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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:方建军

出品人:

页数:225

译者:

出版时间:2003年1月1日

价格:32.00元

装帧:平装

isbn号码:9787502547882

丛书系列:

图书标签:

• sfs
• 1
• 光机电一体化
• 系统设计
• 机械工程
• 光电子学
• 自动化
• 控制工程
• 精密仪器
• 机器人
• 集成化
• 创新设计

《精密驱动与控制：从理论到实践》 本书并非一本介绍光机电一体化系统设计的教材，而是专注于机械驱动与精密控制领域的核心技术与应用，旨在为读者提供一套系统、深入的学习路径。全书围绕“精准、高效、可靠”的驱动与控制理念展开，覆盖了从基础理论到前沿技术的广泛内容，特别强调了理论知识与实际工程应用的紧密结合。 第一部分：精密机械结构与材料 本部分将深入探讨构成精密驱动系统基础的机械结构要素。我们首先会审视各种精密传动机构，例如高精度齿轮传动（包括谐波减速器、滚珠丝杠螺母副等），分析其传动精度、刚度、效率及寿命等关键性能指标。接着，将详细介绍直线导轨、滚动轴承等支撑部件的设计原则与选择依据，重点阐述如何通过优化结构设计和材料选用，降低摩擦、抑制振动，从而实现平稳、精确的运动。此外，还会涉及精密零部件的加工工艺与精度保障，包括超精密加工技术、表面处理工艺及其对系统整体性能的影响。材料科学在此部分扮演着重要角色，我们将讨论各种工程材料（如高强度钢、陶瓷、工程塑料等）在精密驱动件中的应用特性，分析其力学性能、热稳定性、耐磨性以及与润滑剂的匹配关系，指导读者如何根据具体应用场景选择最合适的材料。 第二部分：驱动器与执行器技术 本部分是实现机械运动的核心，我们将重点剖析各类驱动器和执行器的原理、特性与选型。首先，直流电机、交流电机（包括步进电机、伺服电机）的结构、工作原理、控制方法及其优缺点将得到详细讲解。特别会强调伺服电机系统，深入探讨其编码器技术（如光学编码器、磁编码器）、力矩控制、速度控制和位置控制的实现方式，以及如何实现高动态响应和高精度定位。同时，还会介绍一些新兴的驱动技术，如压电驱动器、形状记忆合金驱动器等，分析它们在微纳操作、特殊场景下的独特优势。液压和气动驱动作为工业领域广泛应用的动力源，本部分也将对其基本原理、元件（如油泵、气泵、阀门、气缸、液压缸）的选型与控制进行阐述，重点在于如何实现精确的压力、流量与位移控制。 第三部分：传感器与测量技术 实现精确控制的前提是准确获取系统的状态信息。本部分将系统介绍各种用于测量位移、速度、加速度、力、温度等物理量的传感器。我们将深入研究光电编码器、磁尺、激光测距仪、电涡流传感器、电容传感器、霍尔传感器等位移和速度测量技术，分析它们的精度、分辨率、响应速度和环境适应性。加速度计（包括压电式、MEMS式）和力传感器（如应变片式、电阻式）的原理与应用也将得到详细阐述。此外，还会涵盖温度传感器（如热电偶、热敏电阻）和压力传感器等，并讨论它们在闭环控制系统中的作用。本部分还将涉及信号调理技术，包括滤波、放大、模数转换等，确保传感器输出信号的准确性和可靠性。 第四部分：控制理论与算法 本部分将深入剖析驱动与控制系统的理论基础和核心算法。我们将从经典的PID控制理论出发，详细讲解PID控制器的设计、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、衰减法等）及其在实际中的应用与局限性。在此基础上，将引入更先进的控制策略，如状态空间法、模糊逻辑控制、神经网络控制等，分析它们在处理非线性系统、时变系统以及实现自适应控制等方面的优势。针对精密驱动系统常见的共振、抖动等问题，本部分将重点介绍如何运用模型预测控制（MPC）、鲁棒控制等先进方法，提高系统的稳定性和抗干扰能力。此外，还会探讨数字控制技术，包括采样定理、离散化方法以及数字滤波器的设计，确保控制算法在数字域内的有效实现。 第五部分：系统集成与工程实践 本部分将把前几部分学到的理论知识融会贯通，应用于实际的系统集成与工程设计中。我们将通过一系列典型案例，例如高精度数控机床的驱动与控制、机器人手臂的运动控制、精密定位平台的系统设计等，展示如何将机械结构、驱动器、传感器与控制算法有机结合，构建一个完整的精密驱动与控制系统。在系统设计流程方面，将详细介绍需求分析、方案设计、关键技术选型、仿真验证、原型制作、调试优化等环节。特别会强调系统集成过程中可能遇到的挑战，如不同部件之间的接口匹配、电磁兼容性（EMC）问题、热管理策略以及可靠性设计等。本部分还将引导读者了解常用的工程设计软件和仿真工具，如MATLAB/Simulink、ANSYS等，并结合实践案例进行演示。 第六部分：前沿技术与未来展望 在对基础和核心技术进行系统梳理后，本部分将目光投向该领域的前沿发展。我们将探讨智能驱动技术（如内置智能的伺服驱动器）、柔性驱动与传感技术、低功耗驱动技术、以及微机电系统（MEMS）中的驱动与控制技术。此外，还将展望人工智能（AI）与机器学习在驱动与控制领域的应用，例如如何利用AI进行系统故障诊断、预测性维护以及优化控制参数。本部分还会简要介绍一些与精密驱动与控制相关的交叉领域，如先进制造、生物医疗器械、航空航天等，激发读者对未来技术发展的思考。 本书的写作风格力求严谨、清晰，并配以丰富的图示和实例，便于读者理解和掌握。我们坚信，通过对本书内容的学习，读者不仅能够建立起扎实的精密驱动与控制理论基础，更能具备独立解决实际工程问题的能力，为在相关领域的研究与开发奠定坚实基础。

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读完这本书，我感到了一种对“系统思维”的再教育。过去，我总习惯于将光、机、电各自视为独立的学科领域，但在书中，这些界限被彻底打破了。作者通过一个个生动的案例，清晰地阐释了跨学科融合的巨大威力。比如，书中对机器视觉系统的讲解，不仅仅停留在图像采集和处理上，而是深入探讨了如何根据机械臂的运动轨迹来动态调整曝光时间和光源强度，以确保在高速运动中图像的清晰度。这种“耦合设计”的思想贯穿始终，让人意识到，任何一个环节的短板都会拖累整个系统的性能。更值得称赞的是，书中对新兴技术的引入非常及时。它没有沉溺于传统技术，而是引入了关于AI辅助设计和基于模型的系统验证（MBSE）的内容。这使得这本书不仅对当前的工作有指导意义，更具有面向未来的前瞻性。对于渴望从传统制造升级到智能制造的读者来说，这本书提供了一个清晰的路线图，指导我们如何将前沿理论转化为切实可行的工业解决方案。它的结构安排极为巧妙，循序渐进，不会让读者感到信息过载。

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翻开这本书，我首先被它的封面设计所吸引，那种兼具科技感与艺术感的排版，让人仿佛已经置身于一个精密仪器的内部。然而，当我深入阅读内容时，我发现它更像是一本深入浅出的技术指南，而非那些晦涩难懂的学术专著。作者似乎非常擅长将复杂的光学、机械和电子学原理，用一种直观易懂的方式呈现出来。比如，在阐述传感器集成的那一章，书中引用了大量的实际案例，从工业检测到医疗成像，清晰地展示了不同技术模块如何协同工作，实现复杂的功能。特别是对于初学者而言，这种图文并茂的叙述方式极大地降低了入门门槛。我尤其欣赏作者对于“系统集成”这一核心概念的把握，它不仅仅是简单地把光、机、电三个部分拼凑在一起，更强调的是它们之间的相互作用、反馈机制以及如何通过智能控制实现最优性能。书中对于系统调试和故障排除的章节写得非常细致，提供了许多实用的“黑科技”技巧，这对于我们这些需要动手实践的工程师来说，无疑是一笔宝贵的财富。这本书的价值，在于它提供了一个从理论到实践的完整闭环，让人在理解基本原理的同时，也能掌握构建一个可靠系统的关键步骤。

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这是一本真正具有“工程温度”的书。它没有高高在上地谈论宏大的理论，而是聚焦于一个又一个具体的设计决策点和权衡取舍。我之所以这么说，是因为书中花费了大量篇幅讨论了成本控制与性能优化之间的平衡。例如，在设计高精度编码器接口时，作者对比了光学式、电容式和磁学式编码器的优缺点，不仅分析了它们的精度极限，还详细评估了它们的抗干扰能力和批量采购成本，最后给出了在不同应用场景下的推荐方案。这种“实战派”的分析角度，远比空泛的性能指标更有价值。它教会我们，在真实世界的工程项目中，设计不是追求绝对完美，而是找到最佳的“可行解”。书中对于供应链管理和原型制作的章节，也提供了许多宝贵的建议，比如如何与供应商有效沟通技术规格，如何利用快速原型技术进行早期验证等。总而言之，这本书提供了一个全面的视角，它不仅仅告诉你“如何做”，更重要的是告诉你“为什么这样做好”，以及“在什么情况下应该换一种做法”。这种由内而外透出的实用主义精神，是这本书最核心的价值所在。

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这本书的语言风格有一种独特的学术魅力，它既严谨又充满启发性，像一位经验丰富的导师在耳边细细点拨。我特别喜欢作者在描述复杂算法时所采用的类比手法。在解释如何将非线性光学效应纳入系统模型时，书中用了一个关于“水流阻力”的日常例子作为引入，瞬间就将抽象的数学公式具象化了。这种教学方法极大地提升了阅读体验，避免了纯理论带来的枯燥感。此外，书中对标准和规范的引用也非常到位。在设计一个面向特定行业的集成系统时，了解行业标准是至关重要的，这本书在这方面提供了详尽的参考资料和分析，帮助读者规避了许多潜在的合规性风险。我个人认为，这本书的排版也值得称赞，图表的质量非常高，清晰地展示了数据的分布和模型的结构，这在技术书籍中并不常见，很多书的插图模糊不清，严重影响理解。这本书在保证技术深度的同时，保持了极高的可读性，读起来有一种行云流水的顺畅感，让人不忍释卷。

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这本书给我的感觉是，它简直就是一本为工程师量身打造的“武功秘籍”，特别是那些致力于从事精密仪器研发工作的同仁们。它的深度和广度都令人印象深刻，但最让我称道的是，它并没有停留在概念的堆砌上，而是深入到了实际应用的“痛点”之中。例如，在讨论运动控制和精密定位时，作者并没有止步于介绍常见的伺服系统，而是详细分析了不同负载情况下如何进行PID参数的精确整定，以及如何利用先进算法来抑制系统中的谐振和漂移。这种对细节的极致追求，使得书中的内容极具可操作性。我记得有一部分内容专门探讨了光学系统的热稳定性问题，这通常是设计中最容易被忽视但又影响最终精度的关键因素。书中提出了好几种创新的散热和温漂补偿方案，这些方案的理论依据和实验数据都非常扎实，让人不得不信服。阅读的过程中，我常常需要停下来，对照着我手头正在进行的项目进行思考，发现书中提供的方法论往往能立刻解决我正在面临的瓶颈。这本书的行文风格是那种老派技术专家的沉稳，不浮夸，但每一句话都掷地有声，充满了经验的沉淀。

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