机电传动与控制/21世纪高等学校机械设计制造及其自动化专业系列教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:华中科技大学出版社

作者:程宪平

出品人:

页数:351 页

译者:

出版时间:2007年

价格:26.0

装帧:平装

isbn号码:9787560914404

丛书系列:

图书标签:

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机械工程基础理论与前沿技术应用 本书旨在为机械工程及其相关专业的学生和工程技术人员提供一个全面、深入的现代机械工程基础理论框架，并重点介绍当前工程实践中应用最为广泛的前沿技术。 本书内容涵盖了机械设计、理论力学、材料力学、制造工艺、控制工程等核心领域，并通过大量的工程实例，将理论知识与实际应用紧密结合，旨在培养读者独立分析问题和解决复杂工程挑战的能力。 第一部分：机械设计与理论基础 本部分系统回顾和深化了机械设计的基础理论。我们从机械系统的一般原理出发，详细阐述了零部件的强度、刚度和寿命设计原则。 1. 机械原理与机构学： 深入探讨了运动学和动力学分析方法，尤其关注复杂机构如多自由度机构、柔顺机构和仿生机构的建模与仿真。重点介绍了基于零力点的平衡分析法以及机构运动误差的传播与补偿技术。本章配有大量CAD/CAE 软件（如 SolidWorks Motion 或 Adams）的典型操作流程，帮助读者掌握现代机构分析的工具。 2. 材料科学与工程： 聚焦于现代工程材料的选择与应用。不同于传统的材料力学侧重弹性分析，本章强调了材料的疲劳、蠕变和断裂力学行为。内容包括先进高强钢、复合材料（如碳纤维增强树脂基复合材料）以及智能材料（如形状记忆合金）在极端工况下的性能表现和失效模式分析。特别加入了增材制造（3D打印）材料的微观结构与宏观性能之间的关系探讨。 3. 机械连接与装配： 除了传统的螺纹连接、焊接和键连接的静力学分析外，本章着重讨论了现代高端装备中连接的可靠性问题。例如，在航空航天领域中，疲劳载荷下的连接件预紧力松弛机理；以及在精密仪器中，热膨胀差异导致的装配应力控制技术。 第二部分：先进制造技术与工艺 本部分紧密结合工业 4.0 的发展趋势，介绍了现代机械制造的核心技术和质量控制方法。 1. 数控加工与编程： 详细介绍了五轴及以上联动数控加工的技术特点、刀具路径规划算法（如等值法和径向轮廓补偿）。重点解析了复杂曲面零件的 G 代码生成原理，以及在高速切削过程中产生的颤振（Chatter）现象的抑制策略，包括主动避振和自适应控制方法。 2. 增材制造（Additive Manufacturing）： 对选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等金属增材制造工艺进行了深入剖析。内容包括粉末床的致密化过程、残余应力的产生与释放、以及后处理（如热等静压HIP）对最终零件性能的影响。本章提供了一套基于微观模拟预测宏观缺陷的案例研究。 3. 表面工程与改性： 阐述了如何通过物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）以及离子注入等技术，大幅提升机械零件表面的耐磨损和抗腐蚀性能。详细比较了不同镀层材料（如TiN, CrN, DLC）在特定工况下的适用性与成本效益分析。 第三部分：现代控制与系统集成 本部分将机械系统与电子信息技术深度融合，探讨了现代机械系统实现智能化控制的关键技术。 1. 机电一体化系统基础： 回顾了传感器、执行器和反馈系统的基本原理。重点讲解了光电编码器、激光位移传感器等精密测量元件的工作原理及其抗干扰措施。在执行器方面，深入分析了伺服电机系统的动态响应特性，包括其电流环、速度环和位置环的解耦设计。 2. 运动控制算法： 超越了传统的 PID 控制。本章详细介绍了先进的控制策略，如滑模变结构控制（Sliding Mode Control）在非线性和存在外部扰动的系统中的应用，以及基于模型的预测控制（MPC）在多变量耦合系统（如并联机器人）中的优化调度。 3. 机器人学基础： 涵盖了串联机器人和并联机器人的运动学建模（正运动学和逆运动学）。特别对基于雅可比矩阵的奇异点分析进行了详尽的阐述，并引入了基于优化方法的关节空间轨迹规划，以确保机器人在高速运动中的平滑性和安全性。 第四部分：工程应用与案例分析 本部分将前述理论和技术应用于实际工程问题，展现现代机械工程师的解决思路。 1. 振动与噪声控制： 从系统识别的角度出发，利用频响函数分析机械设备的固有频率和模态。重点讨论了主动隔振系统（如磁悬浮轴承）的设计原理，以及基于瞬态分析的冲击载荷下的系统响应预测。 2. 复杂装备的可靠性设计： 引入了基于 FMEA（故障模式与影响分析）和 FTA（故障树分析）的系统可靠性评估方法。通过对某大型工程机械关键部件的寿命数据进行威布尔分布拟合，演示如何预测系统平均无故障时间（MTBF）并制定维护计划。 3. 智能维护与数字孪生： 介绍了利用物联网（IoT）技术实时采集设备运行数据，并通过大数据分析预测潜在故障的技术路线。详细阐述了数字孪生（Digital Twin）的概念框架，如何构建高保真度的机械系统虚拟模型，以支持在线诊断、情景模拟和远程优化操作。 本书的特点在于理论深度与工程广度的平衡，每一章节都包含可供读者上机操作或设计的实践性习题，确保读者能够将所学知识有效地转化为解决实际工程问题的能力。本书适用于机械设计制造及其自动化、机器人工程、车辆工程等专业的本科高年级学生及研究生，同时也是一线工程技术人员提升专业技能的参考手册。

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**这本书在理论深度和工程实用性之间，找到了一种近乎完美的平衡点，这在同类教材中是难能可贵的。** 我过去接触的一些教材，要么过于偏重数学推导，让读者望而却步；要么过于注重操作手册的描述，缺乏对底层原理的深究。 而此书显然吸取了这两者的教训。 例如，在讲解步进电机的微步控制时，它不仅交代了如何通过细分驱动器实现高分辨率定位，还详尽分析了在高速运行时可能出现的谐振和失步问题，并提供了针对性的电流补偿策略。 更值得称赞的是，它对传感器技术的选型和抗干扰措施的讨论也相当到位，这是实际工程中最容易被忽视却又最致命的环节。 作者似乎深知，一个完美的控制算法，如果没有可靠的输入信号和坚固的机械结构作为支撑，最终也只能是纸上谈兵。 这种对“全产业链”的关注，体现了编者极高的工程素养和对行业痛点的深刻洞察。

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**从长远来看，这本书更像是一份面向未来的学习路线图，而非仅仅是一份现阶段的知识手册。** 书的末尾部分，对于机电系统集成中的最新发展趋势，如物联网（IoT）在设备状态监测中的应用、以及基于模型设计（Model-Based Design, MBD）的控制系统开发流程，都有精炼而准确的概括。 它没有深入到特定软件工具的操作细节，而是着重于介绍这些新范式的核心思想和它们对传统控制模式带来的颠覆性变革。 这种前瞻性的视野，极大地拓宽了我们对“控制”二字的理解，让我们明白，未来的工程师必须是能将信息技术、计算科学与传统机电知识融会贯通的复合型人才。 读完此书，我不再只是被动地接受知识，而是开始主动思考如何利用新兴技术来解决尚未出现的工业难题。 这份指引感和启发性，是任何标准考试指导手册都无法比拟的宝贵财富。

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**读完这本教材后，我最大的感受是，它彻底刷新了我对“机电传动”这一领域的认知边界。** 原来，这不仅仅是关于电机转速和减速比的简单计算，它更是一门关于能量高效转换与精确控制的艺术。 书中关于变频调速技术的深度解析尤其令人拍案叫绝。 它没有简单地介绍V/f控制，而是详细论述了矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）和直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）这两种前沿策略的数学基础和动态性能差异。 对于FOC，教材通过严密的坐标变换推导，清晰展示了如何将三相交流系统解耦为独立的磁链和转矩控制通道，这种处理方式的优雅性让人叹服。 此外，它对传动链中的机械损耗和动态响应特性的讨论也极为细致，考虑到了摩擦、惯量变化对系统稳定性的潜在影响。 这种对系统整体性、动态复杂性的全面把握，远超出了我预期的广度。 它教会我的，是如何从一个“黑箱”的角度去理解和设计一个复杂的机电系统，而不是仅仅停留在各个子模块的简单叠加。

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**初次接触这本教材时，我脑海里立刻浮现出一部结构严谨、内容扎实的工具书的形象。** 它的装帧设计虽然朴素，但内页的排版却透着一股专业范儿，每一章的逻辑衔接都像是精心设计过的齿轮组，咬合得天衣无缝。 重点是它对基础理论的阐述，简直是教科书级别的典范。 比如，在讲解电机原理的部分，作者没有满足于简单的公式堆砌，而是深入浅出地剖析了电磁场的相互作用，即便是初学者也能通过图文并茂的解释，迅速建立起对旋转力矩产生的本质理解。 尤其让我印象深刻的是，教材中穿插了大量实际工程中的案例分析，这些案例并非虚构的理想模型，而是结合了当前工业自动化生产线的真实场景，比如数控机床的精度控制，或者高精度伺服系统的响应特性优化。 这使得抽象的控制理论瞬间“落地”，让我清晰地认识到，我们所学的每一个公式、每一个算法，最终都要服务于提高生产效率和产品质量这一核心目标。 这种从理论到实践的无缝过渡，极大地激发了我学习的兴趣，让我觉得这不是一本冷冰冰的教材，而更像是一位经验丰富的工程师在手把手地传授核心绝学。

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**如果要用一个词来形容这本教材的阅读体验，我会选择“沉浸感”。** 翻开它，仿佛就被带入了一个充满精密计算和实时反馈的数字化车间。 特别是关于PLC（可编程逻辑控制器）在机电系统集成中的应用章节，编写得极其贴合实际工作流程。 作者并没有给出标准化的程序代码，而是着重讲解了设计控制逻辑的思维模式——如何将复杂的物理过程分解为一系列可执行的逻辑步骤，以及如何处理中断、定时器和模拟量信号的采集与输出。 这种强调“思维训练”的教学方式，比单纯的“复制粘贴”代码要高明得多。 在讲解过程中，教材经常会设置一些“思考题”，这些问题往往需要结合前几章的传动原理和本章的控制算法进行综合应用，迫使读者必须建立起跨学科的知识网络。 这种主动学习的模式，让知识的吸收效率成倍增加，每一次解题都是一次对系统认知的深化。

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