商品簡介
本書針對新一代GUI開發平臺MATLAB App Designer(MATLAB R2019b)的應用分兩個部分加以詳細介紹。第一部分結合兩個綜合案例詳細介紹用MATLAB App Designer設計App(GUI)的方法與步驟、重點與難點；第二部分以機械工程領域中各種專業案例為基礎詳細介紹每個App設計的編程解決方法。
本書可作為高職高專及高等院校的機械工程及相近專業的專業課輔助教材,也可作為相關領域工程技術人員進行設計的輔助工具書。
作者簡介
陸爽 浙江師範大學行知學院、浙江師範大學三級教授。吉林大學機械設計及理論工學博士、教育部公派德國布倫瑞克工業大學高級訪問學者。曾任全國高等院校工程應用技術教師大賽專家委員會委員、全國高校機械工程測試技術研究會常務理事、全國三維數字化大賽工業工程組專家、華中科技大學出版社高等院校機械類應用型本科“十二五”創新規劃系列教材編委會委員等。歷任浙江師範大學交通學院(現更名為工學院)副院長、浙江師範大學行知學院副院長，主要從事“機械工程控制基礎”“機械工程測試技術基礎”“機電傳動控制技術”等課程的教學工作，把數字化應用軟件MATLAB和LabVIEW與所講授的課程深度融合，在專業教學改革方面進行了深入的探索和實踐。
蔣永華 浙江師範大學行知學院、浙江師範大學教授。重慶大學機械電子工程博士、浙江大學機械工程博士後、教育部公派加拿大多倫多大學訪問學者。浙江省“151人才工程”培養人選、金華市“321人才工程”培養人選。全國高校機械工程測試技術研究會與中國振動工程學會動態測試專業委員會理事，浙江省高等教育學會實驗室工作分會理事。現任浙江師範大學行知學院副院長。主要從事“機械工程測試技術基礎”“機械控制工程基礎”“機電傳動控制技術”等課程的教學工作，以及裝備狀態監測與智能維護、汽車NVH技術、壓電驅動與控制等領域的研究工作。近年來主持完成了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金、浙江省博士後基金資助的十幾個科研項目。發表學術論文近50篇，其中SCI檢索12篇，EI檢索30篇，授權發明專利32項、實用新型專利22項。
名人/編輯推薦
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序
The MathWork公司的MATLAB一直是國際科學與工程技術領域中應用和影響最為廣泛的三大計算機數學語言之一(其他兩種語言分別為Mathematica和Maple)。從某種意義上講,在純數學以外的領域中,MATLAB語言有著其他兩種數學語言無法媲美的極其廣泛的適用範圍優勢。本書的第一作者第一次接觸MATLAB語言是在德國布倫瑞克工業大學(20世紀90年代)做高級訪問學者期間,當時國內的很多教師和學生對MATLAB語言還比較陌生。如今,在國內的各類高職高專和理工科院校,MATLAB語言已是很多專業教師和本專科學生在進行數字化計算、數字化設計、數字化仿真、專業課程設計和畢業設計,以及許多在讀博士、碩士做科學研究和撰寫學術論文時的首選專業工具軟件。
MATLAB語言除了可用於算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算外,還可用於各種學科和專業領域中。不僅可用於自然科學,甚至還可用於人文科學。同時,它還具有功能強大的工具箱(由全世界的各學界精英為工具箱提供最準確、最實用和最高效的應用程序)。一些基礎性和通用性的處理程序都已包含在工具箱中,甚至一些最新的專業技術(例如AI技術),在MATLAB語言的主界面上都可以找到其App應用程序。這樣就不需要軟件的使用者去從事專門的算法研究和編制複雜的通用程序,因為這些原本就是數學家和軟件工程師的工作,從而大大節省了非數學和非計算機專業領域工程技術人員耗費在此方面的時間。對於他們來說,只需要思考和研究怎麼利用工具箱或App應用程序來實現自己的原始設想和算法,從而快速有效地完成數字化計算、數字化設計、數字化仿真和科技創新工作。
在書店和圖書館裡,雖然關於MATLAB語言和MATLAB GUI的書籍汗牛充棟,但是有關介紹MATLAB App Designer的書籍卻比較少,特別是介紹將MATLAB App Designer應用在機械工程領域進行專業案例App 設計的書籍更是罕見。其中首要的原因也許是MATLAB語言的更新速度(每年升級兩次)太快,其次也許是計算機專業人士不太熟悉具體的工程專業工作,而具體的工程專業技術人員又不熟悉MATLAB GUI編程方法所致。2020年疫情期間,陸爽教授與蔣永華教授一起探討了專業課程數字化與教學深度融合問題,並針對目前國內工科領域本專科教學缺少課程數字化App設計案例參考教材的現狀,把近十幾年來在機械工程專業多種(門)課程教學、專業課程設計和畢業設計,以及指導博、碩士研究生過程中積累的MATLAB GUI數字化應用案例編輯整理,並採用最新版本MATLAB GUI即App Designer編撰出來,共同完成了這本機械工程專業課程數字化App案例分析的工具參考書。
本書是一本學習MATLAB App Designer設計的工具參考書。它既可作為機械工程及相近專業的高職高專/本科/研究生在專業課程學習、專業課程設計(特別是機械原理、機械設計、機械系統設計、機械創新設計與實踐等)和專業畢業設計中應用MATLAB語言進行數字化計算、設計和仿真App時的編程學習參考工具書,也可作為工業App應用領域的工程技術人員在採用MATLAB語言作為平臺來開發工業App時的編程輔助參考工具書。數字化時代對各行各業、各個領域的專業人士的計算機應用水平要求越來越高,而對於非計算機專業人士來說,隨心所欲地應用MATLAB 語言還不是一件容易的事情。特別是對MATLAB App Designer初學者而言,入門還是較難的。根據作者多年自學MATLAB GUI和高校教學經驗,GUI(即App)編程實踐是最重要的學習環節,“學而時習之”是捷徑,而案例學習無疑是快速提高MATLAB App Designer編程能力和水平的最佳方法。
本書案例分析的內容按照機械應用的領域來粗略劃分,具體編排如下:
第1章 通過2個案例,主要介紹MATLAB App Designer的一些基本概念和知識,其中包括App Designer簡介和App Designer設計過程中一些重要的知識點。
第2章 通過6個案例,主要介紹一些常見機械機構App詳細設計過程。
第3章 通過6個案例,主要介紹與齒輪傳動機構設計有關的App詳細設計過程。
第4章 通過3個案例,主要介紹與凸輪傳動機構設計有關的App詳細設計過程。
第5章 通過7個案例,主要介紹與帶式輸送機傳動系統有關的App詳細設計過程。
第6章 通過5個案例,主要介紹與機械振動系統有關的App詳細設計過程。
第7章 通過4個案例,主要介紹與其他有關機械的App詳細設計過程。
本書既不是純粹介紹MATLAB App Designer的編程書籍,因為那樣會使這本書非常冗長;也不是純粹介紹MATLAB工業App應用的編程書籍,因為那樣會使這本書範圍很廣,有些勉為其難。本書只是借助於33個機械工程專業領域的案例,針對初學者在使用MATLAB App Designer設計App過程中出現的問題提出了全面的、詳細的step by step編程解決方法。 內容既涉及App Designer應用案例中App編程的詳細操作步驟,也涉及應用案例中設計理論詳解以及MATLAB語言科學和工程計算的一些函數調用與方法。
作者從事高等教育工作幾十年,把數字化與專業課程教學深度融合是近十幾年來教學工作的重中之重,本書也是一系列數字化教學成果的總結。在數字化時代如何讓學生在未來激烈的職場競爭中獲得高質量就業,始終是作者教學思考和教學改革的方向。我們所培養的畢業生的數字化設計能力已經在高質量就業實踐中獲得普遍認可。
作者在本書的編撰過程中,參考與借鑒了大量的國內外著作、教材與文獻資料。如果沒有這些資料,本書內容就不可能如此豐富。在此,謹向這些資料的原作者、學者與專家表示由衷的敬意和衷心的感謝。
本書由北京航空航天大學機器人研究所所長陳殿生教授擔任主審,陳教授自始至終對本書給予了精心的指導和幫助。吉林大學王聰慧教授、浙江理工大學胡明教授、杭州電子科技大學秦會斌教授、浙江師範大學王冬云教授、長春工業大學岳曉峰教授、黑龍江大學畢永利教授、長春大學侯躍謙教授、衢州學院周兆忠教授、浙江師範大學行知學院胡禮廣副教授、長春工業大學人文信息學院張國福教授和於曉慧講師、德國開姆尼茨工業大學機電一體化專業(Technische Universität Chemnitz,Mechatronik) 碩士研究生姚思遠(我們曾經指導過的本科畢業生)對本書提出了許多建設性的寶貴意見和建議,對此向他們表示衷心的感謝。
感謝澳大利亞Swinburne科技大學機器人與機電一體化專業滿志紅教授審閱了全書並為本書撰寫了序言,同時對本書提出了許多建設性的寶貴意見。
感謝學生楊科成(浙江農林大學2020級研究生)繪製本書部分圖形。
感謝在數字化與課程深度融合教學改革中同舟共濟的教師和學生們,他們為作者的專業數字化教學探索與創新實踐提供了豐富的經驗。衷心感謝人生道路上所有關心、愛護和幫助過我們的老師、同事和學生。
在此還要特別感謝北京航空航天大學出版社和陳守平策劃編輯為我們提供的支持、鼓勵和真誠的幫助。
讀者可以登錄北京航空航天大學出版社的官方網站,選擇“下載專區”→“隨書資料”下載本書配套的程序代碼;也可以關注“北航科技圖書”微信公眾號,回復“3809”可獲得本書的免費下載鏈接;還可以登錄MATLAB 中文論壇,在本書所在版塊(https://www.ilovematlab.cn/forum-281-1.html)下載相應代碼。下載過程中遇到任何問題,請發送電子郵件至goodtextbook@126.com 或致電010 82317738咨詢處理。書中給出的程序僅供參考,讀者可根據實際問題進行完善或改寫,以提升自己的編程實踐能力。
由於作者水平有限,書中的缺點和疏漏之處在所難免,懇請各方面專家和讀者不吝賜教。
作者電子郵箱lushuang@zjnu.cn。
作 者
2021年12月
目次
第1章 MATLAB App Designer數字化設計基礎 1
1.1 圖形用戶界面設計及App Designer簡介 1
1.2 App Designer 基本功能 2
1.3 掌握App Designer的基本編程 3
1.3.1 啟動App Designer 3
1.3.2 App Designer設計要點 4
1.3.3 多窗口 App設計詳解 13
1.4 案例1——數字信號濾波器系統 App設計 15
1.4.1 設計1個 App主窗口和2個 App子窗口 15
1.4.2 數字信號濾波器系統3個 App窗口設計詳解 17
1.5 案例2——實驗數據統計分析App系統 24
1.5.1 設計1個 App主窗口和2個 App子窗口 24
1.5.2 實驗數據統計分析系統3個 App窗口設計詳解 26
第2章 常見機械機構App設計 38
2.1 案例3——滾動圓輪邊緣點運動分析App設計 38
2.1.1 滾動圓輪邊緣M 點運動理論分析 38
2.1.2 滾動圓輪邊緣點運動 App設計 40
2.2 案例4——滾子鏈傳動優化App設計 46
2.2.1 滾子鏈傳動設計的基本參數計算 46
2.2.2 滾子鏈傳動優化設計理論 47
2.2.3 滾子鏈傳動優化 App設計 49
2.3 案例5——鉸鏈四桿機構運動學 App設計 54
2.3.1 鉸鏈四桿機構運動理論分析 54
2.3.2 鉸鏈四桿機構 App設計 55
2.4 案例6——曲柄搖桿機構連桿上點運動分析 App設計 61
2.4.1 曲柄搖桿機構連桿上點運動理論分析 61
2.4.2 曲柄搖桿機構連桿上點運動 App設計 63
2.5 案例7——曲柄滑塊機構運動分析App設計 67
2.5.1 曲柄滑塊機構運動理論分析 67
2.5.2 曲柄滑塊機構 App設計 69
2.6 案例8——雙滑塊機構動力學分析App設計 76
2.6.1 雙滑塊機構運動動力學理論分析 76
2.6.2 雙滑塊機構動力學系統 App設計 77
第3章 齒輪傳動機構App設計 85
3.1 案例9——標準直齒圓柱齒輪形狀App設計 85
3.1.1 標準直齒圓柱齒輪形狀參數計算 85
3.1.2 標準直齒圓柱齒輪形狀 App設計 86
3.2 案例10——外嚙合直齒圓柱齒輪嚙合圖App設計 90
3.2.1 外嚙合圓柱齒輪嚙合圖繪圖分析 90
3.2.2 外嚙合直齒圓柱齒輪 App設計 90
3.3 案例11——直齒圓柱變位齒輪參數測定App設計 96
3.3.1 直齒圓柱變位齒輪參數測定和計算 96
3.3.2 直齒圓柱變位齒輪參數測定 App設計 98
3.4 案例12——斜齒圓柱齒輪公法線長度測試 App設計 101
3.4.1 斜齒圓柱齒輪公法線長度及其偏差計算 101
3.4.2 斜齒圓柱齒輪公法線長度測試 App設計 101
3.5 案例13——斜齒圓柱齒輪傳動App設計 104
3.5.1 斜齒圓柱齒輪傳動設計理論 104
3.5.2 斜齒圓柱齒輪傳動 App設計 105
3.6 案例14——直齒圓柱齒輪彎曲應力App設計 113
3.6.1 直齒圓柱齒輪彎曲應力設計理論 113
3.6.2 直齒圓柱齒輪彎曲應力 App設計 118
第4章 凸輪傳動機構App設計 125
4.1 凸輪機構運動規律簡介 125
4.1.1 凸輪從動件的運動規律 125
4.1.2 4種推桿運動規律的 MATLAB子函數 127
4.2 案例15——偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構 App設計 128
4.2.1 偏置直動滾子推桿盤形凸輪輪廓曲線設計理論 128
4.2.2 偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構 App設計 129
4.3 案例16——直動平底推桿盤形凸輪機構App設計 145
4.3.1 直動平底推桿盤形凸輪輪廓曲線設計理論 145
4.3.2 直動平底推桿盤形凸輪機構 App設計 146
4.4 案例17——擺動滾子推桿盤形凸輪機構App設計 160
4.4.1 擺動滾子推桿盤形凸輪輪廓曲線設計理論 160
4.4.2 擺動滾子推桿盤形凸輪機構 App設計 160
第5章 帶式輸送機傳動系統App設計 177
5.1 案例18——傳動裝置運動與動力參數App設計 177
5.1.1 傳動裝置運動與動力參數的基本理論分析 177
5.1.2 傳動裝置運動與動力參數 App設計 179
5.2 案例19——輸送機V帶傳動App設計 182
5.2.1 V帶傳動的參數計算 182
5.2.2 V帶傳動 App設計 183
5.3 案例20——減速器斜齒圓柱齒輪傳動App設計 187
5.3.1 斜齒圓柱齒輪傳動的理論分析 187
5.3.2 斜齒圓柱齒輪傳動 App設計 189
5.4 案例21——減速器彎扭組合軸App設計 193
5.4.1 彎扭組合軸設計理論 193
5.4.2 彎扭組合軸 App設計 196
5.5 案例22——減速器圓錐滾子軸承(30209)壽命 App設計 200
5.5.1 圓錐滾子軸承(30209)壽命理論計算 200
5.5.2 圓錐滾子軸承(30209)壽命 App設計 201
5.6 案例23——減速器角接觸球軸承(7009C)壽命App設計 205
5.6.1 角接觸球軸承(7009C)壽命理論計算 205
5.6.2 角接觸球軸承(7009C)壽命 App設計 206
5.7 案例24——減速器深溝球軸承(6209)壽命 App設計 210
5.7.1 深溝球軸承(6209)壽命理論計算 210
5.7.2 深溝球軸承(6209)壽命 App設計 210
第6章 機械振動系統App設計 214
6.1 案例25——機床切削顫振App設計 214
6.1.1 機床切削顫振理論及計算 214
6.1.2 機床切削顫振 App設計 215
6.2 案例26——2個自由度系統振動響應App設計 217
6.2.1 2個自由度振動系統理論分析 217
6.2.2 2個自由度系統振動響應 App設計 218
6.3 案例27——2個自由度質量彈簧阻尼減振器頻率響應 App設計 221
6.3.1 2個自由度振動系統理論分析 221
6.3.2 2個自由度質量彈簧阻尼減振器頻率響應 App設計 221
6.4 案例28——2個自由度質量彈簧阻尼減振器優化App設計 223
6.4.1 2個自由度質量彈簧阻尼減振器優化設計理論 223
6.4.2 2個自由度質量彈簧阻尼減振器優化 App設計 225
6.5 案例29——2個自由度無阻尼質量彈簧振動系統App設計 229
6.5.1 2個自由度無阻尼質量彈簧振動系統理論分析 229
6.5.2 2個自由度無阻尼質量彈簧振動系統 App設計 231
第7章 其他有關機械App設計 237
7.1 案例30——圓柱螺旋受壓彈簧優化App設計 237
7.1.1 圓柱螺旋受壓彈簧優化設計理論 237
7.1.2 圓柱螺旋受壓彈簧優化 App設計 240
7.2 案例31——橢圓規機構運動學App設計 244
7.2.1 橢圓規機構運動學理論分析 244
7.2.2 橢圓規機構運動學 App設計 245
7.3 案例32——牛頭刨床機構App設計 250
7.3.1 牛頭刨床機構運動學理論分析 250
7.3.2 牛頭刨床機構 App設計 252
7.4 案例33——輕型杠桿式推鋼機App設計 260
7.4.1 推鋼機機構運動學理論分析 260
7.4.2 輕型杠桿式推鋼機 App設計 263
參考文獻 271
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