超声波电动机原理与控制

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出版者:
作者:吴新开
出品人:
页数:176
译者:
出版时间:2009-4
价格:20.00元
装帧:
isbn号码:9787508383064
丛书系列:
图书标签:
  • 超声波电动机
  • 超声电机
  • 电机控制
  • 振动电机
  • 无刷电机
  • 精密驱动
  • 换能器
  • 控制系统
  • 电力电子
  • 机械工程
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具体描述

《超声波电动机原理与控制》共分为6章,第1章为绪论,介绍了有关超声波电动机的概念、分类、特点、发展历史、研究现状和应用情况;第2章介绍了超声波电动机的运动机理;第3章介绍了超声波电动机的建模方法,并介绍了楔形和旋转式行波型超声波电动机的基于物理机理的数学模型;第4章介绍了超声波电动机的基于电压控制、相位控制和频率控制的三种驱动方式,并就变频控制的设计及误差问题作了分析;第5章介绍了超声波电动机的控制策略及其控制系统的设计方法;第6章根据超声波电动机的研究现状,介绍了超声波电动机本身及其控制方面需要进一步研究与解决的问题。

《超声波电动机原理与控制》可供从事超声波电动机及其控制应用技术的研究工作者、科技人员和高等学校相关专业的教师阅读,特别适用于电气工程、自动控制和机械振动等专业的研究生、高年级本科生作为科研参考资料和教学参考书。

好的,这是一本关于高精度机械设计与制造技术的图书简介,内容详实,力求展现专业深度与实用价值: --- 精密机械设计与先进制造技术:理论基础与前沿应用 本书聚焦于现代机械工程领域中对精度、可靠性及功能集成度要求极高的复杂系统的设计、分析与制造实现。它系统阐述了从宏观结构设计到微纳尺度加工所涉及的关键理论、先进材料选择、精密装配工艺以及基于数字化手段的质量控制体系。本书旨在为从事高端装备研发、精密仪器制造、航空航天部件生产以及生物医疗器械开发的工程师、研究人员及高年级本科生提供一套全面且深入的技术参考与实践指南。 --- 第一部分:面向超精密加工的结构设计与误差流分析 本部分深入探讨了影响最终产品精度的源头——结构设计阶段的理论基础。重点在于如何通过合理的结构拓扑、材料选择和动态特性优化,从根本上抑制或减小制造和工作环境带来的误差累积。 1.1 结构静力与动力学优化设计 详细分析了影响机械系统稳定性和定位精度的关键因素。内容涵盖: 刚度设计理论(Stiffness Design Theory): 阐述了如何计算和评估复杂支撑结构(如力学臂架、导轨系统)的等效刚度,并引入了基于有限元分析(FEA)的结构模态分析方法,用于识别和规避共振区域,确保系统在高速或高负载下的工作稳定性。 热形变补偿建模: 鉴于现代制造环境温度波动对纳米级精度目标的影响,本书详细介绍了基于傅里叶级数展开和状态空间模型的瞬态与稳态热漂移预测模型,并探讨了主动(温控元件)与被动(低热膨胀系数材料)的热误差控制策略。 摩擦学与润滑理论的精密应用: 针对精密运动部件,区分了边界润滑、混合润滑和流体润滑的适用场景。重点讲解了静摩擦系数的降低技术,如干涉配合的优化、固体润滑剂的选择及其在真空或洁净室环境中的失效分析。 1.2 误差源识别与量化控制 本书强调了误差流分析(Error Flow Analysis)在精密系统设计中的核心地位。 误差分配与预算: 基于可靠性工程的原理,建立从原材料到最终装配的误差传递链模型。系统性地介绍了如何根据系统精度指标(如重复定位精度、轮廓度误差)反向推导出各子部件的允许公差范围,避免“过度设计”或“公差不足”。 系统级误差耦合分析: 探讨了运动学误差(如平行度、垂直度偏差)与几何误差(如导轨的直线度、平面度误差)之间的非线性耦合效应,并提出了基于最小二乘法拟合和反向几何补偿的误差修正流程。 --- 第二部分:先进材料科学与精密制造工艺 本部分从材料科学和制造工艺的角度,解析实现高精度、高表面完整性部件的具体技术路径。 2.1 难加工材料的切削与成形技术 针对航空航天、能源领域常用的高温合金、复合材料及高硬度陶瓷,本书深入研究了先进加工方法的适用性。 超硬材料的磨削与抛光: 详细介绍了金刚石磨具的选择、冷却液配方对工件表面完整性的影响。重点分析了磁流变抛光(MRF)和离子束抛光(IBF)在实现亚纳米级粗糙度和平整度方面的机理与参数控制。 特种加工技术: 阐述了电火花加工(EDM)和激光加工(LBM)在复杂曲面和微结构制造中的优势与局限。特别关注了超快激光加工(皮秒/飞秒)在减少热影响区(HAZ)和提高切口质量方面的最新进展。 2.2 微纳尺度制造与增材制造(AM)的精度挑战 随着制造尺寸的减小,传统制造的物理极限被突破,本书探讨了微纳制造的前沿技术。 光刻与光刻后处理技术: 结合半导体制造理念,讲解了高精度掩模版的制作、对准技术,以及用于微流控芯片制造的软光刻(Soft Lithography)的精度控制。 精密增材制造(Precision AM): 分析了选择性激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)在构建具有内部应力极低、致密度极高的功能结构件方面的潜力。重点讨论了烧结过程中的残余应力分析与后处理热等静压(HIP)的优化,以确保增材制造零件满足疲劳强度要求。 --- 第三部分:精密装配、测量与在线质量控制 实现高精度产品的最后一道关卡在于装配的精确度和测量的可靠性。 3.1 洁净室装配与柔性夹持技术 本书对装配环境的控制和装配过程中的柔性操作进行了细致的探讨。 洁净度等级与污染控制: 详细规定了不同精度等级产品(如光学元件、真空系统)所需的洁净室标准(ISO等级),并阐述了颗粒物监测与控制的流程。 柔性与自适应装配系统: 探讨了如何利用力-位移反馈控制的六轴力/力矩传感器,实现对敏感部件(如透镜组、轴承)的轻柔接触和无应力安装。介绍了基于视觉引导的自动对中算法及其在复杂连接结构中的应用。 3.2 高性能计量学与实时反馈 现代精密制造离不开实时、高分辨率的测量手段。 非接触式三维测量技术: 对激光共聚焦显微镜、白光干涉测量仪和结构光扫描仪的工作原理、精度指标(垂直分辨率与水平分辨率)及其在曲面溯源中的应用进行了对比分析。 在位测量与补偿: 介绍了球形坐标系下的误差实时补偿技术,即将测量数据快速输入到数控系统(CNC)中,通过实时算法修正刀具或工件的运动轨迹,实现闭环制造。 计量学中的不确定度评估: 依据国际计量学指南(如GUM),对关键测量系统的测量不确定度进行量化分析,确保测量结果的可靠性和可追溯性。 --- 结论:面向工业4.0的智能精密制造 本书最后总结了如何将上述理论与技术集成到智能制造(Industry 4.0)框架下。探讨了数字孪生(Digital Twin)在预测性维护、工艺参数优化和虚拟调试中的作用,以及大数据分析如何用于挖掘历史生产数据,进一步提升精密系统的设计鲁棒性和制造效率。 本书不仅是理论的深入挖掘,更是实践的指导手册,致力于培养下一代能够驾驭复杂精密技术挑战的顶尖工程人才。

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在阅读到超声波电动机的各种应用场景时,我感到非常兴奋,因为这让我看到了这项技术如何从实验室走向现实世界,并改变着我们的生活。作者列举了许多令人印象深刻的案例,例如在光学仪器中的精密调焦系统,在医疗器械中的微型驱动装置,以及在航空航天领域的轻量化执行器。我了解到,超声波电动机的无电磁干扰特性,使得它在精密测量和弱信号检测设备中尤为适用。而其紧凑的体积和高扭矩密度,使其成为开发小型化、集成化设备的关键。书中还提到了一些新兴的应用领域,比如在柔性机器人、可穿戴设备以及智能家居中的应用,这让我看到了超声波电动机作为一种新型驱动技术的广阔前景。作者通过具体的案例分析,不仅展示了超声波电动机的技术优势,也为读者提供了将这项技术应用于自身研究或开发的灵感。

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关于超声波电动机的控制系统,这部分无疑是整本书的“重头戏”之一,也是我最关注的章节。作者没有采用生硬的公式堆砌,而是从实际的控制需求出发,逐步引入了各种控制策略。我了解到,要实现超声波电动机的高精度定位和稳定运行,需要精确控制驱动信号的频率、幅度和相位。书中对PID控制、模糊逻辑控制以及更先进的自适应控制等方法进行了详细的介绍,并分析了它们在超声波电动机控制中的优势和局限性。我对于书中提到的“谐振跟踪控制”尤为感兴趣,因为它直接关系到如何最大限度地提高电动机的效率和输出功率。作者还讨论了如何利用传感器反馈来实时监测电动机的状态,并根据反馈信息调整控制参数,以应对外部干扰和参数变化。这些内容让我看到了超声波电动机在实现复杂运动轨迹和高动态响应方面的巨大潜力,也为我未来在机器人和自动化领域的应用提供了重要的理论指导和技术启示。

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这本书的封面设计相当吸引人,采用了一种深邃的蓝色作为主色调,上面用银色的线条勾勒出复杂的超声波波形图,既体现了主题的专业性,又赋予了其视觉上的艺术感。我拿到这本书的时候,首先被它沉甸甸的质感所吸引,纸张的触感非常好,是那种厚实且略带哑光的印刷纸,翻阅起来非常舒适,不会有廉价感。封底的文字介绍虽然简练,但却精准地抓住了超声波电动机的核心魅力——一种基于高频振动而产生的运动方式,这与我们传统认知中的电磁驱动方式有着本质的区别,也因此充满了探索的未知性。我特别好奇,这种“无刷”、“无齿槽”、“高精度”的特性究竟是如何实现的,以及它在实际应用中能够带来哪些颠覆性的变革。从封面传递出的信息来看,这本书无疑是为那些对前沿驱动技术充满好奇心和求知欲的读者量身打造的,它似乎隐藏着一个关于未来机械动力学的秘密宝藏,等待我们去挖掘。我迫不及待地想翻开第一页,开始这场关于超声波电动机的奇妙旅程,去了解它背后的科学原理,以及它如何在现代科技领域扮演越来越重要的角色。

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这本书中关于未来发展趋势的探讨,更是让我看到了超声波电动机的无限可能。作者预测了超声波电动机在微型化、集成化、智能化以及多功能化方面的进一步发展。他提到,随着纳米技术的进步,未来可能会出现基于微纳谐振器的超声波驱动装置,为微观世界的精密操作提供新的解决方案。在智能化方面,通过引入先进的机器学习算法和嵌入式系统,超声波电动机将能够实现更加自主和智能化的运动控制,例如能够根据环境变化自动优化运动策略。书中还展望了将超声波电动机与其他先进技术相结合的应用,例如与生物相容性材料结合用于医疗植入物,或者与能量收集技术结合实现自供电的微型设备。作者的这些前瞻性思考,不仅拓宽了我的视野,也激发了我对这项技术未来发展方向的深入研究和探索的欲望。

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在讨论超声波电动机的测试与验证方面,这本书展现了严谨的科学态度和实用的工程方法。作者详细介绍了如何对超声波电动机进行各项性能指标的测试,包括扭矩-转速特性、效率、输出功率、定位精度、稳定性和寿命等。他列举了常用的测试设备和实验流程,比如如何搭建测试平台,如何使用力矩传感器、编码器、示波器和功率计等仪器进行测量。我特别关注书中关于“谐振点精确寻优”的测试方法,这对于确保电动机在高效率区运行至关重要。作者还强调了数据采集和处理的重要性,以及如何对实验数据进行分析和解读,以评估电动机的设计是否满足要求。此外,书中还涉及了可靠性测试和故障分析,这对于确保超声波电动机在实际应用中的稳定性和长期性能具有重要意义。这种对测试细节的关注,让我觉得这本书的实用性非常强,为读者提供了切实可行的工程参考。

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在阅读之前,我尝试从目录中了解这本书的整体架构。从目录的设置来看,作者显然是循序渐进地引导读者进入超声波电动机的世界。首先,从基础的物理学原理入手,比如压电效应、声学共振等,这些是理解超声波电动机工作机制的基石。紧接着,会详细介绍不同类型的超声波电动机,比如行波型、驻波型等,并对比它们的优缺点和适用场景。我特别期待看到关于驱动电路和控制策略的部分,这部分往往是技术实现的关键,也是最能体现工程师智慧的地方。书中提到的“精密运动控制”和“实时反馈系统”,让我对这本书的实践性充满了信心。我个人对微机电系统(MEMS)和机器人技术有着浓厚的兴趣,而超声波电动机因其小巧、高效和高精度的特点,在这些领域有着巨大的应用潜力。因此,我希望这本书不仅能深入浅出地阐述理论,还能提供一些具体的案例分析和工程实现上的指导。目录中出现的“噪声抑制”、“能量损耗分析”等词汇,也显示出作者对技术细节的严谨和对实际应用的考量,这让我觉得这本书的深度和广度都相当令人满意,它应该是一本能够满足从入门到进阶的读者的佳作。

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总而言之,尽管我还没有深入研究书中的每一个细节,但从这本书的整体呈现来看,它是一本集理论深度、工程实践和前沿视野于一体的优秀技术专著。它不仅仅是一本介绍超声波电动机原理的书,更像是一扇窗户,让我得以窥见驱动技术领域一个充满活力和创新潜力的分支。无论你是对电机原理感兴趣的学生,还是在相关领域工作的工程师,亦或是对前沿科技充满好奇的爱好者,这本书都能够提供宝贵的知识和深刻的启发。作者的专业知识和严谨的写作风格,使得晦涩的技术原理变得清晰易懂,而书中丰富的案例和前瞻性的观点,更是为读者打开了新的思路。我坚信,通过阅读这本书,我能够对超声波电动机有一个更加全面和深刻的理解,并可能从中找到解决我实际工作中遇到的技术难题的灵感。

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这本书在材料科学与超声波电动机设计之间的联系上也做得相当出色。作者深入探讨了压电陶瓷材料的选择、性能优化以及与换能器结构设计的相互影响。他详细介绍了不同类型的压电材料,如PZT(锆钛酸铅)、PMN-PT(镁铌酸铅-钛酸铅)等,并分析了它们在不同温度、湿度和应力条件下的性能表现。我了解到,材料的介电常数、压电应变系数、损耗角正切等关键参数,直接决定了超声波电动机的效率、功率输出和可靠性。书中还涉及了换能器的结构设计,包括 the Langevin 型、the inchworm 型等,以及如何通过调整换能器的几何形状和尺寸来优化共振频率和振动模式。作者强调了仿真技术在材料选择和结构设计中的重要作用,并展示了如何利用有限元分析(FEA)等工具来预测和优化电动机的性能。这种跨学科的视角,让我认识到超声波电动机的开发是一个综合性的工程问题。

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翻开书页,首先映入眼帘的是序言,作者用一种非常温和且富有感染力的语言,阐述了撰写此书的初衷。他提到,在过去的几十年里,超声波电动机的研究虽然一直在缓慢而稳健地推进,但其潜力并未得到充分的挖掘和普及。作者希望通过这本书,能够将这一前沿技术以一种更加系统、易懂的方式呈现给广大读者,打破技术壁垒,激发更多的创新灵感。他用了一个非常生动的比喻,将超声波电动机比作“无声的舞者”,在微观世界里以一种优雅而精准的方式传递动力,这让我对这项技术的美感和精妙之处有了初步的认识。序言中还强调了超声波电动机在节能减排、提高设备性能方面的重要意义,这使得我对这本书的内容更加期待,因为除了技术本身,它还关乎着我们如何通过科技实现可持续发展。作者的文字流露出的对科研的热情和对知识分享的渴望,让我感觉像是在与一位经验丰富的老师对话,这种亲切感也让我更容易投入到学习之中。

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在探讨超声波电动机的原理部分,作者非常细致地从压电陶瓷材料的特性开始讲起。他详细解释了压电效应是如何将电能转化为机械能的,并深入浅出地阐述了如何通过设计特定的换能器结构,将高频的电信号转换为高效的机械振动。我特别欣赏作者在描述共振现象时所使用的类比,比如弹奏乐器发出的声音,将复杂的物理概念变得通俗易懂。书中还用大量的插图和示意图来辅助理解,这些图示不仅清晰美观,而且标注准确,能够帮助读者直观地把握各个组成部分的相互作用。我尤其对那些展示振动模态和能量传递路径的图表印象深刻,它们揭示了超声波电动机之所以能够产生连续运动的内在逻辑。作者并没有止步于理论的阐述,而是将理论与实际的驱动原理紧密结合,讲解了不同类型的超声波电动机是如何利用这些振动来实现动量传递和产生旋转或直线运动的,这让我对这项技术的工程实现有了更深入的理解。

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