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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Bloch, Heinz P./ Budris, Allan R.

出品人:

页数:477

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 175.09

装帧:HRD

isbn号码:9780849391798

丛书系列:

图书标签:

• 泵
• 离心泵
• 泵系统
• 泵选型
• 泵维护
• 泵故障排除
• 流体机械
• 工业设备
• 机械工程
• 水泵

机械传动与流体动力学前沿探索：高精度动态系统设计与优化手册 本书旨在为工程师、研究人员及技术专业人士提供一套全面、深入、实用的高精度动态系统设计与优化理论与实践指南。 面对现代工业对设备效率、可靠性及精确控制的日益严苛的要求，本书超越传统机械和流体传动的基础知识讲解，聚焦于系统集成、复杂工况下的性能预测、以及前沿控制策略的应用。 全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从基础理论建模到实际工程应用的全过程，重点剖析了如何在高动态、高负载、多变量耦合的环境中实现系统的最优设计与精确运行。 --- 第一部分：先进驱动与传动系统的理论建模与仿真基础 本部分奠定理解复杂机械与流体耦合系统的理论基石，侧重于建立能够精确反映实际工作特性的数学模型，并掌握现代仿真技术在系统验证中的应用。 第一章：高性能机械传动链的非线性动力学分析 本章深入探讨了齿轮传动、轴系、联轴器等核心机械部件在高速、变载荷条件下的动态行为。重点分析了材料疲劳特性、接触刚度变化对系统固有频率和振型的影响。引入了基于多体动力学（MBD）的建模方法，详细阐述了如何处理大变形、间隙（Backlash）以及摩擦阻尼的非线性效应，建立能够准确预测瞬态响应和稳态误差的动力学模型。特别关注了高精度伺服电机驱动下的机械共振抑制技术。 第二章：流体力学在动态系统中的建模与耦合效应 本章聚焦于液压和气动系统的瞬态流体特性。讲解了泵、阀、管路系统中的空化现象、压力脉动、以及流体惯性对执行器响应时间的影响。详细阐述了如何利用计算流体力学（CFD）的简化模型（如一维瞬态流体网络模型）来预测系统内的压力波传播和能量损失。着重分析了流体刚度对整个机电耦合系统固有频率的“软化”效应，并提出了修正传统刚度模型的修正方法。 第三章：机电液耦合系统的集成建模与参数辨识 这是本书的核心理论部分之一。本章将前两章建立的机械和流体模型进行有机结合，构建多领域（Multi-Domain）的系统级模型。讨论了如何处理不同物理域之间的接口建模问题，例如，液压油缸的活塞运动与机械负载的动态相互作用。介绍了系统级参数辨识技术，包括使用先进的迭代算法（如最小二乘法、卡尔曼滤波）来从实验数据中精确提取模型参数，确保仿真模型与物理实体的高度一致性。 --- 第二部分：高精度控制策略与系统优化设计 本部分从控制理论的角度切入，探讨如何利用先进的算法来补偿模型误差、抑制干扰，并实现对复杂动态系统的精确控制与优化。 第四章：先进伺服控制算法在动态系统中的应用 本章系统回顾了经典PID控制器的局限性，并重点介绍了适用于高动态、高精度的先进控制技术。详细讲解了基于模型的预测控制（MPC）在处理多变量约束和前馈补偿方面的优势。深入探讨了滑模控制（SMC）和自适应控制在应对系统参数不确定性（如油液污染、温度变化）时的鲁棒性设计方法。对于执行器饱和和限位问题，提出了有效的反步控制（Backstepping）策略。 第五章：状态估计与传感器融合技术 精确的状态反馈是高精度控制的前提。本章侧重于如何从有限且带有噪声的传感器数据中，可靠地估计出难以测量的关键状态变量（如负载力、内腔压力、精确摩擦系数）。详细阐述了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在线估计模型误差和系统状态的应用。此外，介绍了基于观测器的设计方法，特别是Luenberger观测器和高增益观测器在快速状态重建中的应用。 第六章：系统性能的鲁棒性设计与优化 本章将重点放在如何将系统设计从“额定工况优化”转向“全工况鲁棒优化”。探讨了H-无穷（H-infinity）控制理论在设计对模型不确定性具有最大容忍度的控制器方面的应用。讲解了设计裕度分析，即如何量化系统在面对外部干扰和内部参数波动时的性能下降程度。对于特定的高精度运动系统，本章还引入了基于遗传算法和粒子群优化（PSO）的控制器参数自动整定方法，以最小化控制误差的积分平方和（ISE）。 --- 第三部分：面向工业应用的故障诊断与可靠性工程 本部分将理论成果应用于实际的工程挑战，关注系统在长期运行中的健康监测、故障预警与寿命预测。 第七章：基于模型的实时故障诊断技术 传统的基于阈值的报警方式已无法满足现代高端设备的需求。本章介绍如何利用系统动态模型进行基于残差的故障诊断。详细阐述了“残差生成”与“故障判别”的流程，包括使用奇异值分解（SVD）分析残差向量以识别故障源的类型（例如，传感器漂移、阀门卡滞或内部泄漏）。重点讨论了如何区分外部负载变化与内部组件退化引起的动态偏差。 第八章：动态系统的寿命预测与剩余有效寿命（RUL）评估 本章关注设备资产管理的核心问题。结合疲劳损伤模型和运行谱分析，讲解了如何将系统的实时工作参数（如最大应力、振动水平）与预先建立的损伤演化模型相结合。利用贝叶斯网络和马尔可夫链模型，对系统关键部件（如轴承、高压密封件）的剩余寿命进行概率性预测，为预防性维护提供科学决策依据。 第九章：先进制造工艺对系统动态特性的影响 本章探讨了增材制造（3D打印）、先进表面处理技术对机械和流体部件性能的深远影响。分析了增材制造带来的轻量化、结构复杂化如何改变系统的惯性矩和阻尼特性。讨论了激光强化、表面涂层等工艺如何有效降低摩擦系数、提高抗磨损能力，并提供相应的材料力学模型来量化这些工艺改进对系统动态响应的积极影响。 --- 目标读者群体： 涉及伺服液压/气动系统、精密机床、航空航天执行机构、工业机器人及自动化装备的研发工程师、系统集成商、高校研究生和相关领域的科研人员。 本书不仅是理论的深入探讨，更是连接前沿科研与工程实践的桥梁，致力于帮助读者构建出更高效、更稳定、更具智能诊断能力的下一代动态控制系统。

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