随着计算机仿真技术在机电系统应用中的深入，研究对象由机械、控制、液压等不同领域子系统组合而成的情况迅速增加，采用单一软件的分析方法已经难以适应研究对象发展的需要，多学科联合仿真技术为解决这类问题提供了手段。

本书可供高等院校的研究生及科研院所、企业有关专业设计人员参考，应用领域包括汽车、航空航天、机械、液压等行业。

第1章 绪论 1

1.1 机电系统 1

1.1.1 机电系统的组成 1

1.1.2 机电系统的发展 2

1.1.3 机电系统的现代设计方法 3

1.2 仿真技术及其在机电系统中的应用 4

1.2.1 仿真的分类 4

1.2.2 计算机仿真的发展现状 6

1.2.3 计算机仿真在机电系统中的应用 7

1.2.4 计算机仿真的发展趋势 10

1.3 联合仿真技术 11

1.3.1 联合仿真技术的产生及其内涵 11

1.3.2 联合仿真的主要方式 12

第2章 常用分析软件介绍 15

2.1 MATLAB软件介绍 15

2.1.1 MATLAB的发展历程和影响 15

2.1.2 MATLAB/Simulink功能简介 16

2.1.3 MATLAB功能特点 17

2.1.4 Simulink简介及特点 18

2.2 ADAMS软件介绍 20

2.2.1 ADAMS软件简介 20

2.2.2 ADAMS软件的组成 21

2.3 RecurDyn软件介绍 23

2.3.1 RecurDyn软件简介 23

2.3.2 RecurDyn的产品模块 24

2.3.3 RecurDyn软件的特点 28

2.4 ANSYS软件介绍 28

2.4.1 ANSYS软件简介 28

2.4.2 基本分析步骤 30

2.5 AMESim软件介绍 31

2.5.1 AMESim软件简介 31

2.5.2 AMESim的特点 33

第3章 基于ADAMS与ANSYS的刚柔耦合动力学仿真 35

3.1 刚柔耦合动力学介绍 35

3.1.1 ADAMS柔性分析模块介绍 36

3.1.2 基本原理 36

3.2 ANSYS/ADAMS联合仿真基本步骤 38

3.3 机器人柔性臂分析实例 39

3.3.1 问题定义 39

3.3.2 建立有限元模型 40

3.3.3 ANSYS/ADAMS接口文件生成 42

3.3.4 在ADAMS中读入模态中性文件 43

3.3.5 在ADAMS中建立Flex体模型 44

3.3.6 后处理结果输出 45

3.3.7 简单误差分析 46

第4章 ANSYS与RecurDyn联合仿真 47

4.1 ANSYS与RecurDyn联合仿真介绍 47

4.2 齿轮离心力补正问题 48

4.3 ANSYS与RecurDyn联合仿真方法 48

4.3.1 ANSYS有限元建模 48

4.3.2 RecurDyn 动力学建模 55

4.3.3 ANSYS离心力校正 61

4.3.4 RecurDyn离心力校正求解 63

4.3.5 仿真结果分析 65

第5章 ADAMS与MATLAB联合仿真 71

5.1 机械与控制系统联合仿真介绍 71

5.2 ADAMS/Controls模块 72

5.2.1 ADAMS/Controls介绍 72

5.2.2 使用ADAMS/Controls基本步骤 73

5.3 单级倒立摆的控制问题 74

5.4 倒立摆控制问题的联合仿真方法 77

5.4.1 建立ADAMS动力学模型 77

5.4.2 定义输入变量 78

5.4.3 导出ADAMS模型 81

5.4.4 在MATLAB/Simulink中导入ADAMS模型 82

5.4.5 联合仿真分析 85

第6章 RecurDyn与MATLAB联合仿真 88

6.1 RecurDyn与MATLAB接口介绍 88

6.2 RecurDyn与MATLAB联合仿真的主要步骤 88

6.3 汽车巡航控制系统的联合仿真 89

6.3.1 汽车巡航控制系统的发展历程 89

6.3.2 汽车巡航控制系统的原理 90

6.3.3 汽车纵向动力学模型 91

6.3.4 控制系统模型 92

6.3.5 在RecurDyn中搭建车辆动力学模型 94

6.3.6 定义输入/输出接口 101

6.3.7 导出ReurDyn模型 104

6.3.8 连接RecurDyn与MATLAB 104

6.3.9 运行联合仿真 106

第7章 ADAMS与AMESim联合仿真 111

7.1 ADAMS与AMESim接口 111

7.1.1 接口介绍 111

7.1.2 接口准备 111

7.1.3 需要注意的问题 112

7.2 用AMESim作为仿真主界面进行仿真 114

7.2.1 问题定义 114

7.2.2 ADAMS建模及模型确认 114

7.2.3 定义模型的输入/输出 116

7.2.4 导出模型 119

7.2.5 创建AMESim模型 121

7.2.6 导入ADAMS模型 121

7.2.7 联合仿真模型参数设置 124

7.2.8 运行仿真 126

7.3 用ADAMS作为仿真主界面进行仿真 128

7.3.1 软件设置 129

7.3.2 模型准备 129

7.3.3 建立ADAMS模型 131

7.3.4 定义输入/输出状态变量 132

7.3.5 创建GSE 133

7.3.6 运行联合仿真 134

第8章 AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真 137

8.1 介绍及主要步骤 137

8.1.1 联合仿真的主要步骤 137

8.1.2 软件环境设置 139

8.2 飞行控制系统的联合仿真 140

8.2.1 创建AMESim模型 140

8.2.2 创建接口模块 141

8.2.3 模型编译 143

8.2.4 将模型导入Simulink中 144

8.2.5 求解器设置 145

8.2.6 联合仿真分析 146

8.3 共仿真与标准接口的区别 147

8.4 车辆半主动悬架的联合仿真 148

8.4.1 半主动悬架介绍 148

8.4.2 创建AMESim模型 149

8.4.3 创建控制系统模型 151

8.4.4 运行联合仿真 153

8.5 多个接口模块的使用 155

8.6 将MATLAB中的线性系统导入AMESim 157

8.6.1 接口介绍 157

8.6.2 实例应用 158

第9章 iSIGHT与MATLAB的集成优化 163

9.1 iSIGHT软件 163

9.1.1 软件简介 163

9.1.2 iSIGHT软件的优点 164

9.1.3 集成优化的主要步骤 165

9.2 iSIGHT集成MATLAB实例 166

9.2.1 问题定义 166

9.2.2 定义变量 166

9.2.3 集成MATLAB任务 167

9.2.4 设置约束条件和目标函数 169

9.2.5 运行优化计算 170

9.3 集成Simulink模型优化 172

9.3.1 问题定义 172

9.3.2 定义变量 174

9.3.3 集成MATLAB脚本文件 174

9.3.4 设置设计变量和目标函数 176

第10章 iSIGHT与RecurDyn的集成优化 178

10.1 集成流程 178

10.2 iSIGHT集成RecurDyn实例 179

10.2.1 问题定义 179

10.2.2 设计变量的参数化 179

10.2.3 集成方法 185

10.2.4 读取目标函数 189

10.2.5 优化算法选择及结果监控 190

第11章 iSIGHT与Fluent的集成优化 193

11.1 Fluent软件 193

11.1.1 Fluent软件简介 193

11.1.2 Fluent软件的起源与发展 193

11.1.3 Fluent软件的特点 194

11.1.4 Fluent软件组成和功能 195

11.2 Fluent与iSIGHT集成概述 196

11.3 叶片的优化问题 197

11.3.1 叶片模型 197

11.3.2 参数的确定 198

11.3.3 目标函数的建立 200

11.3.4 边界条件的建立 200

11.3.5 优化集成 200

11.3.6 优化方案 212

11.3.7 优化结果 216

第12章 基于SimManger的协同仿真初探 219

12.1 SimManger软件 219

12.1.1 软件简介 219

12.1.2 功能和特点 219

12.1.3 系统组件 220

12.2 软件安装 221

12.3 Portal开发 224

12.3.1 Schema数据类的建立 225

12.3.2 编写AE逻辑 227

12.3.3 树文件编写 237

12.4 Portal的部署与应用 238

12.4.1 配置数据库 239

12.4.2 配置文件仓库的路径 240

12.4.3 配置Portal实例 241

12.4.4 创建Portal数据库 243

12.4.5 运行注册文件 243

12.4.6 加载初始数据 244

12.4.7 Portal基本属性配置 245

12.4.8 启动网络应用服务器 246

附录A 247

附录B 249

参考文献 2512100433B

1.网络化系统集成优化控制算法及其实现 　网络化系统的集成优化控制方法就是将复杂系统的集成优化控制方法和网络自动化技术相结合，用来解决网络化复杂系统的优化控制问题，使其在难以建模、系统具有网络化和区域化等情况下，获得满意的优化控制结果。网络化系统集成优化控制方法的特点是引入了网络回路，在优化算法中引人了一些不确定因素，其优化控制更加依赖于网络系统和网络技术。网络化系统集成优化控制的关键技术在于动态系统优化与参数估计集成优化方法的实现和网络信息传输，借助于动态系统集成优化控制技术和网络自动化技术可实现网络化系统的集成优化控制，可以基于局域网或Intemet实现。

2.网络化系统集成优化控制的特征 　对一个动态优化控制方法，除了给出优化算法，还需要对其性能进行分析，只有这样才能保证优化方法的实施。网络化系统的集成优化控制方法的性能包括实时性、最优性、收敛性及其鲁棒性等。

• 1).实时性 　在引人网络之前，针对跨区域的复杂系统，其优化控制的实施是很困难的，即使能够，其实时性也难以保证。网络化系统集成优化控制方法由于借助于计算机网络技术来实施集成优化控制，可以较好地解决跨区域复杂系统集成优化控制的实时性问题。

• 2).最优性 　算法最优性是指在算法收敛的情况下，收敛解是否实际系统的最优解。对于网络化系统集成优化控制方法，在最优解存在且唯一等假设条件下，若算法收敛，则收敛解满足最优性必要条件，即所得优化解是实际系统的真实最优解。

• 3).收敛性 　网络化系统集成优化控制方法需要实施，首先要求其优化控制算法是收敛的，收敛性就是研究算法收敛的条件，针对不同的算法其收敛性条件有所不同。对于网络化系统的集成优化控制方法，其优化的框架没有改变，只是引人了网络回路，利用算法映射及压缩映射原理，通过分析可以获得保证优化算法收敛的条件。

• 4).鲁棒性 　网络化系统集成优化控制方法的鲁棒性问题是指在存在这样那样扰动的情况下，优化算法保持其收敛性，并收敛到最优解的能力。网络化系统的集成优化控制方法在不需要实际过程的精确数学模型的情况下可以获得实际系统的真实最优解，对模型的结构和参数具有较强的鲁棒性。

网络化系统的集成优化控制方法是一种基于网络环境下的集成优化控制方法，计算机网络的信息的安全问题必然影响到系统集成优化控制的实施。因此，对网络化系统集成优化控制中的信息安全问题及其对策进行分析和研究是十分必要的，只有这样才能保证网络化系统的集成优化控制的顺利实施。网络化系统集成优化控制中的信息安全问题可以借助于计算机网络的信息安全对策予以解决。

网络化系统的集成优化控制方法为解决区域性复杂系统的优化控制提供了一种新思路，该方法具有以下优越性:

• 1)由于网络化系统的集成优化控制方法本质是采用动态大系统的DISOPE递阶优化方法，这样就使得网络化系统的集成优化控制在不需要复杂系统的精确数学模型的情况下，就可以获得实际系统的真实最优解;

• 2)网络化系统的集成优化控制方法为解决跨区域性的复杂系统的优化控制提供了一种可靠的实现途径和形式。同时由于网络自动化技术的发展和网络信息传输实时性的提高，使得实时地解决区域性的复杂系统的优化控制成为可能。

第1章 基本概念

1.1 实物系统及其模型的建立

1.2 物质本质（运动）的相似

1.3 相似性原理、类比推理及其对仿真设计的影响

1.4 机电系统的一般性质

1.5 机械电子系统的模型

1.6 机电系统的数学模型

思考题

第2章 系统的半实物仿真

2.1 简单机电系统的半实物仿真

2.1.1 系统仿真

2.1.2 仿真作用

2.1.3 仿真分类

2.2 一阶系统的特性及其相似

2.2.1 典型机械元件及其特性

2.2.2 典型电气元件及其特性

2.2.3 机械系统的一阶模型

2.2.4 电气系统的一阶模型

2.2.5 拉普拉斯变换

2.2.6 一阶系统的解及其特性与相似

2.2.7 一阶系统阶跃输入的输出响应

2.3 二阶系统的特性及其相似

2.3.1 机械系统的二阶数学模型

2.3.2 电气系统的二阶数学模型

2.3.3 二阶系统的解及其特性与相似

2.3.4 二阶系统的阶跃响应

2.3.5 二阶系统的性能指标

2.4 控制器的设计

2.5 基于运算放大器模拟电路的半实物仿真

2.5.1 半实物系统的仿真

2.5.2 微机的接入

思考题

第3章 系统的数学建模及性能分析

3.1 引言

3.2 连续系统的数学模型

3.3 系统的频率特性分析

3.3.1 频率特性分析的输入——正弦信号

3.3.2 频率特性的含义

3.3.3 频率特性的表示方法

3.3.4 典型环节的频率特性

3.4 MATLAB工具箱的数学建模

3.4.1 数学模型的建立

3.4.2 数学模型的连接

3.4.3 时域分析

3.4.4 频域分析

3.5 Simulink仿真的数学建模

3.5.1 打开模型窗口的方法

3.5.2 模块的复制、移动与删除

3.5.3 模块的连接

3.5.4 模块名称的修改

3.5.5 模型文件的保存与打开

3.5.6 Simulink中的常用模块库

思考题

第4章 建模仿真在轮式移动平台设计中的应用

4.1 系统概述

4.2 机构分析的建模仿真—

4.3 运动控制的建模与仿真

4.3.1 运动学分析

4.3.2 动力学分析

4.4 实物平台模型的控制实例应用

思考题

第5章 机械传动系统的运动分析与仿真

5.1 关节式机械手的运动学建模

5.1.1 基于闭环矢量法的运动学建模

5.1.2 基于D—H法的系统运动学建模

5.2 机械传动系统的动力学建模

5.2.1 连杆上任意一点的速度计算

5.2.2 动能和位能的计算

5.2.3 动力学方程推导

5.3 机器人仿真实例

5.3.1 Robotics Tooibox简介

5.3.2 在MATLAB中安装Robotics Toolbox

5.3.3 FUMA560的MATLAB仿真

思考题

第6章 驱动系统的建模和仿真

6.1 概述

6.2 直流伺服电动机的建模与仿真

6.3 永磁无刷直流电机建模与仿真

6.4 永磁同步电动机建模与仿真

6.5 本章小结

思考题

第7章 飞行动力地面模拟系统的相似模型

7.1 系统主要参数

7.2 初步设计

7.2.1 设计任务设想

7.2.2 系统方案选择

7.2.3 驱动装置的选择

7.2.4 系统结构形式

7.2.5 微处理机选型

7.3 具体设计

7.3.1 设计重点

7.3.2 设计方法

7.3.3 安全问题

7.4 本章小结

思考题 2100433B

本书共分6章,内容涉及机电系统的动力学方程、动力学仿真软件和试验建模方法;面向动力学模型和面向实体模型的机电系统仿真分析方法；重点介绍了MATLAB系统分析与设计工具在基于传递函数的伺服控制系统设计与仿真、基于状态空间模型的控制系统设计、模糊控制系统设计及仿真的应用；基于dSPACE的半物理仿真及辨识试验方法。

本书的特色在于突出机电系统的一体化设计思想,并结合机电系统研究的科研实践,在教材中充实了大量的应用实例,每章课后附有习题和思考题，增强了本书的实用性。本书可作为高等院校机械电子工程专业的研究生教材,也可作为相关专业、科技人员的参考资料。