超声波电机理论及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东北大学出版社

作者:白乐哲

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-01-01

价格:18.0

装帧:

isbn号码:9787811021172

丛书系列:

图书标签:

• 超声波电机
• 电机控制
• 振动理论
• 精密驱动
• 无刷电机
• 换能器
• 材料学
• 机械工程
• 自动化
• 微纳技术

好的，这是一份针对“超声波电机理论及应用”这本书的内容概览，旨在介绍该领域内可能涵盖的关键知识点，但不直接描述或引用您提到的那本书的具体内容。 --- 先进驱动技术与机电一体化前沿探索：新型电机系统设计与性能优化 本技术专著聚焦于现代机械工程、电气工程与控制科学交叉领域的前沿课题，深入剖析了新一代高性能驱动系统的设计原理、关键技术瓶颈及面向工业实际的解决方案。全书旨在为读者提供一个全面、深入的知识框架，以应对当前复杂驱动任务对效率、精度、体积和可靠性提出的日益严苛的要求。 第一部分：高性能电机驱动系统的基础物理与建模 本部分奠定了理解先进驱动系统的理论基础。我们将从电磁场理论的现代视角出发，探讨传统电机（如永磁同步电机、开关磁阻电机）在高速、高精度应用中遇到的固有局限性。 重点章节将详细阐述磁路分析的精细化方法。这包括了如何利用有限元分析（FEA）工具对复杂几何结构下的磁场分布进行精确仿真，尤其关注边界条件对漏磁和损耗的影响。我们将探讨磁滞与涡流损耗的建模技术，区别于简化的经验模型，我们引入了 Preisach 模型和 Jiles-Atherton 模型的改进版本，用于更准确地预测电机在非正弦激励下的动态损耗特性。 在机电耦合动力学方面，本书深入研究了电机转子系统的振动抑制与摩擦特性。这不仅仅是经典的刚体动力学，而是包含了轴承特性（滚动与滑动摩擦的温度依赖性）、联轴器柔性以及电磁力波动对系统模态的影响。我们将介绍时变刚度理论在分析高速旋转机械不平衡激励下的稳定性问题中的应用。 第二部分：先进电机结构与原理探索 本部分将视角转向了驱动技术领域的创新结构。我们摒弃了对现有成熟技术的重复介绍，转而关注那些具有显著性能提升潜力的新型电磁结构。 直线电机技术作为一种重要的无接触驱动方案，其研究重点在于动子与定子之间的气隙变化对驱动力的影响。我们详细分析了端部效应的量化分析方法，并探讨了如何通过优化磁极结构（如采用交错结构或特殊磁轭设计）来平抑换向过程中产生的力矩脉动。 对于磁阻驱动器的研究，重点不再是传统的开关磁阻电机，而是面向磁阻同步电机（SynRM）的优化设计。这涉及对转子槽结构进行拓扑优化，以最大化转动惯量比（$L_d / L_q$），并深入探讨了在不同负荷条件下，如何通过磁路设计平衡磁阻转矩与导纳转矩的贡献。 此外，一个重要的研究方向是集成化与小型化驱动单元的构建。这包括了对扁平化电机和轴向磁通电机的研究。在轴向磁通电机中，我们着重分析了磁路对轴向漏磁的敏感性，并提出了通过优化磁钢排布和轭体设计来提升磁通利用率的工程措施。 第三部分：电力电子与控制系统的前沿交汇 驱动系统的性能最终受限于驱动电源和控制算法的先进程度。本部分聚焦于高频化、高集成度的功率变换技术与精密运动控制策略。 功率器件的选择与应用是核心议题之一。我们详细比较了 SiC（碳化硅）和 GaN（氮化镓）在高频开关应用中的优劣，并针对高功率密度应用场景，探讨了先进的封装技术（如烧结互连、微通道散热）对器件热管理和可靠性的影响。在开关策略方面，超越传统的正弦脉宽调制（SPWM），本书介绍了磁链定向控制和非线性控制方法在实现宽频带高效运行中的优势。 先进控制算法是实现高精度驱动的关键。我们深入探讨了如何利用自适应控制技术来补偿电机参数的时变性（如温度漂移和负载变化）。针对系统中的不确定性和外部扰动，鲁棒控制（如 $H_{infty}$ 控制）的设计方法被系统地介绍，并结合实际案例展示了其在抑制速度波动和提高瞬态响应方面的效果。 对于高动态性应用，前馈补偿技术与模型预测控制（MPC）的应用被详尽阐述。MPC 凭借其对系统约束的内在处理能力和对未来状态的预估能力，被视为下一代精确运动控制的核心技术。我们提供了基于简化模型和复杂模型的 MPC 算法设计流程与仿真验证。 第四部分：故障诊断、健康监测与可靠性工程 现代工业系统对运行可靠性的要求极高，故障的早期预警和精确诊断成为不可或缺的一部分。本部分关注驱动系统健康监测（PHM）的先进方法。 我们将系统分析基于信号处理的故障特征提取技术，包括传统的傅里叶分析到更先进的经验模态分解（EMD）和小波包分解方法，用于从电流、电压或振动信号中识别出早期故障指标，如轴承的微小剥落、定子绕组的局部短路等。 在数据驱动的诊断方面，本书介绍了机器学习与深度学习在状态分类与剩余寿命预测中的应用。我们探讨了如何构建有效的特征集，并训练卷积神经网络（CNN）或循环神经网络（RNN）来对电机运行状态进行实时、自动的分类，从而实现从“被动维护”到“预测性维护”的转变。 最后，本部分探讨了高可靠性设计准则，包括环境适应性设计、寿命分析以及冗余驱动系统的架构设计，确保驱动系统在极端工业环境下的长期稳定运行。 --- 目标读者： 本书面向电气工程、机械工程、自动化、控制科学领域的工程师、科研人员以及相关专业的高年级本科生和研究生。它提供了一个深入理解和设计下一代高性能、高可靠性驱动系统的理论基础和实践工具。

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初次接触这个领域时，我总觉得超声波电机因为其独特的驱动原理，在**动态响应速度和高频特性**方面存在难以逾越的瓶颈。然而，阅读完这本《超声波电机理论及应用》后，我的看法彻底改变了。书中关于**多频共振补偿技术**的论述，特别是如何通过**驱动频率的微小偏移来精确控制输出转速的线性度**，提供了一种非常巧妙的控制思路。作者似乎对超声波电机的每一个“缺点”都进行了反向工程式的研究。例如，针对其**抗冲击和抗负载突变能力较弱**的问题，书中详细介绍了一种**基于压电材料非线性特性补偿的瞬态响应控制算法**，这在传统的基于线性模型的伺服系统中是难以实现的。此外，关于**超声波电机在真空或极端温度环境下的可靠性设计**，书中提供了具体的材料选择指导和封装技术参考，这些都是工程实践中非常宝贵的“隐形知识”。这本书的价值在于，它不仅解释了“为什么会这样”，更重要的是，它指导我们“如何让它变得更好”。

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这本关于超声波电机理论及应用的书籍，着实让我这个长期在电气传动领域摸爬滚打的老工程师眼前一亮。从内容深度和广度来看，它显然不是那种泛泛而谈的入门读物。特别是关于**压电陶瓷的本构方程及其在电机结构中的耦合分析**那部分，讲解得极为细致，公式推导清晰流畅，对于理解换能器如何高效地将电能转化为机械能，提供了扎实的理论基础。我印象最深的是，书中花了大量篇幅讨论了**驻波型与行波型超声波电机的模态选择和振型优化**，结合有限元分析（FEA）的实例，直观地展示了不同工作模式下，电机转矩密度和效率的权衡取舍。对于我们实际设计高精度定位平台时遇到的谐振频率漂移问题，作者竟然深入到**材料的温度依赖性对机械品质因数的影响**进行了定量分析，这在很多教科书里是绝对看不到的。阅读过程中，我甚至感觉作者是在手把手地教我如何从理论出发，设计一个具有特定转速范围和输出扭矩的定制化超声波电机，而不是简单地罗列公式。尤其在应用案例部分，对于**微纳操作中的无刷驱动方案**，其对驱动电路的拓扑结构和控制策略的剖析，极具参考价值。

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这本书的理论深度已经触及到了**微纳制造尺度下，超声波换能器的量子效应和尺度效应**的边缘。虽然大部分内容聚焦于宏观应用，但其中对**纳米级振幅控制**的探讨，预示着超声波电机未来的发展方向。尤其令人印象深刻的是，作者对**不同驱动模式下的电磁干扰（EMI）抑制策略**的系统性梳理，这对于将其应用于医疗器械或高精度电子设备至关重要。书中提供的**基于传递矩阵法的多层结构声阻抗匹配设计**，帮助我理解了如何通过材料堆叠来最大化能量传输效率，而不是仅仅依赖于几何优化。这本书的叙事脉络非常清晰，从最基础的**压电晶体的本征特性**开始，逐步过渡到**电机结构设计、驱动电路优化，再到系统级的控制与应用**，逻辑链条严密，几乎没有跳跃感。对于那些希望从基础物理原理出发，彻底掌握这一前沿驱动技术的人来说，这本书无疑是一部里程碑式的著作，它为构建下一代高效率、高精度、高可靠性的机电系统提供了坚实的理论基石。

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这本书的排版和图示设计，也体现出了作者对读者体验的深切关怀。那些**复杂的交变应力图谱**和**电磁场分布的矢量分解图**，绘制得极其清晰，即使是那些涉及高阶傅里叶级数展开的理论推导，也能通过配图快速抓住问题的本质。我特别欣赏作者在**驱动波形优化**一章中，对比了正弦驱动、方波驱动以及最新的**高频脉冲序列驱动**对电机效率和温升的实际影响数据。这些数据看起来像是经过了大量的实验验证，而非凭空想象。特别是关于**结构阻抗匹配技术**的部分，作者居然能将声阻抗的概念扩展到电机结构设计，用**声学阻抗的概念指导机械结构的轻量化**，这种跨学科的思维整合能力令人叹服。我发现书中对**粘滞阻尼和热传导效应**的分析，也比我以往读过的任何一本相关著作都要深入，它将这些看似次要的因素，量化并纳入到系统的稳定性分析中。这本书更像是一份为高级研究人员准备的**“工具箱”**，而不是一本给新手的“入门指南”。

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老实说，当我翻开这本书的扉页时，我对它的期望值是中等的，毕竟市面上关于机电一体化的新技术书籍很多都停留在现象描述层面。然而，这本书的叙述风格却透露出一种严谨的、近乎于“匠人精神”的学术态度。最让我印象深刻的是，它并未把“应用”部分简单地等同于产品介绍，而是将**超声波电机在流体驱动、精密仪器中的低速大扭矩特性**，归纳总结为一套完整的**基于非线性摩擦模型的动力学方程**进行阐述。书中对**摩擦阻抗与负载刚度的匹配性**这一核心难题的探讨，简直是教科书级别的精彩。作者没有回避超声波电机在实际应用中常见的“爬行效应”和“死区问题”，反而利用**非线性振动理论**给出了几种有效的抑制手段，例如**引入预紧力与偏心距的协同控制**。这种深挖原理、直击痛点的论述方式，使得这本书的知识密度非常高。我花了整整两天时间去消化其中关于**多自由度振动耦合控制**的章节，发现它对于我正在研究的下一代高速精密加工设备的设计思路有了颠覆性的启发，这本书绝对值得反复研读，它提供的是解决问题的“方法论”，而非简单的“解决方案集”。

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