与仿真
7.1 齿轮机构概述
7.1.1 齿轮机构仿真模块
7.1.2 简单齿轮机构仿真举例
7.2 齿轮机构的建模与仿真
7.2.1 可变传动比的齿轮机构建模与仿真
7.2.2 恒定传动比的串联齿轮机构的建模与仿真
7.2.3 定传动比与可变传动比的串联齿轮机构的建模与仿真
7.2.4 含有约束的齿轮机构的建模与仿真
7.2.5 齿轮五杆机构的建模与仿真
7.3 轮系机构的建模与仿真
7.3.1 轮系概述
7.3.2 定轴轮系的建模与仿真
7.3.3 行星轮系的建模与仿真
7.4 简单机械系统的建模与仿真
7.4.1 齿轮齿条机构的建模与仿真
7.4.2 简单的机械系统建模与仿真
本章小结
思考题
练习题

第8章 液压控制系统建模与仿真
8.1 液压控制系统概述及其数学描述
8.1.1 液压控制系统概述
8.1.2 液压控制系统的建模过程
8.1.3 液压控制系统的数学描述
8.2 液压控制系统的仿真工具介绍
8.3 液压位置控制系统建模与仿真
8.3.1 液压位置控制系统的组成与工作原理
8.3.2 液压位置控制系统框图与传递函数
8.3.3 液压位置控制系统建模与仿真
8.4 液压速度控制系统建模与仿真
8.4.1 液压速度控制系统的构成与控制方式
8.4.2 液压速度控制系统的建模与仿真
8.5 液压方向控制系统建模与仿真
8.6 液压压力控制系统建模与仿真
本章小结
思考题
练习题

第9章 液压执行元件建模与仿真
9.1 液压元件概述及其数学描述
9.1.1 液压元件概述
9.1.2 液压元件的基本数学描述
9.2 四通阀控液压缸的建模与仿真
9.2.1 液压缸的基本方程
9.2.1 四通阀控液压缸动力机构方程与传递函数的推导
9.2.2 四通阀控液压缸动力机构传递函数的简化
9.2.3 四通阀控液压缸动力机构传递函数的简化与仿真
9.3 四通阀控液压马达元件的建模与仿真
9.3.1 四通阀控液压马达传递函数
9.3.2 四通阀控液压缸动力机构传递函数的简化与仿真
本章小结
思考题
练习题

第10章 电子电路建模与仿真
10.1 电子电路概述与数学描述
10.1.1 电子电路概述
10.1.2 电子电路的数学描述
10.2 常用电路的分析方法
10.2.1 直流电路分析方法
10.2.2 交流电路分析方法
10.3 电路仿真模块介绍与仿真步骤
10.3.1 电路仿真模块介绍
10.3.2 电路仿真步骤
10.4 常用电路的建模与仿真
10.4.1 直流电路的建模与仿真
10.4.2 交流电路的建模与仿真
10.4.3 含半导体器件电路的建模与仿真
本章小结
思考题
练习题

第11章 电机建模与仿真
11.1 电机概述与仿真步骤
11.1.1 电机概述
11.1.2 Simulink电机仿真模块介绍及仿真步骤
11.2 直流电机的建模与仿真
11.2.1 直流电机启动
11.2.2 直流电机调速
11.2.3 直流电机制动
11.3 交流电机的建模与仿真
11.4 步进电机的建模与仿真
本章小结
思考题
练习题

第12章 电力系统建模与仿真
12.1 电力系统
12.1.1 电力系统概述
12.1.2 电力系统仿真思想
12.2 电力系统的数学描述
12.2.1 同步发电机模型
12.2.2 电力变压器模型
12.2.3 输电线路模型
12.2.4 电力系统负荷模型
12.3 高压直流输电系统仿真与分析
12.4 高压交流输电系统暂态仿真与分析
12.5 交流电力系统机电暂态仿真与分析
12.5.1 基于SVC的电力系统机电暂态仿真与分析
12.5.2 基于综合潮流控制器的电力系统综合仿真与分析
本章小结
思考题
练习题

第13章 测控系统建模与仿真
13.1 测控系统概述
13.2 测控系统的数学描述
13.2.1 测控系统的时域数学描述
13.2.2 测控系统的复域数学描述
13.3 测控系统常用分析方法
13.3.1 测控系统的时域分析法
13.3.2 测控系统的频域分析法
本章小结
思考题
练习题

第14章 PID控制器建模与仿真
14.1 PID控制器概述
14.2 PID控制器的数学描述与仿真模块介绍
14.2.1 PID控制器的基本思想
14.2.2 PID控制器原理的数学描述
14.2.3 Simulink中PID控制器仿真模块的介绍
14.3 模拟PID控制器的建模与仿真
14.3.1 模拟PID控制器的构建
14.3.2 模拟PID控制器的建模与仿真
14.4 数字PID控制器的建模与MATLAB程序仿真
14.4.1 连续系统的数字PID控制与MATLAB程序仿真
14.4.2 离散系统的数字PID控制与MATLAB程序仿真
14.4.3 增量式数字PID控制与MATLAB程序仿真
14.4.4 位置PID控制与MATLAB程序仿真
14.5 模糊PID控制器简介
本章小结

思考题
练习题
附录A 本书所用函数索引
附录B MATLAB常用函数命令
附录C Simulink机电模块库介绍
参考文献