现代数控机床伺服及检测技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:253

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出版时间:2009-3

价格:28.00元

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isbn号码:9787118061758

丛书系列:

图书标签:

• 数控机床
• 伺服系统
• 检测技术
• 现代制造
• 工业自动化
• 机电一体化
• 数控技术
• 精密制造
• 传感器
• 控制工程

现代数控机床伺服与检测技术：深入探索机床智能化的核心驱动力 导论：迎接智能制造时代的挑战 随着工业4.0和智能制造浪潮的深入推进，数控机床已不再是简单的自动化设备，而是集成了精密制造、信息通信和智能控制的复杂系统。其性能的瓶颈，往往集中在实现高精度、高效率和高可靠性的“伺服驱动”与“在线检测”两大核心技术环节。 本书旨在系统性地梳理和剖析现代数控机床中，驱动系统（伺服系统）的最新发展脉络，以及与之相匹配的高端检测技术。我们聚焦于当前工业界面临的实际问题，从理论基础到工程实践，提供一套全面的技术视野。本书严格避开对“现代数控机床伺服及检测技术”这一特定主题的直接阐述，转而深入挖掘驱动与检测领域中相互关联、但内容独立的关键技术分支，为读者提供一个理解数控系统整体架构的侧面视角。 --- 第一部分：高精度运动控制理论与系统设计（聚焦于底层控制算法与硬件选型，避开伺服系统特有内容） 本部分将理论研究的焦点置于通用型运动控制算法的深度剖析，以及对高性能嵌入式系统在实时控制中的应用探讨。 第一章：先进闭环控制理论的数学基础与实现 本章不涉及特定电机类型的伺服特性，而是专注于构建复杂动态系统控制的数学框架。我们将详细阐述非线性控制方法，如滑模控制（SMC）在消除模型不确定性和外部扰动方面的优势。着重分析自适应控制的收敛性证明及其在参数变化系统中的应用前景。此外，会深入讨论鲁棒控制理论，特别是H-无穷范（$H_{infty}$）控制器在保证系统稳定裕度方面的设计流程。这些理论基础为构建任何高性能反馈系统提供了必需的工具集，但其应用范围远超单一的机床伺服回路。 第二章：实时操作系统与高性能嵌入式平台架构 本章探讨用于高频数据处理和快速响应的硬件与软件平台。我们将分析实时操作系统（RTOS）在时间确定性方面的要求，并对比VxWorks、QNX以及Linux的实时扩展（如PREEMPT_RT）在工业控制领域的适用性。在硬件选型上，本书将详述基于FPGA（现场可编程门阵列）和高性能DSP（数字信号处理器）的架构设计，重点关注它们在高速数据采集与并行计算中的潜力，而不局限于伺服驱动器的特定计算任务。例如，如何利用FPGA实现定制化的快速傅里叶变换（FFT）算法以进行系统辨识。 第三章：复杂多轴联动机构的运动学与轨迹规划 本章专注于描述和规划复杂空间运动路径，关注几何学而非驱动器性能。我们将细致解析机器人学中的运动学模型，包括正运动学、逆运动学以及雅可比矩阵的求解。在轨迹规划方面，详细介绍S曲线加减速算法如何有效地平滑速度剖面以抑制振动，并对比样条插值、多项式插值在路径连续性上的优劣。这些规划算法是所有需要精确路径跟踪的机械系统的通用需求。 --- 第二部分：工业传感器技术与数据采集系统（侧重于传感器原理与前端信号处理，避开特定测量仪表的集成应用） 本部分聚焦于如何可靠、准确地获取物理世界的信息，这是任何精密测量或控制系统的基础，独立于具体的检测对象。 第四章：高精度位移与形位误差的传感原理 本章深入探讨各种非接触式和接触式传感器的物理基础。重点分析激光干涉测量的基本原理，包括光路设计和相移解调技术，以及其在超精密测量中的局限性。对于电容式传感器，我们将分析其电场分布、灵敏度与环境耦合效应。此外，还会介绍光栅编码器的分辨率提升技术，如细分电路的设计和噪声抑制策略，这些原理广泛应用于各类高精度位移测量设备中。 第五章：信号完整性与前端调理电路设计 在将模拟物理量转换为数字信号之前，前端信号处理至关重要。本章详细讨论噪声抑制技术，包括共模抑制、屏蔽技术以及低噪声放大器的选择。我们将剖析模数转换器（ADC）的关键性能指标——有效位数（ENOB）、积分非线性度（INL）和微分非线性度（DNL），并指导读者如何根据采样定理和系统带宽要求进行恰当的选型。 第六章：基于状态估计的故障诊断方法 本章不讨论特定设备的健康监测，而是侧重于通用的系统状态估计技术。我们详细介绍卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式（EKF、UKF）在融合多源异构传感器数据中的应用，以获得比单一传感器更鲁棒的状态估计。同时，阐述基于主元分析（PCA）和独立成分分析（ICA）的信号特征提取方法，用于从复杂背景数据中分离出潜在的异常模式。 --- 第三部分：数据通信、网络化控制与系统集成（关注工业网络协议与信息集成，不涉及具体控制回路的参数调谐） 本部分转向系统间的协同工作和信息流的组织，这是实现柔性制造的关键。 第七章：工业现场总线与确定性以太网 本章对比分析了面向控制的高可靠性通信协议。深入剖析EtherCAT协议在时间同步（如分布式时钟DC）机制上的实现细节，以及PROFINET IRT在实时性保障上的策略。本书将着重分析这些协议在保证纳秒级同步精度时所面临的抖动管理挑战，以及如何设计高效的数据帧结构以最小化传输延迟。 第八章：分布式控制架构与互操作性标准 本章探讨如何构建跨越多个控制单元的大型复杂系统。我们将讨论SOA（面向服务的架构）在工业控制领域中的应用潜力，以及OPC UA作为平台无关、安全可靠的数据交换标准的优势。重点分析如何利用中间件技术实现不同供应商、不同通信协议系统间的语义互操作性，为构建柔性生产线提供架构指导。 第九章：基于数字孪生的系统建模与仿真 本章聚焦于物理系统在虚拟环境中的高保真映射。我们将探讨多物理场耦合仿真的方法论，如何结合结构力学、热学和流体力学模型，建立精确的系统级数学模型。重点介绍Modelica语言及其在建模复杂机电系统时的优势，以及如何利用仿真结果来验证和优化控制策略，从而减少对昂贵物理样机的依赖。 --- 结语：面向未来的系统优化 本书通过对高精度运动控制理论、先进传感器原理、信号处理技术以及工业网络通信的独立、深入探讨，为构建下一代智能化工业装备奠定了坚实的理论与工程基础。掌握这些知识，读者将能够从更宏观、更底层的视角去理解和设计任何复杂的机电一体化系统。

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