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出版者:

作者:董玉红 编

出品人:

页数:154

译者:

出版时间:2003-11

价格:18.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560318752

丛书系列:

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《现代机械系统动力学与控制》 内容简介： 本书深入探讨了现代机械系统的动力学特性及其控制理论，旨在为读者提供一个全面而系统的学习框架。我们关注的不仅仅是理论的阐述，更侧重于如何将这些理论应用于实际的机械设计与工程实践中。从基础的运动学和动力学原理出发，本书逐步引入了复杂的系统建模技术，包括连续体动力学、振动分析以及多体动力学。 在运动学部分，我们详细阐述了刚体运动的基本概念，包括位移、速度、加速度的描述，以及欧拉角、四元数等多种表示方法。通过大量的实例分析，读者将能够掌握如何准确地描述和分析机械部件的运动轨迹和姿态。动力学部分则重点关注牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程的应用，通过推导和分析，揭示了力、力矩与系统运动之间的内在联系。我们特别强调了惯性、阻尼和弹性等关键因素在系统动力学行为中的作用。 随着系统复杂度的提升，本书进一步深入到振动分析领域。读者将学习到单自由度、多自由度系统的自由振动和受迫振动理论，包括模态分析、频率响应分析等。对于具有非线性特性的机械系统，本书也进行了详细的探讨，引入了分岔、混沌等概念，并介绍了分析非线性系统行为的常用方法，如相空间分析、李雅普诺夫稳定性分析等。 在多体动力学方面，本书介绍了如何构建和分析由多个相互连接的刚体或柔性体组成的复杂机械系统。我们讲解了包括关节约束、广义坐标选择、方程组的建立与求解等关键技术。通过对实际工程案例的分析，如机器人臂、车辆悬挂系统等，读者将能够理解多体动力学在现代工程中的重要性及其应用价值。 控制理论是本书的另一核心组成部分。在介绍了经典的PID控制、状态空间分析等基础上，本书重点关注现代控制理论的发展。例如，我们详细讲解了最优控制理论，包括LQR（线性二次调节器）的设计方法，以及如何通过最小化性能指标函数来实现系统性能的最优化。模型预测控制（MPC）作为一种先进的预测性控制策略，因其能够处理约束条件和优化长期性能而受到广泛关注，本书对其原理、建模和应用进行了深入的介绍。 此外，本书还涵盖了鲁棒控制和自适应控制等先进控制技术。鲁棒控制旨在设计能够应对模型不确定性或外部干扰的控制器，保证系统在各种工况下的稳定性与性能。自适应控制则允许控制器根据系统性能的变化或模型参数的未知性进行实时调整，以实现最佳控制效果。 在实践应用方面，本书结合了大量的工程案例，涵盖了航空航航天、汽车工程、机器人技术、精密仪器等多个领域。例如，在航空航天领域，我们将讨论飞机的姿态控制、导航与制导系统；在汽车工程中，我们将分析车辆的动力学稳定性、主动悬挂控制和自动驾驶系统的关键技术；在机器人领域，本书将深入探讨工业机器人、协作机器人的运动规划、轨迹跟踪与力控制。 本书还强调了仿真在机械系统设计与控制中的重要作用。我们介绍了常用的仿真工具和方法，以及如何利用仿真来验证控制算法的有效性、优化系统参数、预测系统行为，并最终降低实际样机开发成本。 为了帮助读者更好地掌握相关知识，本书在每个章节都提供了丰富的例题和习题，涵盖了理论推导、数值计算和仿真分析等多种形式。此外，本书还提供了详细的参考文献和进一步阅读的建议，鼓励读者在掌握基础知识后，能够继续深入探索相关领域的研究前沿。 总而言之，《现代机械系统动力学与控制》为读者提供了一个坚实的基础，使其能够理解、分析和设计复杂的现代机械系统。本书的内容具有高度的系统性和前瞻性，能够帮助工程技术人员和相关专业的学生，在快速发展的机械工程领域，掌握核心技术，应对工程挑战。 详细目录（示意）： 第一部分：机械系统动力学基础 第一章：绪论 1.1 现代机械控制工程的范畴与挑战 1.2 机械系统动力学与控制的关系 1.3 本书的结构与学习方法 第二章：刚体运动学 2.1 位置、速度与加速度描述 2.2 坐标系变换与齐次坐标 2.3 欧拉角与万向节锁 2.4 四元数在姿态描述中的应用 2.5 速度瞬心与角速度 第三章：刚体动力学 3.1 牛顿-欧拉方程 3.2 惯性张量与惯性力/力矩 3.3 拉格朗日方程 3.4 功、能量与守恒定律 3.5 经典机械系统实例分析 第四章：机械系统振动分析 4.1 单自由度系统自由振动 4.2 单自由度系统受迫振动与阻尼 4.3 多自由度系统振动 4.4 模态分析与频率响应 4.5 阻尼振动系统的能量耗散 第五章：非线性机械系统分析 5.1 非线性系统的基本概念 5.2 相空间分析与极限环 5.3 分岔与混沌现象 5.4 李雅普诺夫稳定性理论 5.5 非线性系统控制方法概述 第二部分：现代机械系统控制理论 第六章：经典控制理论回顾与拓展 6.1 PID控制器设计与整定 6.2 根轨迹分析法 6.3 频率响应法（Nyquist、Bode图） 6.4 稳定性判据（Routh-Hurwitz、Nyquist） 第七章：状态空间分析与设计 7.1 状态空间方程的建立 7.2 可控性与可观测性分析 7.3 状态反馈控制律设计 7.4 状态观测器设计 第八章：最优控制理论 8.1 最优控制问题描述 8.2 线性二次调节器（LQR）设计 8.3 庞特里亚金最小值原理 8.4 动态规划与Hamilton-Jacobi-Bellman方程 第九章：模型预测控制（MPC） 9.1 MPC基本原理与预测模型 9.2 滚动优化与控制律生成 9.3 约束处理 9.4 MPC在机械系统中的应用实例 第十章：鲁棒控制与自适应控制 10.1 鲁棒控制的必要性与方法 10.2 H∞控制简介 10.3 自适应控制的基本思想 10.4 在线参数估计 10.5 变结构控制（滑模控制） 第十一章：多体系统控制 11.1 多体系统的动力学模型建立（以机器人为例） 11.2 逆动力学与前向动力学 11.3 关节空间与任务空间控制 11.4 考虑末端执行器力/力矩的控制 第十二章：现代机械系统工程应用案例 12.1 航空航天飞行器姿态控制 12.2 智能车辆的动力学稳定与主动控制 12.3 工业机器人轨迹跟踪与精度控制 12.4 精密机床伺服控制 12.5 仿人机器人运动控制 第三部分：仿真与实践 第十三章：机械系统仿真技术 13.1 仿真软件介绍（如MATLAB/Simulink, ADAMS等） 13.2 建立仿真模型 13.3 控制系统仿真设计与验证 13.4 参数优化与灵敏度分析 第十四章：实验与测试 14.1 实验平台搭建 14.2 数据采集与处理 14.3 控制器参数辨识与验证 14.4 实际系统调试技巧 附录： 数学基础回顾 常用工程数学工具 参考文献

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说实话，我一开始有点担心这本书会过于偏重理论，毕竟涉及到“工程”二字，很多资料都是一堆公式堆砌。但这本书给我带来了惊喜，它的实践应用部分做得非常到位。作者似乎非常理解我们这些非科班出身或者正在转型的人士的需求，他没有直接丢给我们一个复杂的控制系统设计任务，而是选择了几个典型的工业应用场景作为切入点。比如，在讲到步进电机控制时，它不仅解释了脉冲信号的生成，还详细分析了不同细分驱动方式对系统平稳性和精度的影响，这在很多基础读物中是很少见的深度。最让我觉得实用的是，它在某些章节后面附带了“常用硬件选型与接口注意事项”的简要说明。虽然不是专门的硬件手册，但这种连接理论与实际硬件的思考方式，极大地拓宽了我的视野，让我知道书本上的算法最终是如何落实到电路上和实际设备上的，这对于未来做项目选型和故障排查都是极宝贵的经验积累。

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我发现这本书在逻辑编排上展现出了一种清晰的“渐进式难度递增”的智慧。它没有把所有内容一股脑塞给你，而是遵循着从宏观到微观，从静态到动态的自然学习路径。比如，它先用很大篇幅讲解了基本的传感器和执行器原理，建立起对物理世界的认知；然后才逐步引入信号处理和反馈机制，这部分是控制的核心，讲得非常细致，包括如何处理噪声和延迟对控制性能的影响。当我读到设计部分时，惊喜地发现作者并没有停留在“是什么”和“怎么做”的层面，而是深入探讨了“为什么”要选择某种特定的控制策略。它会对比PID控制和模糊控制在特定工况下的优缺点，这种批判性思维的引导，让我逐渐摆脱了“套用公式”的低级阶段，开始思考如何根据实际需求进行策略优化，这种对工程思维的培养，远比单纯的知识灌输有价值得多。

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这本书的排版和印刷质量，说实话，在众多学习资料中属于上乘。作为一本需要大量阅读和查阅的工具书，清晰度至关重要。这本书采用了大开本设计，使得公式和图表都有足够的空间来展示细节，而不是挤在一起让人眼花缭乱。尤其是那些复杂的时域和频域分析图，线条清晰，坐标轴标注明确，即使用笔在旁边做批注也不会显得拥挤。此外，索引和术语对照表做得非常详尽，这对于我这种需要频繁回溯查找特定概念的学习者来说，简直是救星。我记得有一次查找一个关于“零点和极点”的特定描述，通过目录和索引快速定位，效率非常高，这极大地减少了查找资料的时间成本，让我可以将更多精力集中在理解核心知识点上，可以说，这是一本非常注重用户体验的专业学习用书。

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这本书的阅读体验，如果用一个词来形容，那就是“沉稳”。它的叙述风格非常严谨、客观，几乎没有出现任何夸张或浮躁的语言，就像一位经验丰富的工程师在耐心地指导你搭建一个精密仪器。我尤其欣赏它在术语定义上的较真态度，每一个关键概念，比如“鲁棒性”、“稳定性裕度”等，都会给出一个精确的、不含糊的定义，并且会辅以适当的数学语言来支撑，确保读者理解的深度不会停留在表面。虽然有时候这种严谨性会稍微拉慢阅读速度，需要反复咀嚼才能完全消化，但这正是好教材的特质——它拒绝速成，而是要求你打下坚实的地基。我发现，当我遇到其他更复杂的参考资料时，很多晦涩难懂的概念，回过头来查阅这本书的定义时，都能立刻豁然开朗，可见其基础构建的牢固程度。

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这本书的装帧设计挺有意思的，封面是那种哑光质感，拿在手里分量十足，一看就是内容充实的资料。我印象最深的是它在理论讲解部分的处理方式，简直是教科书级别的清晰。对于像我这种初学者来说，很多基础概念一开始都摸不着头脑，但这本书通过大量的图示和流程图，把复杂的机械系统工作原理拆解得非常直观。举个例子，它在讲解闭环控制系统反馈机制的时候，不是干巴巴地罗列公式，而是用了一个很贴切的工厂流水线上的温度调节案例，让我一下子就明白了“偏差”和“校正”在整个控制流程中的核心作用。更值得称赞的是，它在章节末尾设置的“自查与反思”环节，那些问题设计得很有层次感，从最基本的定义辨析，到需要稍微动脑筋的简单计算应用，层层递进，不像有些参考书那样，要么过于简单，要么一下子就跳到高深莫测的数学推导上，让人望而却步。读完一章，自己能大致判断掌握了多少，心里很有数，这种学习体验非常扎实和令人安心。

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