《清华开发者书库:Simulink与低成本硬件及机电一体化》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,获得第一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。
丁亦农,拥有电气工程学士、硕士和博士学位,IEEE高级会员。在数字信号处理及数字通信领域拥有三十多年的教学、科研和产品开发经验。曾在多家世界500强公司(包括德州仪器(Texas Instruments)、三星移动 (Samsung Mobile))就职,从事信号处理及通信系统的研发和研发管理工作。 2007年加入美国迈斯沃克(MathWorks)公司,致力于MATLAB/Simulink这个动态系统设计及开发平台的推广与服务工作。
Joshua L. Hurst(乔舒亚·何斯特),于2002年、2003年和2008年从美国伦斯勒理工学院先后获得机械工程学士、硕士和博士学位。曾在位于宾夕法尼亚州的JBT公司从事自动导向车辆的导航和制导系统的研发;并在位于纽约的通用电气全球研发中心控制实验室任顾问,参与F136 联合攻击战斗机飞行控制系统的工作。2011年,加入美国伦斯勒理工学院的机械、航天和核工程系,担任教授。2013年起,研究开发用于机电一体化教学的低成本硬件设备和平台,教学兴趣主要集中在机电一体化、动态系统及其控制和优化等领域。
第1章Simulink与低成本硬件开发平台
1.1Arduino
1.2Raspberry Pi
1.3Simulink低成本硬件支持软件包
1.4关于Arduino支持软件包
第2章基于Arduino的机电一体化实验平台
2.1机电一体化平台的开发环境
2.2机电一体化平台的组成和组合形式
2.3机电一体化平台的硬件配置
2.3.1平台的主板
2.3.2直流电机
2.3.3其他可选器件
第3章点亮发光二极管
3.1实验目的
3.2实验平台设置
3.3Simulink/Arduino支持软件包和Arduino驱动器的安装
3.3.1Simulink/Arduino支持软件包的安装
3.3.2Arduino驱动器(Arduino Mega 2560 drivers)的安装和设置
3.4建立并在部署至硬件模式下运行Simulink模型
3.4.1建立Simulink模型的步骤
3.4.2在部署至硬件模式下运行Simulink模型
3.4.3纠错
3.5在外部模式下运行Simulink模型
3.5.1通过改变PWM参数改变发光二极管亮度
3.5.2外部运行模式的特点
3.5.3目标硬体的自由运行
3.5.4纠错
3.6在Windows 8系统上安装Arduino驱动器
第4章模拟传感器与电机编码器数据的读取
4.1实验平台(硬件)
4.2模拟信号的获取
4.2.1模数转换器的背景知识
4.2.2用模拟输入电压控制PWM
4.2.3观测和问题
4.3电机编码器数据的读取
4.3.1编码器的背景知识
4.3.2用编码器的输出控制PWM
4.3.3观测和问题
第5章通过I2C总线读取陀螺仪和加速(度)计的数据
5.1实验平台(硬件)
5.2陀螺仪信号数据的读取
5.2.1陀螺仪的背景知识
5.2.2从陀螺仪及加速度计读取数据
5.2.3观测和问题
5.3根据陀螺仪数据计算陀螺仪所处的实验平台的角度
5.3.1从陀螺仪获得角位置
5.3.2消除陀螺仪的误差
5.3.3问题和练习
第6章数字罗盘(指南针)的制作
6.1实验平台(硬件)设置
6.2磁力计信号数据的读取
6.2.1磁力计的背景知识
6.2.2从磁力计(HMC5883L)读取数据
6.3收集和分析磁力传感器数据
6.3.1实验步骤
6.3.2用MATLAB进行数据分析
6.4在Simulink里实现罗盘校准算法
6.4.1建立实现罗盘校准算法的Simulink模型
6.4.2观测与练习
第7章串行通信基础
7.1串行通信的背景知识
7.2实验平台(硬件)的设置
7.3从实验平台(Arduino)向计算机发送单字节数据
7.4在Arduino集成开发环境(IDE)下实现数据发送
7.5发送和接收含有多个字节的串行数据
7.5.1发送和接收单通道含有双字节的串行数据
7.5.2发送和接收双通道含有4个字节的串行数据
7.6用使用并集的S�睩unction发送16比特的整数和单精度浮点数
7.6.1用Simulink发送,MATLAB程序读取16比特的整数
7.6.2用实验平台(Arduino)发送,MATLAB程序读取单精度的浮点数
7.7用MATLAB读取串行数据
第8章蓝牙通信
8.1实验平台(硬件)的设置
8.2蓝牙模块的安装及设置
8.2.1蓝牙通信的背景知识
8.2.2蓝牙模块的安装
8.2.3蓝牙设备及其设置
8.3通过回路试验测试蓝牙通信
8.3.1RealTerm的设置
8.3.2蓝牙通信的回路测试
8.4接收蓝牙模块发送的数据
8.4.1建立向计算机发送数据的Simulink模型
8.4.2在部署至硬件模式下运行Simulink模型
第9章直流电机的阶梯响应
9.1实验平台
9.2背景知识
9.3电机的阶梯响应
9.3.1建立Simulink模型
9.3.2通过Simulink的外部模式获得电机的阶梯响应
9.4通过串行口(串行通信)获得电机速度的阶梯响应
9.4.1Simulink模型及其设置
9.4.2在外部模式和“部署至硬件”模式下获取电机响应
9.5控制电机的方向和速度
9.5.1Simulink模型及其设置
9.5.2电机的受控响应
9.6直流电机阶梯响应的仿真
9.6.1一阶及二阶直流电机模型的阶梯响应
9.6.2Simulink模型及其设置
9.6.3电机仿真模型的运行
9.6.4仿真结果及结果观察
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
第10章直流电机控制的基本知识和途径
10.1实验平台(硬件)
10.2电机位置的开环控制
10.2.1Simulink模型
10.2.2获取数据
10.2.3整理数据
10.2.4用所得数据进行电机位置控制
10.2.5结果讨论
10.3电机位置的闭环反馈控制
10.3.1比例控制器(proportional controller)
10.3.2比例加积分控制器(proportional plus integral controller)
10.4电机速度的开环控制
10.5电机速度的闭环反馈控制
第11章实际应用环境下直流电机的仿真及速度控制
11.1实验平台(硬件)
11.2理想的二阶直流电机模型的阶梯响应
11.3用理想电机模型进行速度控制的仿真
11.4饱和效应
11.5控制的离散时间效应
11.6控制的离散测量效应
11.7控制的仿真结果与实际效果的比较
第12章根据加速度计和陀螺仪确定(实验平台)角度
12.1实验平台(硬件)及背景知识
12.2从陀螺仪读数计算角位置
12.3从加速度计读数计算角位置
12.4采用互补滤波器
12.5根据陀螺仪和加速度计的输出控制电机的(角)位置
附录ASimulink/Arduino硬件支持软件包的获取和安装
A.1什么是Simulink/Arduino硬件支持软件包
A.2Simulink/Arduino硬件支持软件包的安装方法
A.2.1准备工作
A.2.2Arduino硬件Simulink支持软件包的在线安装
A.2.3Arduino硬件Simulink支持软件包的离线安装
这本书真是打开了我对工程领域认知的新大门!我一直对复杂系统的工作原理充满好奇,但总觉得那些理论知识遥不可及,缺乏实践感。直到我翻开了这本《Simulink与低成本硬件及机电一体化》,我才意识到,原来那些看似高深的工程技术,可以通过如此直观、易懂的方式来学习和掌握。书中对Simulink的讲解,简直是手把手教学,让我这个初学者也能很快上手,搭建出自己的仿真模型。更让我惊喜的是,它还将理论与低成本硬件结合,让我能把学到的知识立刻应用到实际项目中,这种“学以致用”的感觉太棒了!我用它来模拟控制一个简单的机器人手臂,从最初的程序编写,到最后的实际运行,每一步都充满了成就感。书中的案例设计也很巧妙,涵盖了从基础概念到复杂应用的各个层面,让我能够循序渐进地提升技能。我尤其喜欢书中关于机电一体化部分的内容,它让我理解了机械、电子和控制是如何协同工作的,为我日后深入研究相关领域打下了坚实的基础。这本书的价值远不止于技术指导,它更是一种思维方式的启迪,让我学会用系统化的眼光去分析和解决问题。
评分对于任何想要将理论知识转化为实际应用,尤其是在工程领域的朋友,《Simulink与低成本硬件及机电一体化》绝对是一本值得反复研读的工具书。我个人是一名业余爱好者,对各种新奇的电子和机械项目都充满热情,但常常苦于缺乏系统性的指导。这本书的优点在于,它不仅仅是一个技术手册,更像是一个项目实践的指导者。它从Simulink这个强大的仿真平台入手,清晰地展示了如何在虚拟环境中进行系统设计和验证,并且能够非常顺畅地将这些设计“迁移”到真实的低成本硬件上。我非常喜欢书中关于机电一体化系统的案例分析,它详细地解释了如何将不同的电子元器件(如传感器、电机驱动器)和机械结构(如齿轮、连杆)集成起来,并通过Simulink进行统一的控制和优化。我按照书中的思路,成功地制作了一个可以自主导航的移动平台,整个过程中的每一个细节,从模型搭建到代码编写,都得到了非常细致的讲解。这本书不仅让我掌握了实用的技术,更重要的是,它让我看到了工程技术背后严谨的逻辑和无限的创造力,我将把它作为我后续项目开发的宝贵参考。
评分这本《Simulink与低成本硬件及机电一体化》简直是我近期最满意的一次购书体验!我是一名在校的机械工程专业的学生,平时接触的软件工具很多,但对于跨学科的集成应用,特别是与硬件相结合的实践,一直感到有些力不从心。这本书的出现,完美地填补了我学习中的这一空白。Simulink的强大功能,书中解释得淋漓尽致,让我不仅学会了如何进行模型搭建和仿真,更理解了其在系统设计和验证中的核心作用。而将Simulink的仿真结果与Ardunio等低成本硬件平台相结合的章节,更是让我眼前一亮。我迫不及待地跟着书中的步骤,成功地将我设计的一个自动避障小车实现了!从Simulink中的PID控制器设计,到将其移植到Ardunio代码中,再到实际控制小车在障碍物之间穿梭,整个过程的流畅性和趣味性让我欲罢不能。书中对于不同硬件平台的介绍和接口方法的讲解也相当详细,避免了我许多踩坑的可能。总而言之,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师,带着我一步步探索工程实践的无限可能,极大地激发了我对工程研究的热情和创造力。
评分对于有志于投身自动化和机器人领域的朋友来说,《Simulink与低成本硬件及机电一体化》绝对是一本不容错过的宝藏!我本身在一家小型初创公司从事嵌入式开发,经常需要将复杂的算法逻辑转化为实际可执行的代码,并且需要与各种传感器和执行器进行交互。过去,我常常需要花费大量时间在调试和硬件接口的适配上,效率不高。这本书的出现,极大地优化了我的工作流程。Simulink的可视化建模环境,让我能够快速地进行算法设计和初步验证,大大缩短了从概念到原型的时间。书中关于低成本硬件平台的选择和使用指南,提供了非常实用的建议,让我能够根据项目需求灵活选择性价比最高的方案。我特别印象深刻的是书中关于传感器数据采集和信号处理的章节,它详细介绍了如何利用Simulink与Ardunio等平台无缝对接,实时读取和处理各种传感器信息,并将处理后的结果用于控制决策。这对于我目前负责的项目非常有帮助,让我能够更高效地开发出满足客户需求的嵌入式系统。这本书的内容深入浅出,既有理论的高度,又有实践的深度,是一本非常全面的参考资料。
评分我必须说,这本书的作者绝对是深刻理解了“授人以鱼不如授人以渔”的道理!我是一名对智能制造和工业自动化有浓厚兴趣的在职人员,一直想通过自学来提升自己的技术能力。然而,市面上的书籍大多要么过于理论化,要么过于零散,很难形成一个完整的知识体系。直到我发现了《Simulink与低成本硬件及机电一体化》,我才找到了那种“拨云见日”的感觉。它没有上来就灌输枯燥的概念,而是从一个引人入胜的实例出发,逐步引导读者去理解Simulink的强大功能,以及如何将其应用于复杂的工程问题。书中所提供的低成本硬件方案,真的是太有创意了!它让那些原本高高在上的工程技术,变得触手可及,任何人都可以用相对较低的成本去实现自己的想法。我尝试用书中的方法构建了一个简单的智能温控系统,通过Simulink设计了PID控制器,然后连接到Ardunio和温度传感器,实现了对室内温度的精确控制。整个过程的学习曲线非常平缓,并且充满了乐趣。这本书不仅仅是教会我怎么操作,更重要的是培养了我独立思考和解决工程问题的能力,让我对未来的发展充满了信心。
评分还没有来得及看 ̄  ̄)σ。等等后面看了再来评价吧!
评分没多大用处不大啊!买的时候考虑一下
评分书胶开了
评分书籍的目标群体是谁?入门者看这本书很难入门,没有操作性。
评分商品质量好,配送服务也很好。
评分作者丁亦农写过《Simulink与信号处理》风评不错,这本书砸招牌了……
评分还没有来得及看 ̄  ̄)σ。等等后面看了再来评价吧!
评分书胶开了
评分《清华开发者书库:Simulink与低成本硬件及机电一体化》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,获得第一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。
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