流體傳動與控制系統(tǒng)計算機仿真

目 錄
前言 III
第1章 液壓系統(tǒng)常見的仿真方法 1
1．1 動態(tài)系統(tǒng)的計算機仿真 1
1．1．1 系統(tǒng)與模型 1
1．1．2 計算機仿真 1
1．2 仿真的三要素 2
1．3 常見的仿真方法 2
1．3．1 傳遞函數(shù)法 3
1．3．2 功率鍵合圖法 3
1．3．3 節(jié)點容腔法 3
1．4 系統(tǒng)按數(shù)學模型分類 4
1．4．1 線性系統(tǒng) 4
1．4．2 非線性系統(tǒng) 4
1．5 控制系統(tǒng)的線性化數(shù)學模型 5
課后題 7
第2章 液壓流體力學基礎 8
2．1 流體的主要物理性質(zhì) 8
2．1．1 密度和重度 8
2．1．2 可壓縮性 8
2．1．3 黏性 9
2．2 液體靜力學 9
2．2．1 液體靜壓力及其特性 9
2．2．2 帕斯卡原理 10
2．3 液體動力學 10
2．3．1 連續(xù)性方程 10
2．3．2 伯努利方程（能量方程） 10
2．3．3 動量方程 10
2．4 阻力計算 11
2．4．1 管路中流體流動的兩種狀態(tài) 11
2．4．2 圓管層流 11
2．4．3 圓管紊流 11
2．5 孔口出流及縫隙流動 12
2．5．1 孔口出流 12
2．5．2 縫隙流動 12
課后題 14
第3章 MATLAB簡介 15
3．1 MATLAB計算及仿真基礎 16
3．1．1 MATLAB桌面操作環(huán)境 16
3．2 MATLAB數(shù)值計算 22
3．2．1 MATLAB數(shù)值類型 22
3．2．2 MATLAB變量的初始化 24
3．2．3 多維數(shù)組 26
3．2．4 標量運算和數(shù)組運算 26
3．3 符號運算 28
3．4 MATLAB常用繪圖命令 30
3．5 MATLAB程序設計 31
3．5．1 MATLAB程序類型 31
3．5．2 偽代碼的應用 33
3．5．3 關(guān)系運算符和邏輯運算符 34
3．5．4 MATLAB程序流程控制 36
3．5．5 自定義函數(shù) 44
3．5．6 MATLAB函數(shù)編寫方法與應用 47
課后題 48
第4章 古典控制理論基礎 49
4．1 復數(shù)與復變函數(shù) 49
4．1．1 定義 49
4．1．2 表示方法 49
4．1．3 復數(shù)的四則運算 50
4．1．4 復變函數(shù) 50
4．2 拉普拉斯變換 51
4．2．1 定義 51
4．2．2 典型時間函數(shù)的拉普拉斯變換 51
4．2．3 拉氏變換的性質(zhì) 53
4．2．4 拉普拉斯反變換 54
4．2．5 MATLAB中的拉氏變換 55
4．3 動態(tài)過程的傳遞函數(shù)描述 56
4．4 系統(tǒng)模型的連接 58
4．4．1 模型串聯(lián) 58
4．4．2 模型并聯(lián) 58
4．4．3 反饋連接 58
4．5 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用 58
4．5．1 時域分析中MATLAB函數(shù)的應用 59
4．5．2 時域響應性能指標求取 61
4．6 系統(tǒng)誤差分析與計算 64
4．6．1 系統(tǒng)的誤差與偏差 65
4．6．2 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與穩(wěn)態(tài)偏差 65
4．6．3 誤差的一般計算 66
4．7 控制系統(tǒng)的頻率特性 67
4．7．1 頻率響應 67
4．7．2 頻率特性的求法 68
4．7．3 頻率特性的伯德圖 68
4．8 利用MATLAB繪制控制系統(tǒng)的頻率特性 69
4．9 Routh判據(jù) 72
4．10 頻率法的穩(wěn)定性分析 73
4．10．1 穩(wěn)定判據(jù) 73
4．10．2 穩(wěn)定裕度 73
4．10．3 相位裕度 73
4．10．4 幅值裕度 73
課后題 75
第5章 常用的數(shù)值計算方法及 MATLAB數(shù)值計算函數(shù) 77
5．1 非線性方程（組）的數(shù)值解法 77
5．2 微分方程的數(shù)值計算 78
5．3 常微分方程的解析解法 78
5．3．1 用MATLAB求常微分方程（組）的通解 78
5．3．2 用MATLAB求常微分方程（組）的特解 79
5．4 常微分方程（組）的數(shù)值求解 80
5．4．2 解微分方程的歐拉法 82
5．4．3 四階定步長龍格-庫塔算法 82
5．4．4 常微分方程（組）的剛性和非剛性 82
5．4．5 解常微分方程初值問題的MATLAB庫函數(shù) 83
5．5 高階常微分方程（組）的數(shù)值解法 86
5．6 微分代數(shù)方程求解 87
課后題 89
第6章 Simulink仿真基礎 90
6．1 Simulink簡介 90
6．1．1 簡介 90
6．1．2 功能 90
6．1．3 特點 90
6．1．4 啟動 91
6．1．5 Simulink建模仿真 91
6．1．6 Simulink建模仿真的基本過程 91
6．2 Simulink的建模方法 92
6．2．1 打開模型 92
6．2．2 模塊操作 92
6．2．3 模塊的連線操作 92
6．2．4 Simulink模型的基本結(jié)構(gòu) 93
6．3 Simulink運行仿真 93
6．3．1 窗口仿真基本操作 93
6．4 Simulink模塊庫 94
6．4．1 模塊庫簡介 94
6．4．2 常用模塊組 94
6．4．3 連續(xù)模塊組 95
6．4．4 離散模塊組 95
6．4．5 非連續(xù)模塊組 95
6．4．6 邏輯運算模塊組 95
6．4．7 函數(shù)與表格模塊組 95
6．4．8 數(shù)學運算模塊組 95
6．4．9 端口與子系統(tǒng)模塊 95
6．4．10 信號通道模塊組 95
6．4．11 信號接受模塊組 95
6．4．12 信號源模塊組 96
6．4．13 用戶自定義模塊組 96
6．5 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù) 96
6．5．1 創(chuàng)建Simulink子系統(tǒng)的兩種方法 96
6．5．2 Simulink子系統(tǒng)的兩種作用 96
6．5．3 例子 96
6．6 Simulink模型仿真 98
6．6．1 仿真的基本過程 98
6．6．2 對單自由度系統(tǒng)進行仿真 98
6．7 仿真過程中代數(shù)環(huán)的消除方法 101
6．7．1 代數(shù)環(huán)產(chǎn)生的原因 102
6．7．2 產(chǎn)生代數(shù)環(huán)的條件 103
6．7．3 代數(shù)環(huán)的消除 104
課后題 105
第7章 液壓PLC技術(shù)基礎 106
7．1 定義 106
7．2 適用領域 106
7．3 組成 106
7．3．1 硬件 107
7．4 S7-200的尋址與基本指令 110
7．4．1 S7-200尋址 110
7．4．2 各數(shù)據(jù)存儲區(qū)尋址 111
7．4．3 基本指令 113
7．4．4 定時器 114
7．4．5 計數(shù)器 116
7．5 用MATLAB仿真PLC 118
7．5．1 仿真方法概述 118
7．5．2 數(shù)學指令的轉(zhuǎn)換 124
7．5．3 計數(shù)器和定時器指令的轉(zhuǎn)換 125
7．6 應用實例一 126
7．7 應用實例二 128
7．7．1 水箱的物理建模 129
7．7．2 PLC的物理建模 132
課后題 137
第8章 常用液壓元件及系統(tǒng)的建模方法 138
8．1 節(jié)點容腔法建模舉例 138
8．1．1 孔口流量公式的仿真方法 138
8．1．2 液壓缸節(jié)點容腔法建模 145
8．2 常用液壓元件建模 146
8．2．1 液壓泵的建模 147
8．2．2 節(jié)點容腔的仿真模型 148
8．2．3 液壓缸的仿真模型 148
8．2．4 管道方塊圖與傳遞函數(shù) 149
8．2．5 限壓式變量泵的動態(tài)特性 152
8．2．6 液壓缸的動態(tài)特性仿真 154
8．2．7 液壓泵-蓄能器組合的動態(tài)特性 157
8．2．8 帶管道的溢流閥的動態(tài)特性 160
8．3 常用液壓回路的建模 162
8．3．1 液壓節(jié)流調(diào)速回路的線性化仿真 163
8．3．2 液壓節(jié)流調(diào)速回路非線性化仿真 166
8．3．3 動態(tài)系統(tǒng)的方塊圖與傳遞函數(shù) 170
8．4 液壓仿真的例子 174
8．4．1 基本原理 175
8．4．2 傳遞函數(shù)法 175
8．4．3 微分方程的數(shù)值解法 176
8．4．4 用Simulink方法 177
課后題 178
參考文獻 180