《清華開發者書庫:Simulink與低成本硬件及機電一體化》通過在數控平颱上設計的一係列的Simulink 與Arduino實驗,把機電一體化及數字控製的理論應用於真實環境下的係統設計、測試和驗證。有助於更深入地理解工程理論,獲得第一手與實際硬件打交道的經驗。熟悉在機電一體化和數字控製係統中常用的傳感器件和控製算法,如陀螺儀、加速度計、磁力計等,瞭解它們的工作原理、性能特點和使用注意事項; 學習和使用Arduino這一在機電一體化及數字控製領域中常用的低成本硬件平颱,瞭解其特點和適用範圍,為采用這一平颱進行復雜的機電一體化及數字控製係統的設計打下堅實的基礎。
通過學習和使用本書,讀者可以熟悉和理解“基於係統模型的工程設計”的思想、方法和工具; 通過實際的建模實踐,練習並掌握使用Simulink進行係統設計的流程和方法。
丁亦農,擁有電氣工程學士、碩士和博士學位,IEEE高級會員。在數字信號處理及數字通信領域擁有三十多年的教學、科研和産品開發經驗。曾在多傢世界500強公司(包括德州儀器(Texas Instruments)、三星移動 (Samsung Mobile))就職,從事信號處理及通信係統的研發和研發管理工作。 2007年加入美國邁斯沃剋(MathWorks)公司,緻力於MATLAB/Simulink這個動態係統設計及開發平颱的推廣與服務工作。
Joshua L. Hurst(喬舒亞·何斯特),於2002年、2003年和2008年從美國倫斯勒理工學院先後獲得機械工程學士、碩士和博士學位。曾在位於賓夕法尼亞州的JBT公司從事自動導嚮車輛的導航和製導係統的研發;並在位於紐約的通用電氣全球研發中心控製實驗室任顧問,參與F136 聯閤攻擊戰鬥機飛行控製係統的工作。2011年,加入美國倫斯勒理工學院的機械、航天和核工程係,擔任教授。2013年起,研究開發用於機電一體化教學的低成本硬件設備和平颱,教學興趣主要集中在機電一體化、動態係統及其控製和優化等領域。
第1章Simulink與低成本硬件開發平颱
1.1Arduino
1.2Raspberry Pi
1.3Simulink低成本硬件支持軟件包
1.4關於Arduino支持軟件包
第2章基於Arduino的機電一體化實驗平颱
2.1機電一體化平颱的開發環境
2.2機電一體化平颱的組成和組閤形式
2.3機電一體化平颱的硬件配置
2.3.1平颱的主闆
2.3.2直流電機
2.3.3其他可選器件
第3章點亮發光二極管
3.1實驗目的
3.2實驗平颱設置
3.3Simulink/Arduino支持軟件包和Arduino驅動器的安裝
3.3.1Simulink/Arduino支持軟件包的安裝
3.3.2Arduino驅動器(Arduino Mega 2560 drivers)的安裝和設置
3.4建立並在部署至硬件模式下運行Simulink模型
3.4.1建立Simulink模型的步驟
3.4.2在部署至硬件模式下運行Simulink模型
3.4.3糾錯
3.5在外部模式下運行Simulink模型
3.5.1通過改變PWM參數改變發光二極管亮度
3.5.2外部運行模式的特點
3.5.3目標硬體的自由運行
3.5.4糾錯
3.6在Windows 8係統上安裝Arduino驅動器
第4章模擬傳感器與電機編碼器數據的讀取
4.1實驗平颱(硬件)
4.2模擬信號的獲取
4.2.1模數轉換器的背景知識
4.2.2用模擬輸入電壓控製PWM
4.2.3觀測和問題
4.3電機編碼器數據的讀取
4.3.1編碼器的背景知識
4.3.2用編碼器的輸齣控製PWM
4.3.3觀測和問題
第5章通過I2C總綫讀取陀螺儀和加速(度)計的數據
5.1實驗平颱(硬件)
5.2陀螺儀信號數據的讀取
5.2.1陀螺儀的背景知識
5.2.2從陀螺儀及加速度計讀取數據
5.2.3觀測和問題
5.3根據陀螺儀數據計算陀螺儀所處的實驗平颱的角度
5.3.1從陀螺儀獲得角位置
5.3.2消除陀螺儀的誤差
5.3.3問題和練習
第6章數字羅盤(指南針)的製作
6.1實驗平颱(硬件)設置
6.2磁力計信號數據的讀取
6.2.1磁力計的背景知識
6.2.2從磁力計(HMC5883L)讀取數據
6.3收集和分析磁力傳感器數據
6.3.1實驗步驟
6.3.2用MATLAB進行數據分析
6.4在Simulink裏實現羅盤校準算法
6.4.1建立實現羅盤校準算法的Simulink模型
6.4.2觀測與練習
第7章串行通信基礎
7.1串行通信的背景知識
7.2實驗平颱(硬件)的設置
7.3從實驗平颱(Arduino)嚮計算機發送單字節數據
7.4在Arduino集成開發環境(IDE)下實現數據發送
7.5發送和接收含有多個字節的串行數據
7.5.1發送和接收單通道含有雙字節的串行數據
7.5.2發送和接收雙通道含有4個字節的串行數據
7.6用使用並集的S�睩unction發送16比特的整數和單精度浮點數
7.6.1用Simulink發送,MATLAB程序讀取16比特的整數
7.6.2用實驗平颱(Arduino)發送,MATLAB程序讀取單精度的浮點數
7.7用MATLAB讀取串行數據
第8章藍牙通信
8.1實驗平颱(硬件)的設置
8.2藍牙模塊的安裝及設置
8.2.1藍牙通信的背景知識
8.2.2藍牙模塊的安裝
8.2.3藍牙設備及其設置
8.3通過迴路試驗測試藍牙通信
8.3.1RealTerm的設置
8.3.2藍牙通信的迴路測試
8.4接收藍牙模塊發送的數據
8.4.1建立嚮計算機發送數據的Simulink模型
8.4.2在部署至硬件模式下運行Simulink模型
第9章直流電機的階梯響應
9.1實驗平颱
9.2背景知識
9.3電機的階梯響應
9.3.1建立Simulink模型
9.3.2通過Simulink的外部模式獲得電機的階梯響應
9.4通過串行口(串行通信)獲得電機速度的階梯響應
9.4.1Simulink模型及其設置
9.4.2在外部模式和“部署至硬件”模式下獲取電機響應
9.5控製電機的方嚮和速度
9.5.1Simulink模型及其設置
9.5.2電機的受控響應
9.6直流電機階梯響應的仿真
9.6.1一階及二階直流電機模型的階梯響應
9.6.2Simulink模型及其設置
9.6.3電機仿真模型的運行
9.6.4仿真結果及結果觀察
9.6.5考慮數字化和延遲效應時使用一階係統的電機仿真
第10章直流電機控製的基本知識和途徑
10.1實驗平颱(硬件)
10.2電機位置的開環控製
10.2.1Simulink模型
10.2.2獲取數據
10.2.3整理數據
10.2.4用所得數據進行電機位置控製
10.2.5結果討論
10.3電機位置的閉環反饋控製
10.3.1比例控製器(proportional controller)
10.3.2比例加積分控製器(proportional plus integral controller)
10.4電機速度的開環控製
10.5電機速度的閉環反饋控製
第11章實際應用環境下直流電機的仿真及速度控製
11.1實驗平颱(硬件)
11.2理想的二階直流電機模型的階梯響應
11.3用理想電機模型進行速度控製的仿真
11.4飽和效應
11.5控製的離散時間效應
11.6控製的離散測量效應
11.7控製的仿真結果與實際效果的比較
第12章根據加速度計和陀螺儀確定(實驗平颱)角度
12.1實驗平颱(硬件)及背景知識
12.2從陀螺儀讀數計算角位置
12.3從加速度計讀數計算角位置
12.4采用互補濾波器
12.5根據陀螺儀和加速度計的輸齣控製電機的(角)位置
附錄ASimulink/Arduino硬件支持軟件包的獲取和安裝
A.1什麼是Simulink/Arduino硬件支持軟件包
A.2Simulink/Arduino硬件支持軟件包的安裝方法
A.2.1準備工作
A.2.2Arduino硬件Simulink支持軟件包的在綫安裝
A.2.3Arduino硬件Simulink支持軟件包的離綫安裝
這本《Simulink與低成本硬件及機電一體化》簡直是我近期最滿意的一次購書體驗!我是一名在校的機械工程專業的學生,平時接觸的軟件工具很多,但對於跨學科的集成應用,特彆是與硬件相結閤的實踐,一直感到有些力不從心。這本書的齣現,完美地填補瞭我學習中的這一空白。Simulink的強大功能,書中解釋得淋灕盡緻,讓我不僅學會瞭如何進行模型搭建和仿真,更理解瞭其在係統設計和驗證中的核心作用。而將Simulink的仿真結果與Ardunio等低成本硬件平颱相結閤的章節,更是讓我眼前一亮。我迫不及待地跟著書中的步驟,成功地將我設計的一個自動避障小車實現瞭!從Simulink中的PID控製器設計,到將其移植到Ardunio代碼中,再到實際控製小車在障礙物之間穿梭,整個過程的流暢性和趣味性讓我欲罷不能。書中對於不同硬件平颱的介紹和接口方法的講解也相當詳細,避免瞭我許多踩坑的可能。總而言之,這本書不僅僅是一本技術手冊,更像是一位經驗豐富的導師,帶著我一步步探索工程實踐的無限可能,極大地激發瞭我對工程研究的熱情和創造力。
評分對於有誌於投身自動化和機器人領域的朋友來說,《Simulink與低成本硬件及機電一體化》絕對是一本不容錯過的寶藏!我本身在一傢小型初創公司從事嵌入式開發,經常需要將復雜的算法邏輯轉化為實際可執行的代碼,並且需要與各種傳感器和執行器進行交互。過去,我常常需要花費大量時間在調試和硬件接口的適配上,效率不高。這本書的齣現,極大地優化瞭我的工作流程。Simulink的可視化建模環境,讓我能夠快速地進行算法設計和初步驗證,大大縮短瞭從概念到原型的時間。書中關於低成本硬件平颱的選擇和使用指南,提供瞭非常實用的建議,讓我能夠根據項目需求靈活選擇性價比最高的方案。我特彆印象深刻的是書中關於傳感器數據采集和信號處理的章節,它詳細介紹瞭如何利用Simulink與Ardunio等平颱無縫對接,實時讀取和處理各種傳感器信息,並將處理後的結果用於控製決策。這對於我目前負責的項目非常有幫助,讓我能夠更高效地開發齣滿足客戶需求的嵌入式係統。這本書的內容深入淺齣,既有理論的高度,又有實踐的深度,是一本非常全麵的參考資料。
評分這本書真是打開瞭我對工程領域認知的新大門!我一直對復雜係統的工作原理充滿好奇,但總覺得那些理論知識遙不可及,缺乏實踐感。直到我翻開瞭這本《Simulink與低成本硬件及機電一體化》,我纔意識到,原來那些看似高深的工程技術,可以通過如此直觀、易懂的方式來學習和掌握。書中對Simulink的講解,簡直是手把手教學,讓我這個初學者也能很快上手,搭建齣自己的仿真模型。更讓我驚喜的是,它還將理論與低成本硬件結閤,讓我能把學到的知識立刻應用到實際項目中,這種“學以緻用”的感覺太棒瞭!我用它來模擬控製一個簡單的機器人手臂,從最初的程序編寫,到最後的實際運行,每一步都充滿瞭成就感。書中的案例設計也很巧妙,涵蓋瞭從基礎概念到復雜應用的各個層麵,讓我能夠循序漸進地提升技能。我尤其喜歡書中關於機電一體化部分的內容,它讓我理解瞭機械、電子和控製是如何協同工作的,為我日後深入研究相關領域打下瞭堅實的基礎。這本書的價值遠不止於技術指導,它更是一種思維方式的啓迪,讓我學會用係統化的眼光去分析和解決問題。
評分對於任何想要將理論知識轉化為實際應用,尤其是在工程領域的朋友,《Simulink與低成本硬件及機電一體化》絕對是一本值得反復研讀的工具書。我個人是一名業餘愛好者,對各種新奇的電子和機械項目都充滿熱情,但常常苦於缺乏係統性的指導。這本書的優點在於,它不僅僅是一個技術手冊,更像是一個項目實踐的指導者。它從Simulink這個強大的仿真平颱入手,清晰地展示瞭如何在虛擬環境中進行係統設計和驗證,並且能夠非常順暢地將這些設計“遷移”到真實的低成本硬件上。我非常喜歡書中關於機電一體化係統的案例分析,它詳細地解釋瞭如何將不同的電子元器件(如傳感器、電機驅動器)和機械結構(如齒輪、連杆)集成起來,並通過Simulink進行統一的控製和優化。我按照書中的思路,成功地製作瞭一個可以自主導航的移動平颱,整個過程中的每一個細節,從模型搭建到代碼編寫,都得到瞭非常細緻的講解。這本書不僅讓我掌握瞭實用的技術,更重要的是,它讓我看到瞭工程技術背後嚴謹的邏輯和無限的創造力,我將把它作為我後續項目開發的寶貴參考。
評分我必須說,這本書的作者絕對是深刻理解瞭“授人以魚不如授人以漁”的道理!我是一名對智能製造和工業自動化有濃厚興趣的在職人員,一直想通過自學來提升自己的技術能力。然而,市麵上的書籍大多要麼過於理論化,要麼過於零散,很難形成一個完整的知識體係。直到我發現瞭《Simulink與低成本硬件及機電一體化》,我纔找到瞭那種“撥雲見日”的感覺。它沒有上來就灌輸枯燥的概念,而是從一個引人入勝的實例齣發,逐步引導讀者去理解Simulink的強大功能,以及如何將其應用於復雜的工程問題。書中所提供的低成本硬件方案,真的是太有創意瞭!它讓那些原本高高在上的工程技術,變得觸手可及,任何人都可以用相對較低的成本去實現自己的想法。我嘗試用書中的方法構建瞭一個簡單的智能溫控係統,通過Simulink設計瞭PID控製器,然後連接到Ardunio和溫度傳感器,實現瞭對室內溫度的精確控製。整個過程的學習麯綫非常平緩,並且充滿瞭樂趣。這本書不僅僅是教會我怎麼操作,更重要的是培養瞭我獨立思考和解決工程問題的能力,讓我對未來的發展充滿瞭信心。
評分發貨快,質量很好。快遞服務好。
評分非速度快,書質量很好。自營還是有優勢!
評分送貨速度很快,包裝也很完整。
評分發瘋樣在京東買瞭很多書,一直選擇京東!
評分書籍的目標群體是誰?入門者看這本書很難入門,沒有操作性。
評分2,用的硬件闆子是所謂南京真大師公司仿照arduino uno闆子改版的,導緻這本書看上去像培訓課程配套教材;
評分發瘋樣在京東買瞭很多書,一直選擇京東!
評分送貨速度很快,包裝也很完整。
評分很好,值得一讀
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