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出版者:科学

作者:庞斯

出品人:

页数:278

译者:

出版时间:2006-12

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787030182586

丛书系列:

图书标签:

• 执行器
• 气动执行器
• 电动执行器
• 液压执行器
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 工业控制
• 驱动技术
• 精密执行器

智能系统中的关键驱动：精细控制与动态响应 《智能系统中的关键驱动：精细控制与动态响应》 书籍简介 本书深入探讨了现代工程领域中至关重要的一个环节——执行器技术，但这并非单纯的技术手册，而是将其置于更宏大的智能系统、自动化控制和实时响应的语境下进行剖析。我们聚焦于如何设计、优化和集成各类执行器，使其能够精确、高效地将控制系统的指令转化为物理世界的实际动作，从而实现系统级的智能目标。 全书分为五大部分，系统性地涵盖了从基础理论到前沿应用的完整链条。 第一部分：执行器在现代控制系统中的基础理论与定位 本部分首先为读者构建一个坚实的理论基础。我们摒弃了将执行器视为“黑箱”组件的做法，而是将其视为控制回路中的核心转换环节。 1.1 控制回路的闭环要素与执行器角色的重塑： 探讨了传感器、控制器和执行器三者在反馈控制系统中的协同作用。重点阐述了执行器如何成为连接“决策”与“行动”的桥梁，并分析了执行器性能（如带宽、精度、迟滞）对整个系统稳定性和动态性能的决定性影响。 1.2 执行器模型与非线性特性分析： 详细介绍了主流执行器的数学建模方法，包括了电磁式、流体式和智能材料驱动器。着重分析了实际应用中不可避免的非线性现象，如饱和限制、摩擦力（如库仑摩擦、粘滞摩擦）和死区，并探讨了如何通过先进的识别技术获取精确的模型参数。 1.3 性能指标的量化与评估： 建立了一套多维度、系统化的执行器性能评估体系，涵盖了静态精度（如分辨率、线性度）、动态响应（如上升时间、超调量）以及鲁棒性指标（如抗干扰能力）。这为后续选择和优化提供了量化依据。 第二部分：电驱动执行器的精细化设计与优化 电驱动执行器因其高效率和易于集成性，在机器人、数控机床和精密仪器中占据主导地位。本部分专注于电驱动技术在实现高精度控制方面的突破。 2.1 高性能伺服电机驱动架构： 深入剖析了永磁同步电机（PMSM）和无刷直流电机（BLDC）在精密运动控制中的应用。重点解析了磁场定向控制（FOC）技术如何实现对转矩和磁链的解耦控制，从而获得快速、平滑的动态响应。 2.2 直驱技术与无齿轮传动系统的优势： 探讨了直驱执行器如何消除传统减速机构引入的背隙和柔性，是实现亚微米级定位精度的关键。对比了力矩电机和直线电机在特定应用场景下的适用性与挑战。 2.3 功率电子接口与驱动器设计： 分析了高性能驱动器中的关键功率器件（如SiC MOSFETs）的应用，以及如何设计高效的电流环和速度环，以确保在不同负载条件下电流输出的精确性与低谐波失真。 第三部分：流体动力与气动执行器的可靠性与能效提升 流体动力（液压和气动）执行器凭借其高功率密度和刚度，在重载和高动态要求的工业环境中不可替代。 3.1 高速伺服阀与比例控制： 详细分析了现代高频响应伺服阀（如电液伺服阀、快速响应比例阀）的工作原理，以及如何利用先进的控制算法（如内模线性化、滑模控制）来补偿阀的固有非线性和滞后效应，实现对油缸或马达的精确流量和压力控制。 3.2 液压系统的能效优化策略： 针对液压系统的高能耗问题，本书探讨了变量泵控制、蓄能器集成以及再生制动技术在现代液压执行器回路中的应用，旨在平衡系统刚度和能耗。 3.3 气动执行器的柔顺性与摩擦补偿： 气动系统响应快但刚度低、易受外部负载影响。本章提出了一套基于观测器的摩擦力补偿和弹性控制策略，以增强气动执行器在人机交互或轻载操作中的安全性与控制精度。 第四部分：智能执行器的前沿技术与材料创新 本部分展望了执行器技术向更小尺度、更高集成度和更强自适应方向的发展。 4.1 智能材料驱动器： 深入介绍压电材料（PZTs）和形状记忆合金（SMAs）在微纳定位、振动抑制和仿生驱动中的应用潜力。重点分析了这些材料的非线性本构关系以及如何通过先进的反馈回路来线性化其输出。 4.2 集成化与微型化趋势： 探讨了“系统级封装”（SiP）和MEMS技术如何将驱动、传感和控制电路集成到单个执行器单元中，这对于开发下一代医疗器械和微操作系统的意义。 4.3 容错与自诊断执行器： 讨论了如何利用嵌入式计算能力实现执行器自身的健康监测（PHM）。包括对温度漂移、绕组故障或泄漏的实时诊断，确保系统在面对部分失效时仍能维持基本功能或安全停机。 第五部分：执行器在复杂动态系统中的集成与应用 本部分将执行器技术提升到系统集成层面，讨论如何在实际复杂工程挑战中进行优化配置。 5.1 机器人操作臂的末端执行器集成： 以多自由度机械臂为例，分析了如何根据任务需求（如高精度装配或高负载搬运）定制扭矩控制与位置控制的混合执行器策略。 5.2 磁悬浮与主动隔振系统： 探讨了执行器（如直线电机或电磁铁）如何在主动隔振系统中产生精确的反作用力，以消除结构振动和冲击，这在半导体制造设备中至关重要。 5.3 适应性控制与在线调优： 面对执行器参数随环境变化的挑战（如温度、磨损），本书介绍了基于模型参考自适应控制（MRAC）和强化学习方法，使执行器驱动器能够在线识别并自动补偿模型误差，维持最优性能。 目标读者： 本书适合从事自动化、机器人学、机电一体化、精密仪器设计的高级工程技术人员、研究生及科研人员。它不仅提供了理论深度，更注重工程实践中的实际问题与解决方案。

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读完这本书，我感到一种强烈的“无力感”。我一直以为执行器技术是一个相对独立且成熟的领域，只要掌握了相关的技术参数和选型方法，就能得心应手。然而，这本书彻底颠覆了我的认知。它将执行器技术置于一个更加广阔的学科背景下进行审视，让我看到了它与其他领域，如材料科学、控制理论、甚至生物工程的紧密联系。书中对于高性能材料在执行器中的应用，以及如何利用仿生学原理来设计新型执行器的探讨，都让我大开眼界。我发现自己之前对执行器的理解过于狭隘，忽视了这些跨学科的融合所能带来的巨大潜力。这本书让我意识到，要真正掌握执行器技术，不仅需要扎实的工程知识，还需要对相关学科的广泛涉猎。这种广度和深度，让我觉得自己的知识储备还远远不够，需要不断地学习和拓展。

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这本书带给我一种非常奇妙的阅读体验，它并没有直接告诉我“什么是执行器”，也没有罗列出各种执行器的优缺点。相反，它通过大量的历史回溯和技术演变过程，让我得以窥见执行器技术是如何一步步发展至今的。我仿佛置身于一个技术进步的洪流中，亲眼见证了从最初的机械式装置到如今精密的电子化、智能化执行器，每一个阶段的革新都充满了智慧和艰辛。书中对于不同时期代表性执行器技术的描述，虽然没有深入到技术细节，但却勾勒出了一个宏大的技术图景。我尤其对书中关于未来执行器发展趋势的探讨印象深刻，作者提出的那些大胆设想，让我对这个领域充满了好奇和期待。这本书让我意识到，执行器技术远不止是冰冷的机械部件，它背后蕴含着人类不断探索和创新的精神。它更像是一本关于技术哲学和发展史的著作，让我从一个更广阔的视角去审视执行器这项技术，而不仅仅是把它看作一个具体的工程组件。

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我抱着学习如何选择和应用执行器的目的翻开了这本书，但却发现它更像是一本探讨执行器“灵魂”的书。书中没有直接告诉你“在什么场景下选择哪种执行器”，而是深入地剖析了执行器背后的设计理念和工程哲学。它强调了“匹配性”的重要性，即执行器与整个系统的其他组件如何协同工作，以及如何通过优化执行器来提升整体系统的性能。我感觉作者在试图传达一种“整体思维”，而不是局限于某个单一的技术点。书中对于“可靠性”、“效率”和“寿命”等关键指标的探讨，也让我从更深层次理解了执行器设计的考量。我尝试着去理解书中关于“反馈机制”和“自适应控制”的讨论，虽然有些抽象，但能感受到作者在强调执行器不仅仅是简单的“推”或“拉”，它需要能够“感知”并“做出响应”。这本书让我重新思考了我在实际工作中对执行器的理解，它不再只是一个工具，而是一个能够影响整个系统运作的关键要素。

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这本书的内容实在太过晦涩了，我尝试着去理解它所描述的那些复杂的物理原理和工程概念，但总感觉隔着一层迷雾。书中对于执行器工作原理的阐述，虽然理论上听起来很有道理，但缺乏足够的图示和实例来帮助我形成直观的认识。当我翻到关于具体型号执行器的章节时，更是感觉无从下手，那些枯燥的参数和公式让我头晕目眩。我本以为这本书会像一本操作手册一样，能够指导我实际动手操作，至少能让我对某个执行器的安装、调试或维护有一个大概的了解，但事实并非如此。它更像是在讲述一门高深的理论学科，而不是一本面向工程实践的参考书。我尝试着将书中的一些概念与我工作中的实际场景进行对照，但发现书中的理论与实际之间的鸿沟实在太大了，让我很难找到切入点。读完这本书，我感觉自己虽然接触到了一些“执行器”这个概念，但对于它究竟是什么、有什么作用、如何使用，依旧是一知半解。或许这本书更适合那些已经具备深厚理论基础的专业人士，对于我这样的初学者来说，它的门槛实在太高了。

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这本书的语言风格非常独特，它不像传统的科技书籍那样直白、清晰，而是充满了某种诗意和哲学意味。作者在描述执行器的工作原理时，常常会使用一些比喻和类比，将抽象的技术概念具象化，让我能够更容易地进入到那个技术的世界。例如，当他谈到某种精密执行器的响应速度时，他会将其比作“量子纠缠般的瞬息万变”，让我感受到了那种极致的精准和速度。书中对于执行器在不同应用场景下的“情绪”和“性格”的描绘，也让我感到新奇。他会将某种执行器形容为“坚韧不拔的战士”，将另一种形容为“灵巧的舞者”，这种拟人化的手法，让原本枯燥的技术描述变得生动有趣。虽然有时候我不太确定作者想要表达的确切技术含义，但这种充满想象力的语言，确实让我对执行器产生了更浓厚的兴趣，激发了我进一步探索的欲望。

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