正版 Simulink与低成本硬件及机电一体化 丁亦农 Joshua L. Hurst

目录
第1章Simulink与低成本硬件开发平台
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1.1Arduino
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1.2Raspberry Pi
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1.3Simulink低成本硬件支持软件包
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1.4关于Arduino支持软件包
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第2章基于Arduino的机电一体化实验平台
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2.1机电一体化平台的开发环境
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2.2机电一体化平台的组成和组合形式
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2.3机电一体化平台的硬件配置
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2.3.1平台的主板
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2.3.2直流电机
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2.3.3其他可选器件
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第3章点亮发光二极管
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3.1实验目的
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3.2实验平台设置
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3.3Simulink/Arduino支持软件包和Arduino驱动器的安装
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3.3.1Simulink/Arduino支持软件包的安装
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3.3.2Arduino驱动器(Arduino Mega 2560
drivers)的安装和设置
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3.4建立并在部署至硬件模式下运行Simulink模型
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3.4.1建立Simulink模型的步骤
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3.4.2在部署至硬件模式下运行Simulink模型
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3.4.3纠错
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3.5在外部模式下运行Simulink模型
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3.5.1通过改变PWM参数改变发光二极管亮度
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3.5.2外部运行模式的特点
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3.5.3目标硬体的自由运行
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3.5.4纠错
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3.6在Windows 8系统上安装Arduino驱动器
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第4章模拟传感器与电机编码器数据的读取
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4.1实验平台(硬件)
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4.2模拟信号的获取
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4.2.1模数转换器的背景知识
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4.2.2用模拟输入电压控制PWM
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4.2.3观测和问题
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4.3电机编码器数据的读取
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4.3.1编码器的背景知识
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4.3.2用编码器的输出控制PWM
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4.3.3观测和问题
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第5章通过I2C总线读取陀螺仪和加速(度)计的数据
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5.1实验平台(硬件)
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5.2陀螺仪信号数据的读取
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5.2.1陀螺仪的背景知识
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5.2.2从陀螺仪及加速度计读取数据
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5.2.3观测和问题
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5.3根据陀螺仪数据计算陀螺仪所处的实验平台的角度
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5.3.1从陀螺仪获得角位置
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5.3.2消除陀螺仪的误差
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5.3.3问题和练习
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第6章数字罗盘(指南针)的制作
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6.1实验平台(硬件)设置
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6.2磁力计信号数据的读取
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6.2.1磁力计的背景知识
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6.2.2从磁力计(HMC5883L)读取数据
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6.3收集和分析磁力传感器数据
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6.3.1实验步骤
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6.3.2用MATLAB进行数据分析
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6.4在Simulink里实现罗盘校准算法
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6.4.1建立实现罗盘校准算法的Simulink模型
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6.4.2观测与练习
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第7章串行通信基础
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7.1串行通信的背景知识
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7.2实验平台(硬件)的设置
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7.3从实验平台(Arduino)向计算机发送单字节数据
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7.4在Arduino集成开发环境(IDE)下实现数据发送
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7.5发送和接收含有多个字节的串行数据
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7.5.1发送和接收单通道含有双字节的串行数据
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7.5.2发送和接收双通道含有4个字节的串行数据
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7.6用使用并集的SFunction发送16比特的整数和单精度浮点数
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7.6.1用Simulink发送，MATLAB程序读取16比特的整数
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7.6.2用实验平台(Arduino)发送，MATLAB程序读取单精度的浮点数
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7.7用MATLAB读取串行数据
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第8章蓝牙通信
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8.1实验平台(硬件)的设置
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8.2蓝牙模块的安装及设置
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8.2.1蓝牙通信的背景知识
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8.2.2蓝牙模块的安装
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8.2.3蓝牙设备及其设置
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8.3通过回路试验测试蓝牙通信
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8.3.1RealTerm的设置
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8.3.2蓝牙通信的回路测试
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8.4接收蓝牙模块发送的数据
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8.4.1建立向计算机发送数据的Simulink模型
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8.4.2在部署至硬件模式下运行Simulink模型
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第9章直流电机的阶梯响应
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9.1实验平台
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9.2背景知识
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9.3电机的阶梯响应
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9.3.1建立Simulink模型
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9.3.2通过Simulink的外部模式获得电机的阶梯响应
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9.4通过串行口(串行通信)获得电机速度的阶梯响应
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9.4.1Simulink模型及其设置
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9.4.2在外部模式和“部署至硬件”模式下获取电机响应
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9.5控制电机的方向和速度
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9.5.1Simulink模型及其设置
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9.5.2电机的受控响应
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9.6直流电机阶梯响应的仿真
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9.6.1一阶及二阶直流电机模型的阶梯响应
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9.6.2Simulink模型及其设置
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9.6.3电机仿真模型的运行
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9.6.4仿真结果及结果观察
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9.6.5考虑数字化和延迟效应时使用一阶系统的电机仿真
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第10章直流电机控制的基本知识和途径
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10.1实验平台(硬件)
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10.2电机位置的开环控制
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10.2.1Simulink模型
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10.2.2获取数据
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10.2.3整理数据
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10.2.4用所得数据进行电机位置控制
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10.2.5结果讨论
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10.3电机位置的闭环反馈控制
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10.3.1比例控制器(proportional
controller)
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10.3.2比例加积分控制器(proportional
plus integral controller)
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10.4电机速度的开环控制
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10.5电机速度的闭环反馈控制
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第11章实际应用环境下直流电机的仿真及速度控制
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11.1实验平台(硬件)
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11.2理想的二阶直流电机模型的阶梯响应
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11.3用理想电机模型进行速度控制的仿真
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11.4饱和效应
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11.5控制的离散时间效应
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11.6控制的离散测量效应
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11.7控制的仿真结果与实际效果的比较
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第12章根据加速度计和陀螺仪确定(实验平台)角度
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12.1实验平台(硬件)及背景知识
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12.2从陀螺仪读数计算角位置
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12.3从加速度计读数计算角位置
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12.4采用互补滤波器
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12.5根据陀螺仪和加速度计的输出控制电机的(角)位置
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附录ASimulink/Arduino硬件支持软件包的获取和安装
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A.1什么是Simulink/Arduino硬件支持软件包
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A.2Simulink/Arduino硬件支持软件包的安装方法
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A.2.1准备工作
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A.2.2Arduino硬件Simulink支持软件包的在线安装
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A.2.3Arduino硬件Simulink支持软件包的离线安装

评论

本书通过在数控平台上设计的一系列的Simulink 与Arduino实验，把机电一体化及数字控制的理论应用于真实环境下的系统设计、测试和验证。有助于更深入地理解工程理论，获得*手与实际硬件打交道的经验。熟悉在机电一体化和数字控制系统中常用的传感器件和控制算法，如陀螺仪、加速度计、磁力计等，了解它们的工作原理、性能特点和使用注意事项； 学习和使用Arduino这一在机电一体化及数字控制领域中*常用的低成本硬件平台，了解其特点和适用范围，为采用这一平台进行复杂的机电一体化及数字控制系统的设计打下坚实的基础。 通过学习和使用本书，读者可以熟悉和理解“基于系统模型的工程设计”的思想、方法和工具； 通过实际的建模实践，练习并掌握使用Simulink进行系统设计的流程和方法。

本书旨在通过介绍一系列围绕一个数控平台设计的实验，指导已经或正在学习机电一体化和数字控制的读者在实际环境下应用所学理论，实现工程设计。本书配套的实验平台采用Simulink 与Arduino硬件支持软件包作为开发软件，是一个集设计、仿真、硬件实现和测试验证为一体的实验及创新环境。通过学习和使用本书，读者可以熟悉和理解“基于系统模型的工程设计”的思想、方法和工具。通过实际的建模实践，练习并掌握使用Simulink进行系统设计的流程和方法。本书涉及的主题：（1） Simulink与低成本硬件开发平台（2） 机电一体化实验 （3） Simulink 和Arduino（4） 模拟输入, PWM 输出, 正交编码器（5） 陀螺仪——读取数值与校准（6） 磁力计—— 指南针的设计（7） 串行通信（8） 蓝牙通信（9） 直流电机的阶梯响应（10） 直流电机的位置控制 （11） 用于直流电机速度控制的PI控制器的设计（12） 用陀螺仪和带互补滤波器的加速度计估计角度