数控原理与系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:190

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出版时间:2009-10

价格:22.00元

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isbn号码:9787115201898

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图书标签:

• 数控技术
• 数控原理
• 数控系统
• CNC
• 数控编程
• 机械制造
• 自动化
• 工业控制
• 机床
• 现代制造

工业自动化时代的基石：现代制造技术与控制系统导论 本书简介 在当今高速迭代的全球制造业格局中，效率、精度和柔性已成为决定企业核心竞争力的关键要素。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析支撑现代工业生产流程运转的现代制造技术、过程控制理论与前沿自动化系统集成。它并非专注于某一特定机器的编程或操作细节，而是构建起一个宏观的、贯穿整个制造价值链的知识体系框架。 本书的重点在于理解“如何让复杂的物理过程在预设目标下稳定、高效地运行”，而非仅仅学习“如何操作一台数控机床”。我们将从基础的工程科学原理出发，逐步过渡到复杂的系统设计与优化。 --- 第一部分：制造系统基础与工程热力学原理 本部分内容着重于奠定理解任何自动化或控制系统所依赖的物理基础。 1. 现代制造的范式演进与挑战： 我们将回顾从机械化时代到信息物理系统（CPS）时代的制造范式转变。重点探讨“工业4.0”和“智能制造”的哲学内核，分析柔性制造系统（FMS）、敏捷制造（Agile Manufacturing）的架构需求。讨论在面对定制化生产、小批量多品种需求激增时，传统刚性生产线所面临的瓶颈，以及如何通过系统级的重构来提升响应速度。 2. 工程材料的性能与加工特性： 深入探讨结构材料（金属合金、高分子复合材料、陶瓷）的微观结构、宏观力学性能（强度、韧性、疲劳极限）。理解材料的本构关系（Constitutive Relations）是进行精确制造和控制的前提。分析不同材料在切削、成形、连接过程中的物理响应，例如塑性变形机理、热影响区（HAZ）的形成与控制。 3. 过程热力学与能量管理： 本章阐述了能量在制造系统中的转化与耗散规律。包括热力学第一、第二定律在反应器、热交换器以及驱动系统中的应用。重点分析能源效率的量化指标（如能效比、能源消耗强度），并介绍如何通过优化工艺参数来降低单位产品能耗，实现绿色制造目标。这部分内容为后续讨论伺服系统的动态响应和能耗优化提供了理论基础。 --- 第二部分：先进过程控制理论与建模方法 本部分是本书的核心，聚焦于如何精确地描述、分析和控制物理过程的动态行为。 4. 动态系统建模与辨识： 详细介绍建立物理系统数学模型的几种主流方法。从基于第一性原理（如牛顿定律、基尔霍夫定律）的白箱模型（White-Box Modeling）建立，到利用输入输出数据进行系统参数估计的黑箱模型（Black-Box Modeling）辨识。重点讲解如何使用传递函数（Transfer Function）、状态空间表示法（State-Space Representation）来描述线性时不变（LTI）系统。对于非线性系统，则引入泰勒级数展开、相平面分析等工具。 5. 经典反馈控制理论精讲： 系统地回顾经典的PID（比例-积分-微分）控制器的设计与整定方法。不仅限于Ziegler-Nichols等经验公式，更深入讲解根轨迹分析、频率响应分析（Bode图、Nyquist图）在评估系统稳定裕度和瞬态响应中的作用。讨论如何通过选择合适的控制器参数来平衡系统的快速性、平稳性和抗干扰能力。 6. 现代控制理论与优化： 超越经典控制，本章介绍更先进的控制架构。详细阐述状态反馈控制的设计原理，如极点配置（Pole Placement）和状态观测器的设计（如Luenberger观测器）。引入最优控制的概念，包括二次型最优控制（LQR），用于在满足系统动态约束的同时，最小化一个预定义的性能指标函数。这为高速、高精度控制打下理论基础。 7. 离散时间系统与数字实现： 鉴于所有现代控制系统都基于数字计算，本部分详细讲解了将连续时间系统转换为离散时间系统的方法（如零阶保持器、双线性变换）。讲解Z变换理论在分析数字控制系统稳定性和动态性能中的应用，并介绍数字滤波器的设计基础。 --- 第三部分：工业传感、驱动与系统集成 本部分将理论控制与实际的硬件执行和信息采集连接起来，关注如何构建一个完整的、可操作的自动化回路。 8. 工业传感技术与信号调理： 全面介绍用于测量压力、温度、流量、位置、速度等关键过程变量的各类传感器的工作原理（电阻式、电容式、电感式、光学式）。重点分析传感器的静态特性（精度、灵敏度、迟滞）和动态特性。探讨信号采集中的关键步骤：滤波、放大、模数转换（ADC）的原理与误差分析，确保控制系统接收到“干净”的输入信号。 9. 执行机构与驱动系统动态学： 研究如何将控制器的输出信号转化为对物理过程的实际影响。详细分析不同类型执行机构的特性：液压缸、气动执行机构、以及广泛应用的伺服电机与变频驱动系统。探讨驱动系统的功率匹配、扭矩控制策略，以及如何补偿执行机构本身存在的非线性（如摩擦、死区）。 10. 工业网络通信与数据采集架构： 在集成化制造环境中，信息流动的效率至关重要。本章对比分析当前主流的工业通信协议（如Ethernet/IP, Profibus, Modbus TCP），关注其在实时性、确定性传输方面的差异。介绍分层网络架构（从现场总线到企业信息系统），以及数据采集（SCADA）系统在监控和历史数据分析中的作用。 11. 制造系统中的故障诊断与容错设计： 探讨如何利用传感器冗余、模型基检测（Model-Based Residual Generation）等技术，对运行中的制造系统进行健康监测。介绍故障的分类、隔离与恢复策略，确保系统在部分组件失效时仍能维持安全或有限的运行能力。 --- 通过对上述十一大核心模块的系统学习，读者将能跳出单一设备的局限，掌握一套普适性的系统思维和控制工程方法论，这是驾驭未来复杂、高度互联的智能制造系统的必备能力。本书强调理论与实践的结合，旨在培养能够设计、分析和优化复杂工业过程的综合性工程人才。

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