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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Richard Crowder

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2006-2

价格:528.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780750667401

丛书系列:

图书标签:

• 电机驱动
• 专业学习
• Electric Drives
• Electromechanical Systems
• Power Electronics
• Motor Control
• Industrial Automation
• Electrical Engineering
• Mechanical Engineering
• Renewable Energy
• Control Systems
• Robotics

机械动力学与控制系统：现代工程实践深度解析 导言 在当今快速迭代的工业和技术领域，对复杂机械动力学系统的精确建模、分析与控制是实现高效能、高可靠性设备的核心所在。本书《机械动力学与控制系统：现代工程实践深度解析》旨在为工程师、研究人员以及高阶学生提供一个全面而深入的视角，专注于描述性机械系统的运动规律、能量转换机制以及先进的反馈控制策略在实际工程中的应用。本书内容聚焦于基础理论的严谨构建，并辅以丰富的案例研究，确保读者能够掌握从概念到实现的完整知识链条。 第一部分：基础机械系统建模与分析 本部分奠定理解复杂机电系统所需的理论基础，重点阐述如何将物理实体转化为数学模型，这是后续分析和控制设计的前提。 第一章：经典力学基础回顾与系统描述 本章从牛顿定律和拉格朗日方程出发，系统性地回顾了连续体和离散系统的动力学建模方法。我们将探讨如何定义系统的广义坐标、建立约束方程，并推导出描述系统运动的微分方程组。重点关注多自由度系统的自由振动分析，包括特征值问题、固有频率和振型（模态）的确定，这对于避免结构共振至关重要。 第二章：摩擦、阻尼与非线性效应 真实世界中的机械系统必然存在能量耗散。本章深入探讨了粘性阻尼、库仑摩擦以及粘滞摩擦的数学描述及其对系统动态响应的影响。随后，我们将引入非线性动力学概念，分析由间隙、饱和效应或平方阻尼等引起的非线性对系统稳定性和稳态行为的改变，并介绍分岔理论在初步识别非线性复杂性中的应用。 第三章：机电耦合的初步分析 虽然本书不侧重于电力驱动，但理解机械部件如何与外部能量源耦合至关重要。本章将引入基本的能量转换原理，例如液压或气动系统中的功率传递，以及如何使用“虚拟功”或“虚功原理”来建立描述力学系统与流体动力学系统接口的方程。我们将分析这些耦合项对整体系统响应时间尺度和带宽的影响。 第二部分：先进系统动力学与状态空间方法 本部分转向更现代、更适合控制系统设计的分析工具——状态空间描述，并探讨振动控制的关键技术。 第四章：状态空间表示与系统辨识 本章详细介绍了如何将二阶常微分方程形式的动力学模型转化为标准的一阶状态空间形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$。重点讨论了可控性（Controllability）和可观测性（Observability）的概念，并解释了这些矩阵性质如何指导传感器布局和执行器选择。此外，我们将介绍系统辨识的基本方法，如输入-输出数据的最小二乘法，用于从实验数据中构建高保真模型。 第五章：振动控制与主动降噪技术 针对机械系统中的有害振动，本章深入研究了主动控制技术。这包括利用反馈原理来抑制特定频率的振动，如谐振峰的削弱。内容涵盖了调谐质量阻尼器（TMD）的优化设计原理，以及更先进的，基于传感器反馈的力或位移抑制策略。我们将分析如何设计具有足够相位裕度和增益裕度的控制器来处理模型不确定性。 第六章：复杂机械结构的时变分析 对于具有运动部件或可变质量的系统（如起重机、机器人臂），其动力学参数随时间变化。本章讨论了参数随时间变化的微分方程的解法和稳定性分析，重点关注李雅普诺夫稳定性理论在判断非自治系统长期行为中的应用。通过分析参数漂移对系统固有特性的影响，指导工程师进行鲁棒性设计。 第三部分：现代控制理论在机械系统中的应用 本部分是本书的核心，它将前两部分的系统模型转化为可执行的控制律设计，专注于现代控制理论的原理和其实际性能的提升。 第七章：线性二次型调节器（LQR）设计原理 LQR作为最优控制的基础，是实现性能与控制能耗平衡的强大工具。本章详细推导了代数黎卡提方程（ARE）的求解过程，并解释了权重矩阵 $mathbf{Q}$（状态惩罚）和 $mathbf{R}$（控制输入惩罚）的选择准则，以实现期望的瞬态响应和稳态误差。我们将展示LQR如何系统地将时域性能指标转化为矩阵优化问题。 第八章：鲁棒控制与模型不确定性处理 在实际应用中，模型总是不完美的。本章引入了 $mathbf{H}_{infty}$ 控制理论，用以应对模型中的未建模动态和参数摄动。我们将侧重于如何将系统的不确定性建模为外部干扰（加性或乘性不确定性），并设计一个控制器，保证在特定性能指标下，系统对这些不确定性的鲁棒性。这对于在高载荷或高速运行下保持系统稳定的应用至关重要。 第九章：非线性系统的高级控制策略 针对前述章节中识别出的非线性系统，本章介绍了超越线性化的控制方法。主要内容包括滑模控制（SMC）及其对外部扰动的固有鲁棒性，以及反馈线性化技术在某些特定结构（如机械臂）中的应用。我们将分析滑模控制中的抖振现象及其缓解措施，并比较不同非线性控制策略在工程实现复杂度和性能间的权衡。 第十章：系统集成与仿真验证 本书最后一部分强调了理论到实践的转化。本章讨论了如何使用高级仿真软件（如基于MATLAB/Simulink或特定多体动力学软件）来集成上述建立的动力学模型和所设计的控制算法。重点内容包括：仿真环境的搭建、时间步长的选择、对积分器饱和和数值稳定性的处理，以及如何利用“硬件在环”（HIL）测试平台来验证控制器的实际性能，确保从仿真到物理实现的平稳过渡。 结论 《机械动力学与控制系统：现代工程实践深度解析》通过严谨的数学框架和贴近工程实践的案例，为读者提供了一套完整的工具箱，用于分析和控制复杂的、具有高度耦合特性的机械动力学系统，从而推动下一代高精度、高可靠性工程系统的发展。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书以其严谨的学术态度和丰富的实践经验，为我提供了一个深入探索电驱动和机电一体化系统的绝佳平台。作为一名已经毕业多年的工程师，我一直致力于在工业自动化领域不断学习和进步。这本书恰好满足了我对最新技术和深入理解的需求。书中关于工业机器人驱动系统的讲解，让我对其核心技术有了更清晰的认识。作者详细分析了机器人关节驱动器所面临的挑战，例如高动态响应、高精度定位以及复杂的运动轨迹控制。书中对不同类型的机器人（如并联机器人、串联机器人）的驱动方案进行了对比分析，并重点介绍了如何通过先进的控制算法（如前馈补偿、阻抗控制）来提高机器人的运动性能和柔顺性。我尤其欣赏书中关于人机交互和安全性的讨论，这对于设计安全可靠的工业机器人至关重要。书中提供的关于安全认证标准和失效模式分析的内容，为我进行了深刻的警示和指导。此外，这本书还涉及了机器视觉和传感技术在机器人系统中的集成应用，这让我认识到，一个完整的机器人系统需要多学科的知识融合。总的来说，这本书为我提供了理解和掌握先进工业机器人驱动技术和系统集成方法的宝贵资源，让我能够更好地应对工作中的挑战。

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这本《Electric Drives and Electromechanical Systems》给我留下了极其深刻的印象，它不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我深入理解电驱动和机电一体化系统的方方面面。我个人对电机控制和系统集成有着浓厚的兴趣，因此这本书简直是为我量身定做的。首先，它在理论基础的讲解上做得非常扎实，从最基本的电磁场原理、电路分析，到复杂的电机模型、控制策略，都进行了详尽而清晰的阐述。作者并没有简单地罗列公式，而是通过大量的图示和类比，将抽象的概念变得生动易懂。例如，在讲解直流电机控制时，作者不仅给出了详细的数学模型，还穿插了对实际应用场景的分析，让我能够清晰地看到理论是如何转化为实践的。更重要的是，书中对于各种类型电机的特性、优缺点以及适用范围的分析，都非常透彻，这对于我在实际项目选择合适的驱动方案时提供了极大的帮助。我尤其欣赏它对于永磁同步电机（PMSM）和感应电机（IM）控制算法的深入探讨，包括矢量控制、直接转矩控制等，这些都是当前工业界应用最广泛的驱动技术。作者对每种控制方法的推导过程都毫不含糊，并且详细讲解了其背后的物理原理和数学依据。此外，书中还涉及了功率电子器件在驱动系统中的应用，包括各种拓扑结构、开关策略以及它们对系统性能的影响，这让我对整个驱动链条有了更全面的认识。总的来说，这本书为我构建了一个扎实的理论基础，也为我打开了理解更深层次电机控制和机电一体化系统的大门。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书为我提供了一个全面而深入的视角，去理解现代工业和科技领域中不可或缺的电驱动和机电一体化技术。我是一名对智能制造和工业4.0概念充满热情的工程师，这本书恰好满足了我对这些领域核心技术的学习需求。书中关于智能驱动单元（Smart Drive Units）的设计和应用，让我看到了未来制造业的发展方向。作者详细阐述了如何将传感器、通信接口和先进控制算法集成到驱动单元中，使其能够实现自我诊断、自适应控制和协同工作。我尤其欣赏书中关于分布式控制和网络化执行器（Networked Actuators）的讨论，这为实现柔性化、智能化生产提供了关键技术支持。书中提供的案例研究，展示了如何将这些智能驱动单元应用于各种工业场景，如自动化生产线、智能物流系统和协作机器人。我深受启发，并开始思考如何在现有的工作中引入这些新技术。此外，这本书还探讨了数据驱动的维护和预测性故障诊断，这对于提高生产效率和降低运营成本至关重要。它让我明白了，未来的驱动系统不仅仅是执行运动的工具，更是能够感知、分析和决策的智能体。总而言之，这本书为我揭示了智能制造的核心驱动力，并为我提供了实现未来工业自动化愿景的关键技术框架。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书所展现出的信息量和深度，让我感到既兴奋又充满挑战。我一直对复杂系统的建模和仿真技术非常感兴趣，而这本书正好将这些技术与电驱动和机电一体化系统相结合。书中关于系统级建模和仿真的章节，为我提供了一个强大的工具箱。作者详细介绍了如何使用MATLAB/Simulink等仿真软件，对不同类型的电驱动系统和机电一体化系统进行建模和仿真。他不仅展示了如何构建精确的电机模型和控制模型，还强调了如何考虑物理参数、环境因素以及各种不确定性对系统性能的影响。我特别喜欢书中关于模型验证和参数辨识的章节，这让我明白，仿真结果的准确性很大程度上取决于模型的精度和参数的正确性。书中提供的各种实验方法和数据分析技术，为我进行了有效的指导。此外，这本书还探讨了如何利用仿真技术进行系统优化、故障诊断和寿命预测，这对于提高系统的可靠性和经济性至关重要。我尝试着将书中介绍的仿真方法应用到我的一个个人项目中，很快就看到了显著的效果，大大缩短了调试时间，并发现了之前未曾意识到的潜在问题。总而言之，这本书为我提供了掌握先进建模和仿真技术的绝佳途径，让我能够更有效地设计、分析和优化复杂的机电一体化系统。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书的内容深度和广度都远超我的预期，它绝对是一本值得反复研读的宝藏。在我接触这本书之前，我对伺服系统的理解主要局限于一些基础的控制理论，而这本书则将我带入了更加复杂和前沿的领域。书中对于高性能伺服驱动系统的设计和实现，进行了详尽的剖析。例如，它对电流环、速度环和位置环的级联控制策略的讲解，不仅给出了详细的数学推导，还对不同控制参数对系统动态响应的影响进行了深入的分析。作者还探讨了自适应控制、模糊控制和神经网络控制等先进控制方法在伺服系统中的应用，这让我对如何提升系统的鲁棒性和智能化水平有了更深的认识。我特别欣赏书中关于电机参数辨识和在线补偿的章节，这对于在实际应用中实现精确的运动控制至关重要。书中提供的各种辨识方法和算法，都进行了详细的说明和实例演示，让我能够清晰地理解其原理和操作步骤。此外，这本书在介绍各种电机驱动器（如IGBT、MOSFET等）的选型、驱动和保护时，也提供了非常实用的指导。它让我了解了不同功率器件的特性、开关损耗以及如何进行合理的散热设计。总的来说，这本书为我提供了理解和实现高性能伺服驱动系统的全面知识体系，让我能够更自信地应对复杂的设计挑战。

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我对《Electric Drives and Electromechanical Systems》的阅读体验可以用“豁然开朗”来形容。在此之前，我对机电一体化系统的理解一直停留在比较表面的层面，认为它只是机械和电子的简单结合。然而，这本书完全颠覆了我的认知，它让我看到了一个更加宏大、更加精妙的系统工程。书中对于不同机电一体化系统的设计理念、关键技术和集成方法的讲解，都极具启发性。我尤其喜欢它在介绍机器人驱动系统时，对关节驱动、执行机构和传感器之间的协同工作进行的细致分析。书中不仅仅描述了如何选择合适的电机和驱动器，更重要的是强调了如何将这些组件有效地集成到一个统一的系统中，以实现高精度、高效率和高可靠性的运动控制。作者还详细探讨了系统建模、仿真和优化等关键环节，这对于工程师在项目初期进行设计和验证至关重要。我个人在学习过程中，尝试着将书中的一些设计思路应用到我正在进行的一个小型自动化项目上，效果出乎意料的好。书中对于误差补偿、抗干扰设计等方面的建议，也让我受益匪浅。此外，这本书在介绍各种传感器（如编码器、霍尔传感器、力矩传感器等）的工作原理、选型以及在系统中的作用时，也做得非常到位。这让我明白，传感器的选择和配置对于机电一体化系统的性能至关重要。整体而言，这本书让我对机电一体化系统有了全新的认识，它不仅仅是零件的堆砌，而是一个需要精心设计和协同工作的复杂整体。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书的内容给我带来了极大的启发，它不仅仅是一本技术手册，更是一本关于系统思维和创新实践的指南。我是一名对航空航天领域的机电一体化系统非常感兴趣的学生，因此书中关于航空航天应用的部分，对我来说意义重大。作者详细讲解了航空器中各种机电一体化系统的设计原理和关键技术，例如飞行控制系统、起落架驱动系统、发动机控制系统等。他深入分析了在极端环境下（如高温、低温、低压）工作的挑战，以及如何通过特殊材料、冗余设计和严苛的测试来保证系统的可靠性和安全性。我尤其欣赏书中关于电动飞行器（Electric Aircraft）驱动系统的介绍，这让我看到了航空业的未来发展方向。书中对电动推进系统的能效优化、电池技术以及驱动系统在飞行过程中的动态响应进行了深入的探讨。我深受启发，并开始思考如何将这些知识应用于我的专业研究。此外，这本书还涉及了航空电子系统的集成和通信协议，这让我明白了，一个复杂的航空器系统需要多学科的知识融合和精密的协同配合。总而言之，这本书为我打开了理解和探索航空航天领域机电一体化系统的宝贵窗口，也激发了我未来在该领域做出贡献的决心。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》是一本极具前瞻性和实践性的著作，它不仅涵盖了电驱动系统的核心技术，还将其与现代机电一体化系统紧密结合，为我打开了新的视野。我是一名对新能源汽车驱动系统非常感兴趣的学生，因此这本书中关于电动汽车驱动系统的介绍，对我来说具有非凡的价值。书中详细阐述了电动汽车中常用电机类型（如永磁同步电机、交流感应电机）的特性，以及与之匹配的功率电子变流器（如逆变器）的设计和控制。作者对能量管理策略、制动能量回收、以及驱动系统在不同工况下的性能优化都进行了深入的分析。我尤其喜欢书中关于电动汽车整车集成和系统协同的章节，它让我理解了驱动系统如何与其他子系统（如电池管理系统、整车控制系统）协同工作，以实现最佳的续航里程和驾驶性能。书中提供的案例研究和仿真结果，也让我能够更直观地理解各种设计决策对整车性能的影响。此外，这本书还讨论了驱动系统在充电和放电过程中的安全性问题，以及如何进行电磁兼容性（EMC）设计，这些都是在实际工程中非常重要的考量。总之，这本书为我深入理解电动汽车驱动系统的奥秘提供了宝贵的知识，也激发了我未来在该领域深造和研究的兴趣。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书为我提供了一个全新的视角来审视那些我们日常生活中习以为常但又至关重要的技术。我是一名对家用电器智能化和节能化发展趋势非常关注的消费者，因此书中关于家电驱动系统的介绍，让我感到既亲切又充满新意。作者详细阐述了各种家用电器（如洗衣机、冰箱、空调、电动工具等）中电驱动系统的设计原理和技术演进。他不仅介绍了如何通过优化电机性能和控制策略来提高家电的能效，还强调了如何通过智能化和网络化技术，使家电能够实现更便捷、更舒适的使用体验。我尤其喜欢书中关于智能家电和物联网（IoT）的讨论，这让我看到了未来家居生活的可能性。书中提供的案例研究，展示了如何将智能驱动技术应用于提高家电的性能、降低能耗，并实现与其他智能设备的互联互通。我深受启发，并开始思考如何在家居环境中应用这些技术。此外，这本书还涉及了家电的降噪技术、减震技术以及材料选择等方面，这让我明白，一个好的家电产品需要从多个维度进行综合考虑。总而言之，这本书为我揭示了隐藏在日常生活电器背后的科技奥秘，也让我对未来智能家居的发展充满了期待。

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《Electric Drives and Electromechanical Systems》这本书的阅读体验是一场知识的盛宴，它以其清晰的逻辑和详实的论证，为我深入理解复杂系统提供了坚实的基础。我是一名从事医疗器械研发的工程师，因此书中关于医疗设备驱动系统的介绍，对我来说具有极高的参考价值。作者详细阐述了医疗设备中对精度、可靠性和安全性的极高要求，并重点介绍了如何通过精密的电机选型、传动设计和控制策略来实现这些目标。我尤其喜欢书中关于手术机器人驱动系统和诊断影像设备驱动系统的章节。对于手术机器人，书中详细分析了其高精度运动控制、力反馈以及人机交互的需求，并介绍了相关的驱动技术和安全设计。对于诊断影像设备，书中则重点讲解了高精度定位、平稳运动以及低噪声的要求，并提供了相应的驱动解决方案。我深受启发，并开始思考如何将书中介绍的一些先进驱动技术应用于我正在负责的医疗器械项目中。此外，这本书还涉及了医疗器械的生物相容性、灭菌要求以及相关法规标准，这让我深刻认识到，医疗设备的研发不仅需要技术上的突破，更需要对生命安全和人体健康的高度负责。总而言之，这本书为我提供了理解和掌握高端医疗设备驱动系统关键技术的宝贵资源，也让我对自己在该领域的工作充满了信心。

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