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出版者:

作者:唐新蓬

出品人:

頁數:296

译者:

出版時間:2010-4

價格:27.90元

裝幀:

isbn號碼:9787040290271

叢書系列:

圖書標籤:

• 汽車工程
• 汽車設計
• 車輛工程
• 汽車結構
• 總體設計
• 機械工程
• 交通工具
• 汽車技術
• 汽車造型
• 工業設計

機械動力學與控製係統原理深度解析 本書聚焦於現代機械係統中的核心動力學行為和先進的控製策略。 區彆於側重於結構強度、材料特性或汽車特定子係統（如傳動、底盤）設計的傳統教材，《機械動力學與控製係統原理深度解析》旨在為讀者提供一個通用的、跨學科的理論框架，用以理解和設計各類復雜機電係統的運動規律、振動特性以及實現精確控製的方法。 本書的結構嚴謹，從最基礎的運動學描述齣發，逐步過渡到復雜的動力學建模，最終落腳於現代控製理論的應用。 --- 第一部分：基礎動力學與係統建模 本部分奠定瞭分析復雜機械係統的數學基礎，重點在於如何將物理實體轉化為可供分析的數學模型。 第一章：剛體動力學的經典基礎 本章迴顧並深化瞭牛頓-歐拉方程在多自由度係統中的應用。我們著重探討瞭坐標係的選取、虛功原理的引入，以及拉格朗日方程在處理約束運動係統時的強大優勢。重點內容包括： 約束分析與廣義坐標選擇： 如何識彆並有效消除冗餘自由度，建立最小集廣義坐標。 歐拉角與四元數在空間運動中的應用及陷阱： 詳細分析萬嚮鎖問題，並介紹四元數在三維鏇轉動力學分析中的精確性。 動量守恒與角動量守恒定律在復雜機械係統中的精確錶達。 第二章：連續體動力學與模態分析 機械係統往往由柔性部件組成，本章將動力學分析從理想剛體擴展到具有彈性形變的連續體。 歐拉-伯努利梁和歐拉-泰森梁理論的深入探討： 詳細推導柔性部件的振動方程。 有限元方法（FEM）在動力學建模中的初步應用： 介紹如何將連續係統離散化，構建質量矩陣和剛度矩陣。 特徵值問題與係統模態分析： 詳盡闡述如何求解係統的固有頻率和振型。特彆強調模態疊加法在求解瞬態響應中的應用，以及如何識彆和抑製共振現象。 阻尼理論的擴展： 除瞭經典黏性阻尼外，本章還引入瞭結構阻尼（如赫茲接觸阻尼）和比例阻尼、非比例阻尼對係統響應的差異化影響。 第三章：機電耦閤係統的廣義建模 現代工程係統普遍涉及機械、電氣和流體元件的相互作用。本章的核心是發展統一的建模語言。 哈密頓係統與哈密頓-雅可比方程： 引入能量視角，構建更具物理洞察力的係統描述。 多物理場耦閤的界麵方程： 重點關注電磁力（如電機驅動力）、流體動力對機械係統的作用，以及如何使用統一的端口哈密頓模型來描述這些耦閤。 非完整約束係統的動力學處理： 針對涉及滑動或滾動，但速度與坐標之間存在綫性關係（非完整約束）的係統，介紹微分代數方程組（DAE）的建立與求解。 --- 第二部分：先進控製理論與係統設計 在精確的動力學模型基礎上，本部分專注於如何設計有效的反饋控製器，以滿足係統性能（如精度、魯棒性、穩定性）的要求。 第四章：綫性係統控製設計基礎迴顧與提升 本章鞏固瞭經典控製理論，並將其提升到更嚴格的現代控製視角。 狀態空間錶示法： 從傳遞函數到狀態空間模型的轉換，以及狀態重構（觀測器設計）的重要性。 可控性與可觀測性分析： 深入理解係統的內在特性，判斷哪些狀態可以通過輸入操縱，哪些狀態可以通過輸齣測量。 極點配置與綫性二次型調節器（LQR）： 詳細推導LQR的優化準則，探討權重矩陣 $Q$ 和 $R$ 對控製性能和執行器努力程度的權衡。 補償器設計： 狀態反饋結閤積分項實現消除穩態誤差（例如，通過速度反饋與位置積分相結閤）。 第五章：魯棒控製與不確定性處理 現實世界的模型總是不完美的，本章關注係統在模型誤差、外部擾動和參數變化下的穩定性與性能保證。 $H_{infty}$ 控製理論： 介紹頻率域設計方法，目標是最小化係統輸入到關鍵輸齣之間的加權範數，從而保證對特定頻率擾動的抑製。 $mu$ 綜閤分析與設計： 針對結構化不確定性（如參數的變化範圍已知），提供比 $H_{infty}$ 更精確的魯棒性分析工具。 滑模變結構控製（SMC）： 針對高動態係統和強擾動環境，介紹基於不連續切換麵的控製策略，強調其對外部擾動和模型參數不確定性的內在魯棒性。詳細分析抖振現象及其消除技術。 第六章：非綫性係統控製策略 許多機械係統的核心動態是高度非綫性的，本章聚焦於專門針對非綫性係統的先進控製技術。 反饋綫性化： 探討如何通過坐標變換和狀態反饋，將一個非綫性係統轉化為等效的綫性係統，從而應用成熟的綫性控製技術。詳細討論微分相對階（Zero Dynamics）的穩定性分析。 輸入-輸齣綫性化與狀態反饋綫性化對比。 背壓法（Backstepping）設計： 一種係統性的、逐層遞進的非綫性控製設計方法，尤其適用於具有純反饋結構（Pure Feedback Structure）的係統。本章將詳細演示其遞歸構建過程。 自適應控製基礎： 當係統參數未知或時變時，介紹如何利用在綫估計器實時調整控製器參數，以維持係統性能。 --- 第三部分：復雜係統的集成與驗證 本部分將理論與實踐相結閤，討論如何將建模和控製設計應用於實際工程問題，並強調仿真驗證的重要性。 第七章：係統辨識與模型修正 在缺乏精確理論模型時，如何利用實驗數據建立有效模型。 時域辨識方法： 介紹子空間辨識（Subspace Identification）等先進方法，用於從輸入輸齣數據中直接提取狀態空間模型。 頻域辨識： 利用頻率響應函數（FRF）數據進行係統參數估計。 模型驗證與簡化： 如何評估辨識模型的精度，以及在控製設計中如何進行必要的模型降階處理，以平衡精確性和計算效率。 第八章：多速率與分布式控製架構 對於大規模或空間分散的機械係統（如大型結構、機器人集群），本章探討分散式控製架構的有效實現。 事件驅動與數據驅動控製： 討論控製器的觸發機製，減少不必要的計算和通信負擔。 分布式一緻性算法： 介紹如何利用局部信息，通過通信網絡實現多體係統（如編隊控製）的全局目標。 實時性約束下的控製實現： 討論采樣時間、計算延遲對閉環係統穩定性和性能的影響，以及如何設計具有明確時延補償的控製器。 本書的讀者對象是機械工程、控製科學、航空航天工程以及機電一體化專業的高年級本科生、研究生，以及緻力於復雜機電係統設計、分析和控製的工程師和研究人員。它提供瞭一個深入、全麵且聚焦於原理和方法論的知識體係，為解決高度耦閤、非綫性、強擾動環境下的工程挑戰奠定堅實的理論基礎。

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我對於汽車的“綠色”和“可持續發展”這個主題，一直抱有極大的關注。隨著全球對環保要求的日益提高，汽車行業的轉型也在加速。《汽車總體設計》這本書，我希望能在這方麵看到一些前沿的探討。我期待它能講述關於輕量化設計對於降低油耗和排放的重要性，以及如何通過新型材料的應用來實現這一目標。同時，我也希望書中能對新能源汽車的設計理念進行深入的剖析，比如電動汽車的電池管理係統、電動機的集成設計、以及充電基礎設施的考量。更重要的是，我希望這本書能讓我明白，在汽車設計領域，如何將環保理念貫穿於整個生命周期，從材料的采購、生産製造，到車輛的使用和報廢，都能夠最大限度地減少對環境的影響。

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我一直認為，一輛汽車的“智慧”程度，越來越體現在其電子電氣係統的集成度上。《汽車總體設計》這本書，我非常期待它能在這一塊的內容上有所貢獻。我希望它能讓我理解，現代汽車的電子電氣架構是如何設計的？它包含瞭哪些主要的電子控製單元（ECU）？它們之間是如何進行通信和協同工作的？我特彆希望能看到關於傳感器技術、控製算法以及通信協議在汽車設計中的應用。例如，自動駕駛技術是如何通過傳感器感知環境，通過復雜的算法進行決策，最終控製車輛的行駛？車聯網技術又是如何將汽車連接到外部世界，提供更豐富的功能和服務？我希望這本書能讓我對汽車的“大腦”和“神經係統”有一個更清晰的認識。

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我之所以會對《汽車總體設計》産生濃厚的興趣，很大程度上是因為我對汽車這個機械造物本身懷有一種近乎癡迷的熱愛。從小時候在街邊看到那些造型獨特的汽車，到後來閱讀各種汽車雜誌，我總是在思考，這些龐然大物是如何被設計齣來的？它們內部的每一個零件，每一個係統，又是如何協同工作的？這本書的書名直接點齣瞭“總體設計”這幾個字，這正是我一直在尋找的答案。我希望它能揭示的是一個宏觀的視角，讓我能夠理解從概念到最終成品，整個汽車是如何被“構思”齣來的。我曾經嘗試閱讀過一些關於汽車某個特定部件的書籍，比如懸掛係統或者發動機，但總感覺隔靴搔癢，無法窺見全貌。《汽車總體設計》這本書，我期待它能填補我在這方麵的知識空白，讓我能夠站在更高的維度去審視汽車工程。我非常希望能在這本書中找到關於汽車設計理念、設計流程、以及不同設計要素之間相互製約和協調的解答。比如，一個設計師在考慮空氣動力學的時候，是如何權衡美學和功能性的？在滿足安全法規的前提下，如何最大化車內空間？這些問題，都是我一直以來非常好奇的。

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我是一個非常注重書籍內容條理性和邏輯性的讀者。一本好的技術書籍，不應該隻是堆砌枯燥的公式和數據，更應該有一個清晰的脈絡，引導讀者循序漸進地理解復雜的概念。我非常希望《汽車總體設計》能夠在這方麵做得齣色。我希望它能從汽車最基礎的組成部分開始講解，逐步深入到各個子係統的設計，最終再上升到整車的集成和優化。我期待書中能夠提供清晰的圖示和流程圖，幫助我理解各個環節之間的關聯。例如，在講解車身結構設計時，我希望能看到關於材料選擇、強度計算、碰撞安全性的相關內容，並且這些內容之間能夠有機地連接起來，而不是孤立的知識點。我也希望書中不會迴避一些工程上的挑戰和權衡，比如在成本、性能、可靠性、環保性這些看似相互矛盾的目標之間，設計師是如何找到平衡的。這本書如果能讓我感受到一種“全局觀”，能夠讓我理解到汽車設計是一個係統工程，每一個決策都會對其他方麵産生影響，那我將會覺得這本書的價值非常高。

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我一直對汽車的“靈魂”——也就是其性能錶現，抱有濃厚的興趣。而我知道，汽車的性能，絕不僅僅是發動機的功率大小，它涉及到動力總成、底盤、懸掛、製動、甚至車身空氣動力學等等諸多環節的綜閤體現。我非常好奇《汽車總體設計》這本書，是否會深入探討這些影響汽車性能的關鍵因素。我希望能在這本書中找到關於不同動力係統（如燃油、混閤動力、純電動）的設計考量；關於底盤布局和結構對操控穩定性的影響；關於懸掛係統如何平衡舒適性和運動性；關於製動係統如何滿足不同工況下的安全需求。我希望書中能有對這些方麵進行係統性的講解，並且能通過一些實際案例或者理論分析，讓我明白這些設計決策背後的邏輯和取捨。尤其是在新能源汽車日益普及的今天，我更希望這本書能涵蓋一些關於電驅動係統、電池包設計、能量迴收等與新能源汽車性能相關的內容，讓我能夠更全麵地理解現代汽車的性能設計。

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我一直覺得，汽車的外形設計是一門藝術，也是一種工程的體現。《汽車總體設計》這本書，我非常期待它能在“造型設計”這個層麵有所著墨。我希望它能講述的不僅僅是“好看”的汽車是如何誕生的，而是能夠揭示造型設計背後的科學和邏輯。例如，設計師是如何通過綫條和麯麵來營造空氣動力學效果的？色彩和材質的選擇又會對整體風格産生怎樣的影響？我希望書中能有對經典汽車造型演變的一些分析，以及不同時代、不同品牌在造型設計上的獨特理念。我更希望這本書能讓我明白，汽車的外形設計是如何與車輛的整體功能、空氣動力學、甚至品牌文化緊密相連的。我希望它能給我展示，一個優秀的外形設計，是如何在滿足工程需求的同時，又能引發人們的情感共鳴，成為一種工業美學的代錶。

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這本書的封麵設計相當樸實，沒有那種花裏鬍哨的炫技，反而透著一股沉穩和專業的氣息。我拿到手裏的時候，首先注意到的是紙張的質感，比我平時看的許多技術書籍都要好，摸上去有一種紮實的觸感，翻頁的聲音也恰到好處，不會太輕飄飄。書的裝幀也很牢固，我特意用力翻瞭幾頁，感覺非常結實，這對於一本可能會經常翻閱的技術參考書來說，是至關重要的。我一直認為，一本好書，從觸覺和視覺上就應該給人一種可靠的感覺，而《汽車總體設計》在這方麵做得非常齣色。它沒有用那種廉價的光麵紙，而是用瞭略帶磨砂質感的紙張，閱讀時不會反光，對眼睛很友好，這一點細節我非常欣賞。封麵上的書名字體選擇也頗為用心，既有力量感又不失藝術感，整個排版看起來非常協調。我個人對書籍的外在呈現有著比較高的要求，因為我覺得一本用心製作的書，往往在內容上也會投入更多的心思。它不光是一個知識的載體，也是一種能夠帶來愉悅閱讀體驗的物品。拿到這本書，我首先感覺到的是一種被尊重的態度，無論是作者還是齣版社，都為讀者提供瞭一個高質量的閱讀對象。

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作為一名對汽車安全領域充滿好奇的愛好者，我非常關注汽車在發生碰撞時如何保護乘員。我希望《汽車總體設計》能夠在這方麵提供詳實而深入的講解。我期待書中能夠闡述汽車被動安全設計的基本原理，比如車身吸能結構的設計、高強度材料的應用、安全帶和氣囊等約束係統的協同工作。同時，我也希望能看到一些關於主動安全技術的設計思路，比如ABS、ESP等電子穩定係統的基本工作原理以及它們是如何集成到車輛設計中的。此外，我非常想瞭解，在汽車設計過程中，是如何進行碰撞測試的？這些測試的標準是什麼？以及如何通過設計來滿足甚至超越這些安全法規的要求。我希望這本書能夠讓我明白，汽車的安全性並非僅僅是堆砌一些安全裝置，而是一個從車身結構到電子控製係統，再到材料選擇，都經過精心設計的綜閤體現。

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在我看來，一輛成功的汽車，不僅僅是技術和性能的堆砌，更需要一種獨特的“靈魂”和“個性”，能夠打動消費者。我希望《汽車總體設計》這本書，能夠展現齣汽車設計背後的人文關懷和市場洞察。《汽車總體設計》我期待它能闡述，設計師是如何理解和把握不同消費者的需求和偏好的？不同細分市場的汽車，在設計理念上又有哪些差異？這本書是否會探討，如何通過設計來塑造品牌形象，形成獨特的品牌語言？我更希望它能讓我明白，優秀的汽車設計，是如何將冰冷的機械與溫暖的情感連接起來，讓汽車不再僅僅是交通工具，而成為一種生活方式的體現，甚至是一種情感的寄托。

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對於汽車的內部空間和用戶體驗，我一直認為這是衡量一輛車是否“懂”人的重要標準。我希望《汽車總體設計》能夠在這個方嚮上給予我一些啓發。《汽車總體設計》我特彆想瞭解的是，設計師是如何在有限的車身尺寸內，最大化車內空間的利用率的？座椅的布局、儀錶颱的設計、儲物空間的規劃，這些看似微小的細節，又是如何影響到乘坐舒適度和實用性的？我更關心的是，書本是否會涉及到人機工程學在汽車內部設計中的應用？比如，駕駛員的視野、按鍵的布局、空調係統的控製邏輯，這些是否都經過瞭精心的考量，以提供最便捷、最舒適的操作體驗？另外，在科技日新月異的今天，如何將車載娛樂係統、互聯功能等集成到汽車設計中，並且做到既實用又不顯得突兀，這也是我非常感興趣的部分。

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1st刷：2010年首版，10年前的技術對當下也有很大的指引

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