本书全面介绍了机电系统建模与仿真的基础知识和应用案例。全书共 8 章：第 1 章介绍了机电系统建模与仿真的基础知识；第 2 章介绍了 MATLAB 的基础知识及其在机电系统建模中的应用；第 3 章介绍了3 种常用的系统建模方法与相似性原理，并介绍了模型线性化处理的方法；第4 章介绍了机理建模法的思维方法与原理，并详细讲解了常见的机电系统建模案例；第 5 章系统阐述了机电系统数学模型的分类及其相应的求解方法，并介绍了MATLAB 在数值解中的应用；第6 章系统介绍了实验建模法与辨识技术的相关理论与基础知识；第 7 章介绍了 Simulink 的基础知识，并通过仿真案例介绍了其在机电系统建模与仿真中的应用；第 8 章介绍了机电系统控制的相关知识，并详细介绍了在工程中比较实用的 PID 控制和滑模控制的原理与应用。本书结构清晰，内容翔实，既适合作为高等院校机械设计制造及其自动化、机械电子工程、电气工程及其自动化等专业的教材，也适合作为从事智能制造工作的工程技术人员的参考用书。

谢胜龙，男，副教授，硕士生导师，中国机械工程学会会员，中国自动化学会会员，天津大学博士，南开大学博士后。主持国家自然科学基金1项，浙江省自然科学基金1项，发表论文40余篇(其中SCI论文12篇，EI论文21篇)，授权发明专利3件，软件著作权7项。主持教改项目2项，发表教改论文2篇。获得浙江省第四届高校教师教学创新大赛实验技能专项赛三等奖，中国计量大学第二届实验技能专项赛一等奖，中国计量大学本科教师教学优秀奖（2023年度）。指导研究生获得中国高校智能机器人创意大赛三等奖1项，全国仿真创新应用大赛一等奖1项，三等奖1项，优秀指导老师（2024年度）。

第1章概述 1
1.1系统、模型与仿真的基本概念1
1.1.1系统的内涵1
1.1.2模型的内涵5
1.1.3仿真的内涵9
1.1.4系统、模型、仿真的关系14
1.2数学模型的分类与误差来源分析14
1.2.1数学模型的分类14
1.2.2误差来源分析16
1.3机电系统常用计算机仿真软件17
1.3.1MATLAB/Simulink18
1.3.2计算机辅助设计软件20
1.3.3有限元分析软件21
1.3.4多体动力学软件22
1.4仿真技术的发展历程及发展趋势23
1.4.1仿真技术的发展历程23
1.4.2仿真技术的发展趋势24
习题25
第2章MATLAB应用基础26
2.1数据类型概述26
2.1.1数据类型26
2.1.2变量和常量28
2.1.3数组和矩阵29
2.2运算符和标点符30
2.2.1运算符30
2.2.2标点符32
2.3数据可视化32
2.3.1二维绘图函数33
2.3.2线条控制命令34
2.3.3图像控制命令36
2.3.4三维绘图函数40
2.4程序控制结构41
2.4.1顺序结构41
2.4.2分支结构42
2.4.3循环结构45
2.5流程跳转语句48
2.5.1break语句48
2.5.2continue语句49
2.6函数50
2.6.1函数文件50
2.6.2内联函数50
2.6.3匿名函数51
习题51
第3章系统模型与建模53
3.1系统建模方法53
3.1.1机理建模法54
3.1.2实验建模法56
3.1.3综合建模法60
3.2相似性原理61
3.2.1相似理论61
3.2.2相似定理63
3.3模型线性化67
3.3.1典型本质非线性特性68
3.3.2线性化处理71
习题77
第4章机理建模法79
4.1建模逻辑思维方法79
4.1.1抽象法79
4.1.2归纳法81
4.1.3演绎法82
4.1.4类比法82
4.1.5移植法83
4.2物理系统建模原理84
4.2.1机械系统的数学建模86
4.2.2电气系统的数学建模96
4.2.3流体系统的数学建模100
4.3机电系统的相似性107
4.4机电系统建模举例110
习题114
第5章系统方程的求解 118
5.1线性方程组的数值解118
5.1.1直接法 119
5.1.2迭代法 119
5.2非线性方程的数值解121
5.2.1牛顿迭代法 121
5.2.2非线性方程组牛顿迭代法 123
5.3微分方程的解析解125
5.3.1单自由度系统126
5.3.2多自由度系统130
5.4微分方程的数值解132
5.4.1数值积分法132
5.4.2逐步积分法 136
习题 145
第6章实验建模法与辨识技术147
6.1辨识基础知识147
6.1.1辨识基本概念 147
6.1.2系统辨识的内容和步骤 150
6.1.3辨识方式分类 152
6.2系统辨识理论153
6.2.1经典辨识法 153
6.2.2现代辨识法 160
6.3参数辨识方法166
6.3.1最小二乘法166
6.3.2梯度下降法176
习题178
第7章Simulink应用基础 180
7.1Simulink模块库 180
7.1.1公共模块库 181
7.1.2专业模块库182
7.2Simulink基本操作 183
7.2.1启动Simulink …183
7.2.2建立Simulink模型 184
7.2.3仿真模型的运行 185
7.2.4仿真结果的输出与保存186
7.3子系统及其创建…188
7.3.1子系统介绍 188
7.3.2子系统创建 188
7.4模型参数设置与求解器190
7.4.1模型参数设置 190
7.4.2求解器介绍191
7.5Simulink仿真举例 194
7.5.1RLC串联电路仿真194
7.5.2曲柄滑块机构运动学仿真195
7.5.3单自由度系统动力学仿真 198
7.5.4多自由度系统动力学仿真199
习题 201

第8章机电系统控制203
8.1机电系统控制概述203
8.1.1系统品质要求203
8.1.2机电控制系统组成 205
8.2经典PID控制 207
8.2.1基本原理207
8.2.2参数影响分析 208
8.2.3复合PID控制 213
8.3滑模控制217
8.3.1基本原理217
8.3.2典型趋近律 219
8.3.3滑模控制的抖振220
习题222