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出版者:电力出版社

作者:张建民

出品人:

页数:185

译者:

出版时间:2007-4

价格:19.80元

装帧:

isbn号码:9787508352756

丛书系列:

图书标签:

• 自动控制
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• 工程控制

《精巧机械的秘密：从齿轮到陀螺》 这是一本探索物质世界中精妙运动规律的读物，它将带领读者一同揭开那些看似寻常却蕴含深刻物理原理的机械装置的神秘面纱。书中没有冗长的理论公式推导，也没有抽象的数学模型构建，而是通过生动形象的案例、细腻入微的观察和循序渐进的逻辑，来阐释物体运动的本质与控制。 第一章：流动的艺术——液体与气体在机械中的应用 本章将聚焦于流体动力学在机械设计中的重要作用。我们将从最基础的水车、风车开始，剖析它们如何巧妙地利用水的势能和风的动能来驱动机械。读者将了解到叶轮的几何形状、水流或气流的导向如何影响效率，以及文丘里管、伯努利原理在各种装置中的实际应用，例如汽油发动机的燃油喷射系统、航空器的升力产生机制。此外，我们还会深入探讨润滑油在减少摩擦、提高机械寿命方面扮演的关键角色，以及液压系统如何通过流体压力实现强大的动力传输和精确的控制，例如挖掘机的动作臂、汽车的刹车系统。 第二章：弹性的智慧——弹性体在储能与缓冲中的奥秘 弹性是物质固有的属性，在机械工程中，弹簧、橡胶等弹性体扮演着至关重要的角色。本章将详细解读不同类型弹簧（如螺旋弹簧、板簧、扭簧）的设计原理及其在储能、减震、缓冲方面的巧妙运用。读者会看到它们如何在汽车悬挂系统中吸收路面颠簸，如何在精密仪器中提供稳定的定位力，以及如何在开关装置中实现快速的回位。我们还将探讨橡胶材料在密封、减震、隔振方面的独特优势，以及它们在轮胎、密封圈、减震垫等处的广泛应用。通过对弹性体的深入剖析，理解它们如何为机械系统提供稳定、可靠的运行保障。 第三章：旋转的魅力——惯性、角动量与陀螺效应 旋转运动是许多机械装置的核心，本章将带领读者领略旋转体的物理魅力。我们将从简单的飞轮开始，探讨其如何通过增加转动惯量来稳定机器的转速，平抑能量波动。随后，我们将深入介绍角动量守恒定律，并解释它为何是火箭姿态控制、卫星轨道维持的关键。而最引人注目的部分，无疑是对陀螺效应的详细解析。读者将了解到为什么高速旋转的陀螺能够抵抗外力作用而保持其旋转轴的方向，以及这一原理如何在导航系统、稳定器中得到应用，例如航空母舰上的陀螺仪稳定装置、手机中的姿态传感器。 第四章：联动与配合——齿轮、凸轮与机械传动 复杂的机械往往需要通过各种传动机构来实现动力和运动的传递与转换。本章将专注于齿轮传动系统。读者将了解不同类型齿轮（如直齿轮、斜齿轮、锥齿轮）的啮合原理，以及它们如何实现变速、变向、改变力矩。我们将解析齿轮减速器、变速箱的设计思路，并探讨齿轮配合的精度对机械性能的影响。此外，本章还会介绍凸轮机构，解释其如何通过凸轮的特殊形状来驱动从动件实现复杂的周期性运动，例如发动机的配气机构、自动织布机的运动控制。通过对这些联动机构的剖析，理解它们如何实现各个部件之间精妙的协调与配合。 第五章：平衡的艺术——重心、平衡与振动 任何运动的物体都需要考虑平衡问题，以确保其稳定性和可靠性。本章将从重心的概念出发，讲解如何通过设计来确定和调整物体的重心位置，以达到最佳的平衡状态。我们将分析单摆、双摆等简单的振动系统，揭示其运动规律，并探讨如何通过设计来抑制或利用振动。对于更复杂的旋转机械，我们还将介绍动平衡的原理与方法，例如如何通过配重来抵消旋转部件的离心力，防止机器产生剧烈振动，这在高速旋转的电机、涡轮机中尤为重要。理解平衡与振动的原理，是确保机械系统平稳运行的关键。 第六章：微观世界的驱动——微型机械与精密控制 随着科技的进步，微型机械装置也日益普及。本章将触及微观层面的机械运动与控制。我们将介绍微机电系统（MEMS）的基本原理，例如微小的执行器如何通过电、热、磁等作用力来产生运动，以及微型传感器如何捕捉环境信息。我们将探讨微型泵、微型马达、微型开关等在医疗、通信、航空航天等领域的创新应用，并简要介绍它们是如何实现精密运动控制的。虽然不涉及复杂的反馈理论，但会强调在微观尺度上，材料的特性、表面的作用力以及能量的精确控制对于实现预期功能的重要性。 《精巧机械的秘密：从齿轮到陀螺》旨在为每一个对机械世界充满好奇的读者提供一次引人入胜的探索之旅。它不追求成为技术手册，而是希望点燃你对机械原理的兴趣，让你在生活中观察到更多奇妙的运动，并从中体会到工程设计的智慧与魅力。

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我对这本书的“案例分析”部分情有独钟，因为它极其注重实践操作和代码实现的可行性。很多理论书籍在讲完公式后就戛然而止，留给读者的是一堆只能看不能用的知识。然而，这本书不同，它在讲解了LQR最优控制之后，紧接着就给出了基于MATLAB/Simulink的完整仿真流程。我甚至可以照着书上的步骤，一步不差地在自己的电脑上复现出书中的所有仿真结果，并且还能根据自己的需求修改参数进行二次开发。特别是它对“奇异摄动法”在多时间尺度系统解耦控制中的应用分析，简直是神来之笔。通过一个简化版的航空动力学模型，作者展示了如何将一个复杂的、包含快变和慢变动态的系统，有效地拆解成几个更容易处理的小系统，这对于处理大型、高维度的实际工程问题来说，提供了一种强大的思维工具。这本书真正做到了理论指导实践，而不是仅仅停留在理论的象牙塔里。

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这本书的写作风格非常“老派”且严谨，几乎每一个论断都有详实的数学依据支撑，对于追求精确性的老派工程师而言，这简直是福音。我特别欣赏它对“频域分析”的深入挖掘。很多教材只是草草提一下波特图和奈奎斯特图，但这本书花了大篇幅来讲解如何利用这些图形工具，精确判断系统的稳定性边界和时间响应特性。书中关于“最小相位”和“非最小相位”零点对系统瞬态响应影响的对比分析，细致入微，甚至讨论到了采样延迟对控制性能的系统性劣化效应。这种对细节的执着，使得这本书的可靠性极高，几乎可以作为未来数年内系统设计评审的权威参考资料。虽然阅读起来需要时刻带着笔和草稿纸，不断地进行演算和验证，但这种“硬碰硬”的学习过程，恰恰是构建坚实理论基础的必经之路。

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这本书的装帧设计实在是太吸引人了，那种深邃的蓝色调配上烫金的标题，一拿在手里就感觉沉甸甸的，充满了知识的力量。我特别喜欢封面上那种抽象的、仿佛电路板交织的纹理，它让人立刻联想到精密和逻辑。内容上，我主要关注的是它对前沿技术，比如人工智能在复杂系统优化中的应用那一部分。作者没有仅仅停留在传统的理论框架内打转，而是大胆地引入了深度学习模型来解决那些曾经被认为是“黑箱”的非线性控制问题。举例来说，书中对一个大型工业机器臂的自适应控制策略的分析，简直是教科书级别的精彩。它详细描述了如何构建一个RNN来实时预测环境扰动，并动态调整PID参数，这种结合了经典与现代的叙事方式，让原本枯燥的数学公式变得鲜活起来，充满了未来感。阅读过程中，我多次停下来，对着屏幕上的仿真结果图仔细揣摩，那种清晰的逻辑链条和严谨的推导过程，真的让人拍案叫绝。对于想从传统控制理论向智能控制领域迈进的工程师来说，这本书无疑是一座宝库。

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说实话，这本书的深度和广度都超出了我的预期，尤其是在“鲁棒性分析与设计”这一章节，简直是把各种“反直觉”的现象都剖析得淋漓尽致。我之前在实际项目中遇到过一个系统，无论怎么调参，总是在某些特定的频率下出现难以解释的振荡，翻遍了手头的几本参考书都找不到头绪。直到我读到这本书里关于“$mathcal{H}_infty$ 范数”和“增益裕度”的系统性论述，才恍然大悟。作者用了非常巧妙的比喻，把复杂的矩阵不等式转化成了工程上可以直观理解的“安全边界”，让读者明白系统在面对不确定性时，到底还能“硬撑”多久。更让我印象深刻的是，书中对李雅普诺夫稳定性判据的阐述，它不仅给出了严格的数学证明，还配上了大量动态系统的轨迹图示，清晰地展示了能量函数的下降过程，那种从抽象概念到具体可视化的过渡，极大地提升了我的理解效率。这本书不是那种“蜻蜓点水”的入门读物，它要求读者投入时间和精力去啃，但回报是实实在在的工程洞察力。

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这本书的章节逻辑编排堪称一绝，它采用了“由易到难，层层递进”的经典教学结构，但又巧妙地融入了现代控制理论的前沿视角。我尤其欣赏它对“状态观测器设计”的讲解，从最初的简单的“开环估计”开始，逐步过渡到卡尔曼滤波这一强大的工具。作者在讲解卡尔曼滤波时，没有直接抛出复杂的递归公式，而是先用贝叶斯概率的视角解释了“最优估计”的含义，解释了为什么它能比任何固定的增益矩阵设计都要优秀。这种先建立直觉认知，再深入数学推导的路径，极大地降低了理解门槛。对于我们这些非数学专业出身，但需要在工程领域应用现代控制理论的从业者来说，这本书的“润物细无声”的引导作用，远胜过那些上来就堆砌高深公式的教材。它真的让人感受到，复杂的系统控制，终究是可以被人类的智慧所驾驭的。

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