Matlab/Simulink動(dòng)力學(xué)系統建模與仿真簡(jiǎn)介，目錄書(shū)摘

本書(shū)主要內容介紹了動(dòng)力學(xué)系統中微分方程模型、傳遞函數模型和狀態(tài)空間模型等建立的基礎理論，并引入了Simulink仿真技術(shù)，為解決復雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題特別是不易得到解析解的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題提供了方法。書(shū)中編排了較多的例題來(lái)說(shuō)明針對不同力學(xué)模型的仿真模型的建立方法，以及差分模型、相似模型、時(shí)域和頻域等仿真模型，*后介紹了控制動(dòng)力學(xué)基礎知識作為后繼研究的擴展內容。全書(shū)分為十章，一到三章介紹了建模與仿真的數學(xué)力學(xué)基礎知識和以框圖來(lái)表示模型的方法，主要以微分方程模型為主線(xiàn)以及簡(jiǎn)單的仿真模型建立。第四介紹了系統的傳遞函數模型以及面對傳遞函數的仿真模型建立，第五章介紹了狀態(tài)空間模型，第六章介紹了基于采樣的將連續系統離散化方法，第七章介紹了機電相似模型，第八章介紹了動(dòng)力學(xué)系統的時(shí)域瞬態(tài)響應分析方法，第九章介紹了頻域分析方法，第十章介紹了控制動(dòng)力學(xué)基礎。全書(shū)貫穿了以Matlab/Sinmulink仿真技術(shù)。

前 言

緒 論  1

0.1 概述  1

0.2 仿真技術(shù)的三大組成部分  1

0.3 Simulink 仿真系統簡(jiǎn)介  3

第 1 章 系統建模與仿真基礎 4

1.1 系統仿真模型框圖表示法  4

1.1.1 仿真基本元件  4

1.1.2 簡(jiǎn)單仿真框圖結構  5

1.2 拉普拉斯變換  8

1.2.1 拉普拉斯變換的定義及其性質(zhì)  8

1.2.2 拉普拉斯逆變換  10

1.2.3 拉普拉斯變換在求解線(xiàn)性常系數

微分方程中的應用  13

1.3 Z 變換與 Z 變換的逆變換  15

1.3.1 Z 變換的定義  16

1.3.2 Z 變換的應用  16

1.4 矩陣的特征值與特征向量  18

1.4.1 標準特征值問(wèn)題  18

1.4.2 廣義特征值問(wèn)題  19

1.4.3 相似變換及其特性  21

習題  25

第 2 章 動(dòng)力學(xué)系統的微分方程模型 27

2.1 動(dòng)力學(xué)建?；纠碚?nbsp; 27

2.1.1 動(dòng)力學(xué)系統基本元件  27

2.1.2 動(dòng)力學(xué)建?；径ɡ?nbsp; 28

2.2 哈密頓動(dòng)力學(xué)建模體系  38

2.2.1 拉格朗日方程  38

2.2.2 哈密頓原理  40

2.3 一維彈性體的有限元建模  42

2.3.1 梁?jiǎn)卧|(zhì)量矩陣與剛度矩陣  42

2.3.2 總體系統動(dòng)力學(xué)微分方程  44

2.4 一維彈性體系統的假設模態(tài)法  48

2.4.1 模態(tài)函數  48

2.4.2 系統的動(dòng)能和勢能  48

2.4.3 系統的動(dòng)力學(xué)方程  49

2.5 Simulink 高級積分器仿真模型的建立  51

2.5.1 高級積分器端口  51

2.5.2 高級積分器在仿真中的應用  52

習題  53

第 3 章 動(dòng)力學(xué)系統響應分析的數值方法  57

3.1 數值積分法和數值微分法  57

3.1.1 數值積分法  57

3.1.2 數值微分法  59

3.1.3 多自由度振動(dòng)系統的差商模型  62

3.2 龍格￣庫塔法  64

3.2.1 二階龍格￣庫塔法  64

3.2.2 四階龍格￣庫塔法  65

3.3 四階龍格￣庫塔法仿真程序設計  66

3.3.1 求解一階微分方程四階龍格￣庫塔法程序設計  66

3.3.2 求解一階微分方程組的四階龍格￣庫塔法程序設計  68

3.3.3 高階微分方程的四階龍格￣庫塔法程序設計  69

3.4 隱式逐步積分法  71

3.4.1 線(xiàn)性加速度法  71

3.4.2 威爾遜 θ 法  74

3.5 微分方程邊值問(wèn)題的求解  76

3.5.1 解線(xiàn)性方程邊值問(wèn)題的差分方法  77

3.5.2 解線(xiàn)性方程邊值問(wèn)題的打靶法(試射法)  77

3.5.3 關(guān)于三對角矩陣的追趕法程序設計  79

3.6 關(guān)于 Simulink 環(huán)境中的求解器Solver  81

3.6.1 常用求解器  81

3.6.2 求解器的選擇  82

3.7 Matlab 中的符號微積分  82

3.7.1 符號微分與符號積分  82

3.7.2 利用符號運算求解微分方程  83

習題  84

第 4 章 系統傳遞函數模型  88

4.1 傳遞函數及其特性  88

4.1.1 傳遞函數的定義  88

4.1.2 傳遞函數的特性  89

4.1.3 傳遞函數的圖示方法  89

4.2 典型環(huán)節的傳遞函數  90

4.2.1 比例環(huán)節  90

4.2.2 一階延遲環(huán)節  90

4.2.3 微分環(huán)節  91

4.2.4 積分環(huán)節  91

4.2.5 二階振蕩環(huán)節  91

4.3 傳遞函數的其他形式  93

4.3.1 傳遞函數的零極點(diǎn)形式  93

4.3.2 傳遞函數的留數形式  93

4.3.3 傳遞函數的并聯(lián)､ 串聯(lián)與反饋連接  94

4.3.4 控制系統的開(kāi)環(huán)傳遞函數  97

4.4 多自由度振動(dòng)系統的傳遞函數模型  101

4.4.1 直接方法  101

4.4.2 模態(tài)分析法  103

4.5 傳遞函數模型的 Simulink 仿真模型  105

4.5.1 與傳遞函數相關(guān)的 Matlab 運算指令  105

4.5.2 傳遞函數模型的 Simulink 仿真模型建立  108

4.6 彈性系統的傳遞函數仿真模型  111

4.6.1 彈性系統的傳遞函數  111

4.6.2 傳遞函數 Simulink 仿真模型  112

習題 113

第 5 章 動(dòng)力學(xué)系統狀態(tài)空間模型  117

5.1 動(dòng)力學(xué)系統狀態(tài)空間模型的內容  118

5.1.1 狀態(tài)空間方程的一般形式  118

5.1.2 化高階微分方程為狀態(tài)方程———不含輸入導數情況  119

5.1.3 線(xiàn)性多自由度振動(dòng)系統的狀態(tài)空間模型  122

5.2 微分方程模型與狀態(tài)空間的關(guān)系  123

5.2.1 微分方程模型與狀態(tài)空間模型特征對的關(guān)系  123

5.2.2 系統含有輸入導數的狀態(tài)空間模型  124

5.3 狀態(tài)空間的相似變換  130

5.3.1 一般情況  130

5.3.2 特殊情況 (可控標準型的情況)  130

5.4 系統的狀態(tài)空間模型與傳遞函數模型之間的轉換  132

5.4.1 從狀態(tài)空間模型轉換為傳遞函數模型  132

5.4.2 模型轉換 Matlab 函數  133

5.4.3 傳遞函數模型轉換為狀態(tài)空間模型的直接方法  134

5.5 傳遞函數模型轉換為狀態(tài)空間模型的串并聯(lián)法  136

5.5.1 并聯(lián)模型法  136

5.5.2 串聯(lián)模型法  138

5.6 狀態(tài)空間仿真模型的建立  142

5.6.1 非線(xiàn)性時(shí)變系統  142

5.6.2 非線(xiàn)性定常系統  142

5.6.3 線(xiàn)性時(shí)變系統  142

5.6.4 線(xiàn)性定常系統  142

5.7 關(guān)于混合系統仿真  144

習題 146

第 6 章 連續系統的相似離散法  148

6.1 線(xiàn)性連續系統相似離散法  148

6.1.1 連續系統狀態(tài)方程的精確解  148

6.1.2 零階保持器下?tīng)顟B(tài)方程的離散化  149

6.1.3 一階保持器下的狀態(tài)方程的離散  151

6.1.4 離散系統仿真模塊  151

6.2 狀態(tài)轉移矩陣  152

6.2.1 狀態(tài)轉移矩陣的特性  152

6.2.2 求轉移矩陣的方法  153

6.3 離散系統的傳遞函數模型  154

6.3.1 零階保持器的傳遞函數  154

6.3.2 一階保持器的傳遞函數  155

6.3.3 離散系統的傳遞函數模型  156

6.4 線(xiàn)性時(shí)變系統狀態(tài)方程的離散化  158

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