流体传动与控制系统计算机仿真

流体传动与控制系统计算机仿真
出版时间：2018年版
丛编项： 普通高等教育机电类“十三五”规划教材
内容简介
　　本书全面系统地介绍了流体传动与控制系统仿真的理论和方法。内容包括流体力学的基础知识、MATLAB软件的操作方法、古典控制理论、常用数值计算方法、Simulink仿真基础、液压PLC技术基础和常用液压元件及系统的建模方法。为了学以致用，在介绍基础理论的同时，还介绍了详细的建模操作步骤。
目 录
前言 III
第1章 液压系统常见的仿真方法 1
1．1 动态系统的计算机仿真 1
1．1．1 系统与模型 1
1．1．2 计算机仿真 1
1．2 仿真的三要素 2
1．3 常见的仿真方法 2
1．3．1 传递函数法 3
1．3．2 功率键合图法 3
1．3．3 节点容腔法 3
1．4 系统按数学模型分类 4
1．4．1 线性系统 4
1．4．2 非线性系统 4
1．5 控制系统的线性化数学模型 5
课后题 7
第2章 液压流体力学基础 8
2．1 流体的主要物理性质 8
2．1．1 密度和重度 8
2．1．2 可压缩性 8
2．1．3 黏性 9
2．2 液体静力学 9
2．2．1 液体静压力及其特性 9
2．2．2 帕斯卡原理 10
2．3 液体动力学 10
2．3．1 连续性方程 10
2．3．2 伯努利方程（能量方程） 10
2．3．3 动量方程 10
2．4 阻力计算 11
2．4．1 管路中流体流动的两种状态 11
2．4．2 圆管层流 11
2．4．3 圆管紊流 11
2．5 孔口出流及缝隙流动 12
2．5．1 孔口出流 12
2．5．2 缝隙流动 12
课后题 14
第3章 MATLAB简介 15
3．1 MATLAB计算及仿真基础 16
3．1．1 MATLAB桌面操作环境 16
3．2 MATLAB数值计算 22
3．2．1 MATLAB数值类型 22
3．2．2 MATLAB变量的初始化 24
3．2．3 多维数组 26
3．2．4 标量运算和数组运算 26
3．3 符号运算 28
3．4 MATLAB常用绘图命令 30
3．5 MATLAB程序设计 31
3．5．1 MATLAB程序类型 31
3．5．2 伪代码的应用 33
3．5．3 关系运算符和逻辑运算符 34
3．5．4 MATLAB程序流程控制 36
3．5．5 自定义函数 44
3．5．6 MATLAB函数编写方法与应用 47
课后题 48
第4章 古典控制理论基础 49
4．1 复数与复变函数 49
4．1．1 定义 49
4．1．2 表示方法 49
4．1．3 复数的四则运算 50
4．1．4 复变函数 50
4．2 拉普拉斯变换 51
4．2．1 定义 51
4．2．2 典型时间函数的拉普拉斯变换 51
4．2．3 拉氏变换的性质 53
4．2．4 拉普拉斯反变换 54
4．2．5 MATLAB中的拉氏变换 55
4．3 动态过程的传递函数描述 56
4．4 系统模型的连接 58
4．4．1 模型串联 58
4．4．2 模型并联 58
4．4．3 反馈连接 58
4．5 MATLAB/Simulink在时域分析中的应用 58
4．5．1 时域分析中MATLAB函数的应用 59
4．5．2 时域响应性能指标求取 61
4．6 系统误差分析与计算 64
4．6．1 系统的误差与偏差 65
4．6．2 系统的稳态误差与稳态偏差 65
4．6．3 误差的一般计算 66
4．7 控制系统的频率特性 67
4．7．1 频率响应 67
4．7．2 频率特性的求法 68
4．7．3 频率特性的伯德图 68
4．8 利用MATLAB绘制控制系统的频率特性 69
4．9 Routh判据 72
4．10 频率法的稳定性分析 73
4．10．1 稳定判据 73
4．10．2 稳定裕度 73
4．10．3 相位裕度 73
4．10．4 幅值裕度 73
课后题 75
第5章 常用的数值计算方法及 MATLAB数值计算函数 77
5．1 非线性方程（组）的数值解法 77
5．2 微分方程的数值计算 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（组）的通解 78
5．3．2 用MATLAB求常微分方程（组）的特解 79
5．4 常微分方程（组）的数值求解 80
5．4．2 解微分方程的欧拉法 82
5．4．3 四阶定步长龙格-库塔算法 82
5．4．4 常微分方程（组）的刚性和非刚性 82
5．4．5 解常微分方程初值问题的MATLAB库函数 83
5．5 高阶常微分方程（组）的数值解法 86
5．6 微分代数方程求解 87
课后题 89
第6章 Simulink仿真基础 90
6．1 Simulink简介 90
6．1．1 简介 90
6．1．2 功能 90
6．1．3 特点 90
6．1．4 启动 91
6．1．5 Simulink建模仿真 91
6．1．6 Simulink建模仿真的基本过程 91
6．2 Simulink的建模方法 92
6．2．1 打开模型 92
6．2．2 模块操作 92
6．2．3 模块的连线操作 92
6．2．4 Simulink模型的基本结构 93
6．3 Simulink运行仿真 93
6．3．1 窗口仿真基本操作 93
6．4 Simulink模块库 94
6．4．1 模块库简介 94
6．4．2 常用模块组 94
6．4．3 连续模块组 95
6．4．4 离散模块组 95
6．4．5 非连续模块组 95
6．4．6 逻辑运算模块组 95
6．4．7 函数与表格模块组 95
6．4．8 数学运算模块组 95
6．4．9 端口与子系统模块 95
6．4．10 信号通道模块组 95
6．4．11 信号接受模块组 95
6．4．12 信号源模块组 96
6．4．13 用户自定义模块组 96
6．5 子系统及其封装技术 96
6．5．1 创建Simulink子系统的两种方法 96
6．5．2 Simulink子系统的两种作用 96
6．5．3 例子 96
6．6 Simulink模型仿真 98
6．6．1 仿真的基本过程 98
6．6．2 对单自由度系统进行仿真 98
6．7 仿真过程中代数环的消除方法 101
6．7．1 代数环产生的原因 102
6．7．2 产生代数环的条件 103
6．7．3 代数环的消除 104
课后题 105
第7章 液压PLC技术基础 106
7．1 定义 106
7．2 适用领域 106
7．3 组成 106
7．3．1 硬件 107
7．4 S7-200的寻址与基本指令 110
7．4．1 S7-200寻址 110
7．4．2 各数据存储区寻址 111
7．4．3 基本指令 113
7．4．4 定时器 114
7．4．5 计数器 116
7．5 用MATLAB仿真PLC 118
7．5．1 仿真方法概述 118
7．5．2 数学指令的转换 124
7．5．3 计数器和定时器指令的转换 125
7．6 应用实例一 126
7．7 应用实例二 128
7．7．1 水箱的物理建模 129
7．7．2 PLC的物理建模 132
课后题 137
第8章 常用液压元件及系统的建模方法 138
8．1 节点容腔法建模举例 138
8．1．1 孔口流量公式的仿真方法 138
8．1．2 液压缸节点容腔法建模 145
8．2 常用液压元件建模 146
8．2．1 液压泵的建模 147
8．2．2 节点容腔的仿真模型 148
8．2．3 液压缸的仿真模型 148
8．2．4 管道方块图与传递函数 149
8．2．5 限压式变量泵的动态特性 152
8．2．6 液压缸的动态特性仿真 154
8．2．7 液压泵-蓄能器组合的动态特性 157
8．2．8 带管道的溢流阀的动态特性 160
8．3 常用液压回路的建模 162
8．3．1 液压节流调速回路的线性化仿真 163
8．3．2 液压节流调速回路非线性化仿真 166
8．3．3 动态系统的方块图与传递函数 170
8．4 液压仿真的例子 174
8．4．1 基本原理 175
8．4．2 传递函数法 175
8．4．3 微分方程的数值解法 176
8．4．4 用Simulink方法 177
课后题 178
参考文献 180