具體描述
內容簡介
本書詳細介紹機電一體化係統設計方法，共分8章。第1章討論機電一體化設計過程的關鍵內容，探討其發展方嚮；第2章重點講解係統建模和仿真；第3章講述幾種傳感器與換能器的基本理論和概念；第4章討論直流電機、步進電機、流體動力設備等驅動係統；第5章介紹控製和邏輯方法，包括數字化技術的基本原理、數字化理論以及PLC等；第6章介紹機電一體化係統中的控製設計，並講述根軌跡法和伯德圖設計方法，以及PI、PD、PID等設計過程；第7章討論實時數據采集的理論和實踐；第8章給齣幾個利用LabVIEW和VisSim的案例。本書適閤作為機械工程、電子工程、工業工程、生物醫學工程、計算機工程，以及機電一體化工程等學科高年級本科生和研究生的教材，也可供相關專業人士參考。
目錄
譯者序第2版前言
第1章機電一體化係統設計概述1
1.1機電一體化的概念2
1.2機電一體化綜閤設計3
1.3機電一體化的設計過程5
1.4機電一體化關鍵組成8
1.5機電一體化應用15
1.6本章小結28
習題29
參考文獻29
第2章機電一體化係統
建模與仿真31
2.1算子符號和傳遞函數32
2.2框圖、操作和仿真33
2.3框圖建模——直接方法38
2.4框圖建模——模擬方法48
2.5電氣係統55
2.6機械平移係統59
2.7機械轉動係統65
2.8機電耦閤69
2.9流體係統73
2.10本章小結83
習題83
參考文獻87
第2章附錄87
第3章傳感器和換能器92
3.1傳感器和換能器簡介93
3.2元器件變化的影響——敏度分析98
3.3運動和位置測量傳感器102
3.4測量運動的數字傳感器114
3.5力、扭矩和觸覺傳感器118
3.6振動——加速度傳感器128
3.7流體測量傳感器135
3.8溫度傳感裝置144
3.9傳感器應用148
3.10本章小結167
習題168
參考文獻173
第4章驅動裝置174
4.1直流電機175
4.2永磁步進電機179
4.3流體力驅動184
4.4流體力係統的組成187
4.5壓電驅動器197
4.6本章小結198
習題199
參考文獻200
第5章係統控製——邏輯方法201
5.1機電一體化中的數字係統202
5.2二進製邏輯206
5.3卡諾圖最小化210
5.4PLC215
5.5本章小結223
習題223
參考文獻226
第6章信號、係統和控製227
6.1信號、係統和控製簡介228
6.2常微分方程的拉普拉斯變換230
6.3係統錶示234
6.4非綫性係統的綫性化238
6.5時間延遲241
6.6係統性能指標242
6.7根軌跡法249
6.8伯德圖258
6.9采用極點配置法設計控製器264
6.10本章小結268
習題268
參考文獻270
第7章信號調製和實時接口271
7.1引言272
7.2數據采集和控製係統的組成272
7.3傳感器和信號調製276
7.4數據轉換設備277
7.5數據轉換過程282
7.6應用軟件288
7.7本章小結315
參考文獻316
第8章案例分析317
8.1綜閤案例分析318
8.2數據采集案例分析332
8.3數據采集和控製案例分析339
8.4本章小結349
習題349
參考文獻349
附錄350
前言/序言
第2版前言Preface to the Second Edition全球市場的競爭需要采用現代化技術來生産靈活的、功能豐富的産品，使其比現有的産品更好、更便宜、更智能。我們日常所使用的無數的智能産品，從汽車的導航控製係統到先進的飛行控製係統，從洗衣機到多功能的精密機器，已經證實瞭機電一體化的重要性。數字工程、仿真與建模、機電運動設施、電力電子、計算機和信息學、MEMS、微處理器以及DSP等技術的發展，給工業界和學術界帶來瞭新的挑戰。機電一體化是機械和電子工程、計算機科學以及信息技術的協同組閤，包含采用控製係統、數字方法來設計具有內置智能的産品。
機電一體化領域允許工程師將機械、電子、控製工程和信息技術集成到整個産品設計過程中。建模、仿真、分析、虛擬原型以及可視化等都是開發先進的機電一體化産品的關鍵因素。機電一體化設計注重係統優化，以保證創造與時俱進的閤格産品。為瞭讓機電一體化産品設計一次成功，需要團隊閤作以及多部門、多工程學科之間的協調。通過引入新的軟件仿真工具和係統串接起來工作，促進瞭係統集成，創造瞭一條有效的機電一體化工作道路。
本書第1版是麵嚮高年級本科生或研究生的，涵蓋的專業包括機械工程、電子工程、工業工程、生物醫學工程、計算機工程以及機電一體化工程。本書被廣泛應用於美國、加拿大、中國、歐洲、印度和韓國。根據本領域內專傢或使用本書的教師的反饋，本書第2版已經進行瞭大幅擴展和修訂，所以本書不僅仍舊適閤於原來的用戶，而且適應於其他新齣現的課程。
當前，有一種趨勢是將機電一體化包含進傳統的課程體係中，其目的是給即將畢業的工程師們提供一些綜閤的設計經驗。這種經驗來自於使用測量原理、傳感器、驅動器、電子綫路以及耦閤瞭設計、仿真和建模的實時接口。有些課程以案例分析作為結尾，通過一個統一的設計項目，將各種各樣的學科集成到一個成功的設計産品中，以便在實驗室環境下就能快速地裝配和分析這個産品。
本書第2版已經全部升級瞭。目標是全麵覆蓋多個領域，從而讓讀者理解工程學科的範圍，將這些學科閤在一起形成機電一體化的新領域。本書中所用的跨學科方法為機電一體化産品設計提供瞭技術背景。
本書第2版可作為如下課程的教材或參考書：
獨立的機電一體化課程。
現代儀器和測量課程。
混閤電子和機械工程課程，涵蓋傳感器、驅動器、數據采集和控製。
跨學科的工程課程，包括建模、仿真和控製。
本書特色全麵覆蓋傳感器、驅動器、係統建模，並且將經典的控製係統設計與實時計算機接口相結閤。
工業實際案例分析。
深入討論物理係統的建模和仿真。
包含框圖、改進的模擬建模方法和最新的可視化仿真軟件的使用。
展示如何在圖形環境下利用可視化錶示方法進行交互式建模，其對設計過程非常重要。
詳細的機電一體化係統設計方法。
展示如何實現設計過程的一次性成功。
第2版新增內容眾多的設計例子，每一章後麵都增加瞭習題，幫助學生理解基本的機電一體化方法。
實現瞭一個簡單的運動控製模型，其貫穿於全書8章內容，逐步地涵蓋瞭機電一體化係統的各個部分。
使用LabVIEW和VisSim軟件進行仿真和實時接口。
包含當前機電一體化和智能製造的發展趨勢。
在實施案例分析時，結閤框圖進行描述，強調廣泛應用數學分析、建模仿真、控製和實時接口等工具。
包含傳感器、實時接口、多輸入和多輸齣係統。
從日常生活中碰到的情況中提取設計例子和習題。
描述機電一體化的協同性及其對設計的影響。
半實物仿真例子以及圖解優化設計。
對多輸入和多輸齣情況下的控製係統分析。
全麵展示永磁直流電機與霍爾效應傳感器的集成，以及其數學分析和位置控製。
機電一體化虛擬原型係統的創建。
第1章深入討論機電一體化設計過程的關鍵內容，並探討其發展方嚮。此外，還介紹近年來在智能製造領域機電一體化技術的發展，並討論利用機電一體化方法對傳統設計的改進。
第2章重點講解係統建模和仿真，學生將學習如何利用改進的類比方法從圖形或其他信息中創建精確的計算機動態模型，這裏將傳遞函數變換成框圖模型的過程分成瞭6步，這種方法將標準的模擬方法和框圖建模方法相結閤，其主要的不同之處在於本方法可以直接處理非綫性問題，而不需要引入綫性化。第2章還介紹在機電一體化中許多常見的物理係統，這些係統包括機械元件、電子元件、熱元件、流體元件和液壓元件，該章所開發的模型和技術將按機電一體化設計過程的順序用於後續章節。
第3章講述傳感器與換能器的基本理論和概念，包括測量儀器的原理、模擬和數字傳感器、位置傳感器、力傳感器、振動傳感器，以及溫度、流體和距離傳感器。
第4章討論幾種類型的驅動設備，包括直流電機、步進電機、流體動力設備和壓電驅動器。
第5章介紹係統控製和邏輯方法，包括數字技術和數字理論的基本原理，諸如布爾邏輯運算、模擬和數字電子學以及PLC。
第6章介紹機電一體化係統中的控製及其設計。重點關注真實環境的約束，包括時滯和非綫性。詳細介紹根軌跡法和伯德圖設計方法，同時還介紹幾個通用控製結構的設計過程，包括PI、PD、PID、滯後、超前和純增益。
第7章討論實時數據采集的理論和實踐。利用可視化編程方法解決信號處理和數據解釋的問題，舉瞭幾個利用LabVIEW和VisSim的例子。還利用案例分析一個永磁DC齒輪電機位置控製係統的PI控製器輸齣的脈寬調製功能。
第8章列舉一係列適閤實驗室研究的案例。所有案例都通過使用通用的輸入/輸齣闆、可視化仿真環境以及應用軟件來實施，圖形環境的關鍵因素在於機電一體化應用中參與和交互係統的可視化錶示。
……
用戶評價
我是一名大三的機電一體化專業學生，一直以來都覺得機電一體化這個專業聽起來很炫酷，但實際學習起來卻發現涉及的知識麵非常廣，很多時候都感到力不從心。《機電一體化係統設計（原書第2版）》這本書，簡直就是我們這種初學者的“救星”。書中的內容安排得非常有條理，從最基礎的機械原理、電路知識，到稍微深入的傳感器、執行器，再到後來的控製係統和軟件開發，每個部分都講得非常細緻。我尤其喜歡書中關於“傳感器原理與選型”的章節，裏麵對各種常用傳感器的工作原理、優缺點以及適用範圍都做瞭非常詳細的對比，這對我以後做實驗或者設計課程項目非常有幫助。書中還附帶瞭很多例題和課後習題，雖然我還沒有全部做完，但僅從例題的解答過程，我就學到瞭很多解決問題的方法和技巧。我感覺這本書最大的優點在於，它能夠將那些原本看起來零散的知識點，通過“係統設計”這個主綫有機地串聯起來，讓我能夠理解它們之間的內在聯係，從而形成一個完整的知識體係。而且，書中的插圖和圖錶非常多，不像有些書那樣乾巴巴的文字，這讓我在閱讀的時候不容易感到疲憊，反而會覺得很有趣。
評分這本《機電一體化係統設計（原書第2版）》真的是我近期讀過的最讓人驚喜的教材之一瞭。剛拿到這本書的時候，就被它厚實的分量和精美的排版所吸引，感覺一看就是精心編纂的作品。翻開第一頁，我就被作者嚴謹的邏輯和清晰的講解所摺服。作為一名在機電一體化領域摸爬滾打瞭幾年，但總感覺理論基礎不夠紮實的在職工程師，我一直渴望找到一本能夠係統性梳理知識，並且與時俱進的參考書。這本書恰好滿足瞭我的需求。它不僅僅停留在基礎概念的介紹，而是深入到機電一體化係統設計的核心環節，從係統建模、傳感器選擇、執行器驅動，到控製策略的製定和實現，每一個部分都講得鞭闢入裏。特彆是書中對各種典型機電一體化應用的案例分析，讓我對理論知識有瞭更直觀的認識，仿佛身臨其境地參與到設計過程中。書中豐富的圖錶和插圖，更是為理解抽象的理論概念提供瞭極大的便利，很多時候，一張圖就能勝任韆言萬語。我尤其欣賞作者在講解復雜控製算法時，能夠循序漸進，先從原理講起，再到具體實現，並且輔以僞代碼或者流程圖，這對於我這樣需要將理論轉化為實際工程應用的人來說，簡直是福音。而且，這本書的語言風格不像很多枯燥的學術著作，而是充滿瞭工程師的實用主義精神，處處透露著作者在實際工程中積纍的經驗和智慧，讀起來既有收獲，又不乏樂趣。我感覺這本書不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的導師，在我迷茫的時候給予指導，在我遇到睏難的時候提供思路。
評分這本書的齣現，簡直就是我學習機電一體化道路上的一盞明燈。我是一名剛剛踏入研究生階段的學生，雖然本科接觸過一些相關的課程，但始終覺得知識體係比較零散，對於如何將各個子領域有機地結閤起來，形成一個完整的機電一體化係統，一直缺乏清晰的認識。這次拿到《機電一體化係統設計（原書第2版）》，我感覺自己像是打開瞭新世界的大門。作者在內容的組織上非常巧妙，從宏觀的係統架構設計，到微觀的元器件選型，再到最後集成調試，層層遞進，環環相扣。讓我印象深刻的是，書中對於不同傳感器和執行器特性的對比分析，以及如何在具體應用場景下進行最優選擇的詳細闡述，這部分內容對於我進行畢業設計至關重要。而且，作者並沒有迴避一些工程實踐中的難點和挑戰，而是坦誠地分析瞭可能齣現的問題，並給齣瞭相應的解決方案，這讓我覺得非常貼近實際。書中關於嵌入式係統在機電一體化中的應用部分，也是我特彆關注的內容。作者詳細介紹瞭如何將微控製器、DSP等嵌入式器件集成到機電係統中，以及如何進行軟件開發和硬件調試，這對於我未來的研究方嚮有著重要的指導意義。讀這本書的過程中，我常常會停下來，思考書中的內容如何能夠應用到我的具體項目上，並且會嘗試著自己動手去實現一些小的模塊，這種理論與實踐相結閤的學習方式，讓我受益匪淺。
評分作為一名有著多年工業自動化經驗的技術人員，我讀過不少關於機電一體化的書籍，但《機電一體化係統設計（原書第2版）》無疑是其中最讓我印象深刻的一本。這本書的優勢在於其極強的實踐性和前瞻性。作者在書中不僅深入淺齣地講解瞭機電一體化係統的基本原理，更重要的是，他結閤瞭大量的工程實例，詳細介紹瞭當前工業界最前沿的設計理念和技術趨勢。我尤其欣賞書中關於“係統集成”和“協同設計”的論述，這正是當前製造業轉型升級的關鍵所在。書中關於模塊化設計、標準化接口的講解，對於提高係統的可重用性和可維護性有著非常重要的指導意義。我發現，書中的很多案例都來自於實際的工業生産場景，比如智能製造、工業機器人、自動化生産綫等，這些都與我的工作息息相關。作者在分析這些案例時，不僅僅停留在技術的層麵，更是從經濟性、可靠性、易用性等多個維度進行考量，這對於我這樣需要考慮項目成本和效益的工程師來說，非常有參考價值。另外，書中關於模型預測控製、自適應控製等先進控製算法的介紹，也讓我對機電一體化係統的智能化發展有瞭更深刻的認識。這本書給我最大的啓發是，機電一體化設計不僅僅是技術的堆砌，更是一門關於如何將機械、電子、信息技術有機融閤，以實現最優性能的藝術。
評分作為一名在自動化領域摸爬滾打多年的研發工程師，我一直對機電一體化係統的集成和優化充滿興趣。然而，市麵上很多書籍要麼過於理論化，要麼過於偏重某一子領域。《機電一體化係統設計（原書第2版）》這本書，則在理論深度和工程實踐之間取得瞭絕佳的平衡。作者在講解復雜係統時，總是能夠從最基礎的物理原理齣發，逐步深入，直到掌握核心的控製策略和實現方法。書中關於“動態係統建模”的章節，提供瞭多種建模方法，並且對每種方法的適用場景和優缺點進行瞭清晰的分析，這對於我進行係統仿真和性能預測非常有價值。我特彆贊賞書中關於“實時控製係統設計”的論述，這部分內容對於開發高性能的機電一體化産品至關重要。作者在書中詳細介紹瞭實時操作係統、任務調度、中斷處理等關鍵技術，並且給齣瞭具體的實現示例。此外，書中關於“故障診斷與容錯控製”的章節，也為我提升産品的可靠性和魯棒性提供瞭寶貴的思路。這本書就像一位經驗豐富的導師，能夠在我遇到技術難題時，提供深刻的見解和解決方案。
評分拿到《機電一體化係統設計（原書第2版）》這本書，首先吸引我的是其嚴謹的學術風格和豐富的理論深度。作為一名高校的博士生，我一直緻力於在機電一體化領域進行深入研究，而這本書恰好滿足瞭我對理論知識的極緻追求。作者在書中對機電一體化係統的建模方法進行瞭詳盡的介紹，從物理建模到數學建模，再到計算機仿真，每一個環節都處理得一絲不苟。特彆是關於非綫性係統建模和辨識的部分，對我目前的研究課題有著直接的幫助。書中對各種控製理論的講解也堪稱經典，從經典的PID控製，到現代的模糊控製、神經網絡控製，再到最新的模型預測控製，作者都進行瞭深入的剖析，並且給齣瞭相應的算法推導和實現細節。我特彆欣賞書中關於“魯棒性控製”和“最優控製”的章節，這對於我設計高性能、高可靠性的控製係統至關重要。此外，書中關於機電一體化係統可靠性分析和故障診斷的論述，也為我今後的研究方嚮提供瞭新的思路。總而言之，這本書為我提供瞭一個紮實的理論基礎，讓我能夠站在巨人的肩膀上，更深入地探索機電一體化領域的奧秘。
評分如果說之前我對機電一體化設計還有一些零散的認識，那麼《機電一體化係統設計（原書第2版）》這本書就像一個強大的搜索引擎，將我所有模糊的概念都清晰化瞭。作者的講解非常深入淺齣，即使是一些非常復雜的概念，也能通過他嚴謹的邏輯和生動的例子變得容易理解。我特彆喜歡書中關於“係統性能指標的定義和度量”的章節，這讓我能夠更科學地評估一個機電一體化係統的優劣。書中關於“設計迭代與優化”的論述，也讓我深刻理解瞭在實際工程中，如何通過不斷地改進來提升係統的性能。我曾嘗試將書中介紹的一些設計方法應用到我正在進行的一個小項目上，發現效果非常顯著，這讓我更加堅信這本書的價值。這本書沒有給我灌輸死闆的知識，而是激發瞭我獨立思考和解決問題的能力。它讓我明白，機電一體化設計不僅僅是學習各種各樣的技術，更是一種綜閤運用知識，解決實際問題的思維方式。我覺得這本書的作者一定是一位在機電一體化領域有著深厚造詣的工程師，他的智慧和經驗都毫無保留地體現在瞭這本書中，讓我受益匪淺。
評分在我看來，《機電一體化係統設計（原書第2版）》這本書最吸引人的地方在於它的前瞻性和實用性。作者在書中不僅講解瞭機電一體化係統的基礎知識，更重要的是，他深入探討瞭當前和未來該領域的發展趨勢。我印象特彆深刻的是書中關於“物聯網與機電一體化”的結閤，以及“人工智能在機電一體化係統中的應用”的章節。這讓我看到瞭機電一體化技術在智能化時代的廣闊前景。作者在分析這些前沿技術時，並沒有流於錶麵，而是詳細介紹瞭其在機電一體化係統中的具體實現方式和潛在挑戰。我感覺這本書能夠幫助我把握技術發展的脈搏，為我未來的職業發展指明方嚮。此外，書中關於“綠色機電一體化設計”的討論，也讓我認識到可持續發展的重要性，這在當今社會顯得尤為珍貴。總而言之，這本書不僅僅是一本技術書籍，更是一份關於機電一體化領域未來發展的“白皮書”，它讓我看到瞭技術的力量，也讓我對接下來的學習和工作充滿瞭期待。
評分我是一名有著數十年經驗的資深機械工程師，近年來隨著自動化和智能化技術的飛速發展，我逐漸感到自己在電子和控製領域的知識儲備有所不足，這在麵對一些復雜的機電一體化項目時，顯得力不從心。《機電一體化係統設計（原書第2版）》的齣現，可以說是為我打通瞭任督二脈。這本書的講解風格非常接地氣，作者並沒有使用過於晦澀的專業術語，而是用清晰易懂的語言，將復雜的機電一體化概念娓娓道來。我特彆喜歡書中關於“用戶需求分析”和“功能分解”的章節，這讓我能夠從更宏觀的角度去理解一個機電一體化項目的立項和設計過程。書中關於“人機工程學”在機電一體化設計中的應用，也給我帶來瞭很多啓發，讓我認識到，一個好的機電一體化産品，不僅要技術先進，更要易於使用和維護。我印象深刻的是，書中對於一些經典機電一體化産品的設計思路和演變過程的介紹，讓我對該領域的發展曆史和未來趨勢有瞭更清晰的認識。這本書沒有讓我去死記硬背那些枯燥的公式，而是引導我去思考“為什麼”，以及“如何做”，這對於我這樣需要將理論轉化為實際解決問題的人來說，是非常寶貴的。
評分坦白說，在拿到《機電一體化係統設計（原書第2版）》之前，我對機電一體化這個概念的理解還比較模糊，總覺得它是一個大雜燴，缺乏清晰的定義和核心。然而，這本書徹底改變瞭我的看法。作者以一種非常係統和宏觀的視角，為我勾勒齣瞭機電一體化設計的完整圖景。從最初的概念設計，到詳細的方案論證，再到各個子係統的集成和最終的測試優化，每一步都講得清晰到位。我尤其欣賞書中關於“係統集成方法論”的闡述，這讓我認識到，機電一體化設計不僅僅是技術層麵的整閤，更是一個需要係統性思維和協作的過程。書中關於“接口設計”和“標準化”的講解，也讓我看到瞭提高係統效率和降低成本的有效途徑。我發現，這本書能夠將看似毫不相關的機械、電子、軟件知識，通過“係統”這個概念巧妙地聯係起來，讓我能夠從整體上把握機電一體化係統的設計脈絡。閱讀這本書，就像在搭建一座復雜的橋梁，作者一步一步地引導我，從基礎的材料選擇，到精密的結構設計，最終纔能成就一座堅固可靠的橋梁。
評分很好的書，適閤人工智能大潮流
評分隻是為瞭湊字賺京豆而已。
評分隻是為瞭湊字賺京豆而已。
評分與期望的訊息一緻
評分收到收到收到
評分東西不錯，物流挺快，挺滿意的
評分工作的用書。需要慢慢看，細細的體會。
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評分建議做參考書，強烈不建議做教材!以免誤導學生。
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