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动力学系统建模、仿真与控制

作者: 杨义勇

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2021-03

版次: 1

ISBN: 9787302561989

定价: 65.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 教材教辅考试>教材>大学教材>工程技术

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全书内容可分为四个部分，列10章。主要内容：多自由度系统动力学模型、机器人系统动力学模型、行走式机械系统动力学模型、转子系统动力学模型、变质量系统与航天器动力学建模、动力学系统控制、动力学系统仿真、动力学测试与信号处理等。本书适用于机械工程、车辆工程、航天器设计、地质装备工程、力学、土木工程、资源与环境工程等专业。重点讲解多自由度系统动力学建模过程、机器人系统动力学方程、行走式机械系统动力学方程、转子系统动力学方程、变质量系统与航天器动力学建模、动力学系统控制、动力学系统仿真、动力学测试等。杨义勇，男，汉族，曾在清华大学精密仪器与机械学系获得工学博士学位，教授，博士生导师。现任中国地质大学(北京)工程学院副院长，地质装备工程（A ，属地质资源“双一流”学科二级学科）负责人、机械学科负责人。

曾主持完成原国家科委国家级重大科技攻关项目，项目负责人（项目组长），项目鉴定成果“达到国际先进水平”。获得原国家经贸委国家级优秀新产品奖，省部级科技进步二等奖2项（排名第一）。第1章概论

1.1动力学系统及模型

1.1.1动力学系统

1.1.2系统模型

1.1.3动态分析、系统辨识

1.1.4系统的自由度与广义坐标

1.1.5广义速度、广义加速度

1.1.6系统的功和能

1.2系统的动态特性与简化

1.2.1线性系统、非线性系统

1.2.2系统的元件简化

1.3系统动力学研究方法与过程

1.3.1动力学方程及解法求解

1.3.2动力振动模式及描述

1.3.3解决系统动力学问题的一般过程

1.3.4动力学系统建模及控制的重大意义

思考题

第2章单自由度系统动力学模型方程

2.1动力学普遍方程

2.1.1非自由质点系动力学普遍方程及解法

2.1.2动力学普遍方程应用举例

2.2拉格朗日方程

2.2.1完整理想约束系统的拉格朗日方程式

2.2.2拉格朗日方程求解步骤

2.3单自由度系统动力学方程

2.3.1单自由度机构系统动力学参数特征

2.3.2单自由度系统动力学方程的一般形式

2.4单自由度系统自由振动

2.4.1振动

2.4.2无阻尼系统的自由振动

2.4.3有阻尼系统自由振动

2.4.4单自由度系统的强迫振动

2.5不同激励下系统响应计算

2.5.1任意周期激励时的响应

2.5.2阶跃激励的响应

2.5.3指数衰减载荷的响应

2.5.4用拉普拉斯变换法求响应

2.5.5任意激励下的响应

2.5.6简谐激励下的响应的一般形式

思考题

第3章多自由度系统动力学模型

3.1多自由度平面闭链系统动力学模型

3.1.1平面闭链机构动力学微分方程的一般形式

3.1.2二自由度平面闭链机构的动力学方程

3.2传动系统动力学方程

3.3多自由度平面运动系统微分方程

3.3.1圆盘与均质杆组成的平面运动系统方程

3.3.2两圆环纯滚动的平面运动系统方程

3.3.3圆柱体均质杆的平面运动系统方程

3.4多自由度系统振动方程

3.4.1二自由度振动系统方程的一般形式

3.4.2多自由度振动微分方程的一般形式

3.4.3扭转振动系统微分方程

3.5多自由度振动系统的固有频率与主振型

3.5.1固有频率与主振型的求解过程

3.5.2扭振系统的固有频率及主振型

3.5.3双摆系统作微振动

3.6起重机构多自由度系统模型方程

3.7多自由度系统振动方程的解耦

3.7.1坐标耦合与解耦理论

3.7.2主振型的正交性和解耦方法

思考题

第4章机器人系统动力学模型及控制

4.1概述

4.2机器人系统结构特性分析

4.2.1机器人的基本组成

4.2.2本体结构与机械臂特性

4.2.3机器人的复合运动与应用举例

4.3机器人运动学方程

4.3.1运动学分析过程

4.3.2机械臂正向运动学

4.3.3雅可比矩阵

4.4机器人动力学方程

4.4.1动能、势能的分析与计算

4.4.2构造拉格朗日函数

4.4.3建立动力学方程

4.5步行机与机械臂系统建模分析

4.5.1步行机器人动力学方程

4.5.2二杆机械手动力学方程及控制力矩求解

4.5.3凯恩方法与机械臂动力学建模

4.6拟人机器人动力学建模简介

4.6.1下肢假肢机构的动力学分析

4.6.2灵巧手指运动协调模型

思考题

第5章行走式机械系统动力学模型

5.1振动特性与动载荷

5.1.1振动特性

5.1.2启动与制动

5.1.3动载荷分析

5.2行驶系动力学模型

5.2.1整车模型及简化过程

5.2.2单轮车辆模型方程及响应求解

5.2.3半车模型方程及响应分析

5.2.4整车模型的动力学方程

5.3轮式工程机械振动分析

5.3.1无弹性悬挂的二自由度系统的振动

5.3.2弹性悬挂的二自由度系统的振动

5.4路面谱与系统振动响应

5.4.1路面不平度特性

5.4.2振动响应计算

5.4.3驾驶人员受振模型

5.5履带式车辆动力学模型

5.5.1行驶系动力学模型

5.5.2非线性因素分析

5.6轨道车辆动力学模型

5.6.1轮轨接触几何学参数

5.6.2车辆的随机响应计算

5.6.3纵向振动动力学模型

思考题

第6章转子系统动力学模型

6.1转子系统动力学问题

6.1.1高速转子的特征

6.1.2转子不平衡与受迫振动

6.1.3转子系统建模方法及求解

6.2多圆盘挠性转子系统的振动

6.2.1动态影响系数法

6.2.2多圆盘转子的动力学方程

6.2.3多圆盘转子的不平衡响应

6.3传递矩阵法

6.3.1传递矩阵法的一般步骤

6.3.2临界转速及振型的求解

6.3.3传递矩阵法的改进和数值稳定性

6.4复杂耦合转子系统的建模

6.4.1子结构划分及整体传递矩阵法

6.4.2转子系统的传递矩阵

6.4.3计算临界转速及振型的编程设计步骤

6.5非线性转子系统动力学建模分析

6.5.1非线性转子动力学的重要性

6.5.2非线性转子动力学研究内容及方法

6.5.3非线性油膜力模型

6.5.4动压密封力模型

6.5.5转子非线性动力学问题降维求解

6.6转子系统的平衡控制

6.6.1转子平衡原理

6.6.2现场平衡与动平衡机

6.6.3振型平衡法

思考题

第7章变质量系统与航天器动力学建模

7.1概述

7.2变质量刚体的动力学方程

7.3变质量构件的动力学方程

7.4变质量系统动力学建模

7.5工程装备系统中的变质量动力学分析

7.5.1等效力与等效转动惯量

7.5.2力矩形式的动力学方程

7.5.3往复式推料机动力学分析

7.6导弹运动方程的一般形式

7.6.1质心运动方程

7.6.2关于坐标变换

7.6.3关于力和力矩

7.6.4在地面坐标系及本体坐标系的方程形式

7.6.5绕质心转动的动力学方程及求解过程

7.6.6滚转导弹、运载火箭的运动方程

7.7深空探测器动力学方程

7.7.1圆型限制性三体问题的运动微分方程

7.7.2两质点之间距离不变的限制性三体问题

思考题

第8章动力学系统控制

8.1概述

8.2动力吸振器设计及建模

8.2.1有阻尼吸振器模型

8.2.2无阻尼动力减振器

8.2.3几种减振方案与模型设计

8.3隔振元件特征及其模型

8.3.1弹簧类隔振材料、元件

8.3.2橡胶减振元件

8.3.3液压悬置结构

8.3.4空气脉动阻尼设计

8.4振动的主动控制

8.4.1反馈控制系统

8.4.2状态的可观测性、可控性

8.4.3最优控制

8.4.4单自由度系统的振动控制

8.4.5主动动力吸振器

8.4.6主动隔振系统

8.5激振源的动力控制

8.5.1振源分析

8.5.2振源的判断与抑制

8.5.3机器振动向周围传播的模型分析

8.5.4基础结构向机器振动传递的模型分析

8.5.5基础结构的动态特性分析

8.5.6振源隔振效果的判断

8.6非线性振动系统解析与周期运动稳定性

8.6.1固有频率特性

8.6.2非线性振动的求解

思考题

第9章动力学系统仿真

9.1概述

9.2含弹性构件运动系统的数值解法

9.2.1齐次方程的解

9.2.2非齐次方程的解

9.3机械振动问题的数值求解

9.4动力学建模与仿真

9.4.1运用软件建模与求解

9.4.2软件仿真及后处理

9.4.3动态仿真与工程分析

9.5算法程序与应用实例

9.5.1算法程序

9.5.2多自由度机械臂动力学仿真

9.5.3工程机械动力学仿真分析

思考题

第10章动力学测试与信号处理

10.1测试参数与特性曲线分析

10.1.1测试参数

10.1.2幅频和相频曲线

10.2动力学测试的激励

10.2.1激励方式

10.2.2激振器

10.3振动测试传感器

10.3.1压电式加速度传感器

10.3.2磁电式速度传感器

10.3.3电涡流式传感器

10.3.4测振传感器的合理选择

10.4信号预处理与装置校准

10.4.1采样

10.4.2信号的预检与窗函数

10.4.3信号发生与功率放大

10.4.4测量装置的校准

10.5振动测试过程分析

10.5.1电磁激振与频率响应测试

10.5.2机械阻抗测定

10.5.3激振测量系统

思考题

参考文献
内容简介:
全书内容可分为四个部分，列10章。主要内容：多自由度系统动力学模型、机器人系统动力学模型、行走式机械系统动力学模型、转子系统动力学模型、变质量系统与航天器动力学建模、动力学系统控制、动力学系统仿真、动力学测试与信号处理等。本书适用于机械工程、车辆工程、航天器设计、地质装备工程、力学、土木工程、资源与环境工程等专业。重点讲解多自由度系统动力学建模过程、机器人系统动力学方程、行走式机械系统动力学方程、转子系统动力学方程、变质量系统与航天器动力学建模、动力学系统控制、动力学系统仿真、动力学测试等。
作者简介:
杨义勇，男，汉族，曾在清华大学精密仪器与机械学系获得工学博士学位，教授，博士生导师。现任中国地质大学(北京)工程学院副院长，地质装备工程（A ，属地质资源“双一流”学科二级学科）负责人、机械学科负责人。

曾主持完成原国家科委国家级重大科技攻关项目，项目负责人（项目组长），项目鉴定成果“达到国际先进水平”。获得原国家经贸委国家级优秀新产品奖，省部级科技进步二等奖2项（排名第一）。
目录:
第1章概论

1.1动力学系统及模型

1.1.1动力学系统

1.1.2系统模型

1.1.3动态分析、系统辨识

1.1.4系统的自由度与广义坐标

1.1.5广义速度、广义加速度

1.1.6系统的功和能

1.2系统的动态特性与简化

1.2.1线性系统、非线性系统

1.2.2系统的元件简化

1.3系统动力学研究方法与过程

1.3.1动力学方程及解法求解

1.3.2动力振动模式及描述

1.3.3解决系统动力学问题的一般过程

1.3.4动力学系统建模及控制的重大意义

思考题

第2章单自由度系统动力学模型方程

2.1动力学普遍方程

2.1.1非自由质点系动力学普遍方程及解法

2.1.2动力学普遍方程应用举例

2.2拉格朗日方程

2.2.1完整理想约束系统的拉格朗日方程式

2.2.2拉格朗日方程求解步骤

2.3单自由度系统动力学方程

2.3.1单自由度机构系统动力学参数特征

2.3.2单自由度系统动力学方程的一般形式

2.4单自由度系统自由振动

2.4.1振动

2.4.2无阻尼系统的自由振动

2.4.3有阻尼系统自由振动

2.4.4单自由度系统的强迫振动

2.5不同激励下系统响应计算

2.5.1任意周期激励时的响应

2.5.2阶跃激励的响应

2.5.3指数衰减载荷的响应

2.5.4用拉普拉斯变换法求响应

2.5.5任意激励下的响应

2.5.6简谐激励下的响应的一般形式

思考题

第3章多自由度系统动力学模型

3.1多自由度平面闭链系统动力学模型

3.1.1平面闭链机构动力学微分方程的一般形式

3.1.2二自由度平面闭链机构的动力学方程

3.2传动系统动力学方程

3.3多自由度平面运动系统微分方程

3.3.1圆盘与均质杆组成的平面运动系统方程

3.3.2两圆环纯滚动的平面运动系统方程

3.3.3圆柱体均质杆的平面运动系统方程

3.4多自由度系统振动方程

3.4.1二自由度振动系统方程的一般形式

3.4.2多自由度振动微分方程的一般形式

3.4.3扭转振动系统微分方程

3.5多自由度振动系统的固有频率与主振型

3.5.1固有频率与主振型的求解过程

3.5.2扭振系统的固有频率及主振型

3.5.3双摆系统作微振动

3.6起重机构多自由度系统模型方程

3.7多自由度系统振动方程的解耦

3.7.1坐标耦合与解耦理论

3.7.2主振型的正交性和解耦方法

思考题

第4章机器人系统动力学模型及控制

4.1概述

4.2机器人系统结构特性分析

4.2.1机器人的基本组成

4.2.2本体结构与机械臂特性

4.2.3机器人的复合运动与应用举例

4.3机器人运动学方程

4.3.1运动学分析过程

4.3.2机械臂正向运动学

4.3.3雅可比矩阵

4.4机器人动力学方程

4.4.1动能、势能的分析与计算

4.4.2构造拉格朗日函数

4.4.3建立动力学方程

4.5步行机与机械臂系统建模分析

4.5.1步行机器人动力学方程

4.5.2二杆机械手动力学方程及控制力矩求解

4.5.3凯恩方法与机械臂动力学建模

4.6拟人机器人动力学建模简介

4.6.1下肢假肢机构的动力学分析

4.6.2灵巧手指运动协调模型

思考题

第5章行走式机械系统动力学模型

5.1振动特性与动载荷

5.1.1振动特性

5.1.2启动与制动

5.1.3动载荷分析

5.2行驶系动力学模型

5.2.1整车模型及简化过程

5.2.2单轮车辆模型方程及响应求解

5.2.3半车模型方程及响应分析

5.2.4整车模型的动力学方程

5.3轮式工程机械振动分析

5.3.1无弹性悬挂的二自由度系统的振动

5.3.2弹性悬挂的二自由度系统的振动

5.4路面谱与系统振动响应

5.4.1路面不平度特性

5.4.2振动响应计算

5.4.3驾驶人员受振模型

5.5履带式车辆动力学模型

5.5.1行驶系动力学模型

5.5.2非线性因素分析

5.6轨道车辆动力学模型

5.6.1轮轨接触几何学参数

5.6.2车辆的随机响应计算

5.6.3纵向振动动力学模型

思考题

第6章转子系统动力学模型

6.1转子系统动力学问题

6.1.1高速转子的特征

6.1.2转子不平衡与受迫振动

6.1.3转子系统建模方法及求解

6.2多圆盘挠性转子系统的振动

6.2.1动态影响系数法

6.2.2多圆盘转子的动力学方程

6.2.3多圆盘转子的不平衡响应

6.3传递矩阵法

6.3.1传递矩阵法的一般步骤

6.3.2临界转速及振型的求解

6.3.3传递矩阵法的改进和数值稳定性

6.4复杂耦合转子系统的建模

6.4.1子结构划分及整体传递矩阵法

6.4.2转子系统的传递矩阵

6.4.3计算临界转速及振型的编程设计步骤

6.5非线性转子系统动力学建模分析

6.5.1非线性转子动力学的重要性

6.5.2非线性转子动力学研究内容及方法

6.5.3非线性油膜力模型

6.5.4动压密封力模型

6.5.5转子非线性动力学问题降维求解

6.6转子系统的平衡控制

6.6.1转子平衡原理

6.6.2现场平衡与动平衡机

6.6.3振型平衡法

思考题

第7章变质量系统与航天器动力学建模

7.1概述

7.2变质量刚体的动力学方程

7.3变质量构件的动力学方程

7.4变质量系统动力学建模

7.5工程装备系统中的变质量动力学分析

7.5.1等效力与等效转动惯量

7.5.2力矩形式的动力学方程

7.5.3往复式推料机动力学分析

7.6导弹运动方程的一般形式

7.6.1质心运动方程

7.6.2关于坐标变换

7.6.3关于力和力矩

7.6.4在地面坐标系及本体坐标系的方程形式

7.6.5绕质心转动的动力学方程及求解过程

7.6.6滚转导弹、运载火箭的运动方程

7.7深空探测器动力学方程

7.7.1圆型限制性三体问题的运动微分方程

7.7.2两质点之间距离不变的限制性三体问题

思考题

第8章动力学系统控制

8.1概述

8.2动力吸振器设计及建模

8.2.1有阻尼吸振器模型

8.2.2无阻尼动力减振器

8.2.3几种减振方案与模型设计

8.3隔振元件特征及其模型

8.3.1弹簧类隔振材料、元件

8.3.2橡胶减振元件

8.3.3液压悬置结构

8.3.4空气脉动阻尼设计

8.4振动的主动控制

8.4.1反馈控制系统

8.4.2状态的可观测性、可控性

8.4.3最优控制

8.4.4单自由度系统的振动控制

8.4.5主动动力吸振器

8.4.6主动隔振系统

8.5激振源的动力控制

8.5.1振源分析

8.5.2振源的判断与抑制

8.5.3机器振动向周围传播的模型分析

8.5.4基础结构向机器振动传递的模型分析

8.5.5基础结构的动态特性分析

8.5.6振源隔振效果的判断

8.6非线性振动系统解析与周期运动稳定性

8.6.1固有频率特性

8.6.2非线性振动的求解

思考题

第9章动力学系统仿真

9.1概述

9.2含弹性构件运动系统的数值解法

9.2.1齐次方程的解

9.2.2非齐次方程的解

9.3机械振动问题的数值求解

9.4动力学建模与仿真

9.4.1运用软件建模与求解

9.4.2软件仿真及后处理

9.4.3动态仿真与工程分析

9.5算法程序与应用实例

9.5.1算法程序

9.5.2多自由度机械臂动力学仿真

9.5.3工程机械动力学仿真分析

思考题

第10章动力学测试与信号处理

10.1测试参数与特性曲线分析

10.1.1测试参数

10.1.2幅频和相频曲线

10.2动力学测试的激励

10.2.1激励方式

10.2.2激振器

10.3振动测试传感器

10.3.1压电式加速度传感器

10.3.2磁电式速度传感器

10.3.3电涡流式传感器

10.3.4测振传感器的合理选择

10.4信号预处理与装置校准

10.4.1采样

10.4.2信号的预检与窗函数

10.4.3信号发生与功率放大

10.4.4测量装置的校准

10.5振动测试过程分析

10.5.1电磁激振与频率响应测试

10.5.2机械阻抗测定

10.5.3激振测量系统

思考题

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