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| 編輯推薦： |
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本书主要是系统介绍动力学建模方法、数值解、仿真与主动控制的体系化方法。在工程设计领域的科研和教学中，急需加强科研人员或学生对系统问题的分析能力，激发原创思想和能力。作为一个工程创新人才，首先应该具备将工程问题转化为数学模型的能力。动力学建模、仿真与控制是针对理工科的重要教学内容。
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| 內容簡介： |
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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。
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| 關於作者： |
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）。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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动力现象和动力学问题是普遍存在的。随着科学技术的发展和人们对效率的不断追求，现代装备系统在不断向高速、重载、高效率方向发展，装备系统内部的动力现象越来越明显。由于没有重视动力学问题的有效抑制和解决，各类装备和工程的事故与灾难层出不穷，如飞机机翼的折断、汽轮机叶片的断裂、摩天大楼结构的破坏、大桥因共振而坍塌、高速机床的损毁、航空发动机的振动冲击等，这些都与动力学问题有关。对于动力学系统，应该用动态的思想进行全面的优化设计，这样才能确保或提高动力学系统性能。
系统梳理、剖析动力学系统的建模、仿真与控制是动力学研究中最为关键的任务，也是培养这方面高层次、创新型研究人才必然要面临的任务。无论是地面、深空、深海、深地等各类装备系统都需要做好动力学问题的深入研究和理论准备。在科研、工程技术和高等学校等各个方面开展动力学系统的建模、仿真与控制的教学和研究工作，对提升我国在这些方面的创新能力、超越世界先进装备技术水平，具有重大的意义。
作者在20世纪八九十年代，较为系统地涉猎或参加了旋转机械系统（如电线电缆机械、管绞机）、齿轮传动系统、空中缆索运输系统、高速数控加工系统、高速电机系统、起重及拖曳系统等的设计、分析研究，进入21世纪，继续关注或开展拟人机器人、行走式机械系统、变质量系统、轨道机车系统、土木建筑振动控制、动力学测试与信号处理、动力学系统控制、地质工程装备、航天科技装备系统等相关研究，指导学生或研究团队结合国家重大项目或工程实际等在动力学系统建模、仿真和控制方面做了大量认真、细致的工作。在上述理论与实践基础上，结合近20年来编写的相关讲义教材，包括主讲机械系统动力学、动力学建模与控制等学位课，思考相关的理论、方法和实现路径，于是就有了编写本书的基本条件。
众所周知，从15世纪中叶到18世纪，近代物理学等学科的发展为动力学研究奠定了很好的基础，牛顿、欧拉、达朗贝尔和拉格朗日等人做出了非常重要的工作。现代科学技术的信息论、控制论和系统论的研究成果，对动力学的发展产生了极其深刻的影响，特别是计算机技术的应用为动力学分析和设计提供了有效的计算仿真手段，数学方法的运用显得更为重要，在这种情况下，开展动力学系统建模、仿真与控制的原创工作，不能仅仅满足于购买或运用外国的软件，应该在物理模型的建立、模型方程的构建、数值计算及微分方程组求解等方面形成完全自主知识产权的体系方法或软件工具，这样才能不断提高我国的自主创新能力和水平，为把我国建设成为创新型国家打好基础。
本书突出动力学系统建模的理论体系的阐述，实现对多体系统、复杂系统较为全面的抽象、概括和有效的模型方程描述，结合数学、力学、自动控制、航空航天、汽车、机器人、地质工程装备、土木、建筑、资源与环境、信号处理等相关研究成果，通过大量实例，将建模过程和提炼后的优化模型较为简洁、有针对性地呈现出来。
全书内容可分为五个部分。
第一部分，是动力学系统研究的基础。包含第1章概论，重点是动力学系统分析基本原理、基本概念及其研究过程，对动力学系统研究的特点、重要意义等进行阐述。
第二部分，是单自由度与多自由度系统的动力学建模。包含第2章单自由度系统动力学模型方程，第3章多自由度系统动力学模型。重点是平面系统动力学模型、振动系统的固有频率与主振型、系统振动方程的解耦、动力学响应求解等。
第三部分，是各类动力学系统模型建立。包含第4章机器人系统动力学模型及控制，第5章行走式机械系统动力学模型，第6章转子系统动力学模型，第7章变质量系统与航天器动力学建模。重点是各类系统的建模过程、常用方程、综合实例及分析。
第四部分，是动力学系统控制及仿真。包含第8章动力学系统控制，第9章动力学系统仿真。重点是动力吸振器设计及建模、振动的主动控制、非线性振动系统解析，以及动力学仿真分析。
第五部分，是动力学测试与信号处理。包含第10章动力学测试与信号处理。重点是动力学测试激励、测试装置及平台、信号处理与测试过程分析。
在编写过程中，注重动力学建模系统知识、关键技术和技术前沿的讲解，提供大量图示说明和实例，力求方法简明实用、易于掌握。按照工科专业和高校的教学实际，本书既可作为高等学校工科类研究生、本科生的教材，也可作为相关专业工程技术人员和研究人员的参考书。
本书各章后面附有思考题。这些题目主要是为了引导学习者复习基本理论、方法，提升建模能力或开展实际工程设计。在学习或研究中，如能与具体的系统装置或工程实际相结合，则可以实现理论与实践的密切结合，逐步提升学习者解决实际问题的能力。
作者在编写过程中，开展了大量的工程实践和调研工作，收集、运用部分科研和教学研究资料，得到许多专家、工程技术人员及同事们、学生们的大力支持和帮助，同时参考了大量论文、专著、教材以及相关网页文献。在此一并表示衷心感谢。
由于作者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在不妥或者错误之处，敬请读者批评、指正!
作者
2020年12月于北京
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