机电传动控制

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出版者:天津大学出版社
作者:刘治平,章青
出品人:
页数:198
译者:
出版时间:2007-9
价格:20.00元
装帧:
isbn号码:9787561825198
丛书系列:
图书标签:
  • 1
  • 机电传动
  • 电机控制
  • 自动化
  • 电气工程
  • 控制工程
  • 工业自动化
  • 传感器
  • 驱动器
  • PLC
  • 运动控制
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具体描述

本书系统地介绍了生产机械的电气传动控制的有关问题,包括机电传动控制原理、典型控制电路及控制电路设计等方面的内容。这是机械电子工程技术工作者需要掌握的重要专业知识。

全书共分五章,分别讲述继电器接触器控制、可编程序控制器控制、机电系统的速度控制、伺服电动机及其控制、步进电动机及其控制。

本书可作为高等学校机械设计制造及其自动化专业40~50学时教材,也可供有关工程技术人员参考。

机械设计基础:结构优化与性能提升的艺术 图书主题: 本书深入剖析了现代机械设计中的核心原理、关键技术以及面向复杂工况的创新解决方案,旨在培养读者独立进行机械系统概念设计、详细设计与性能评估的能力。它不仅仅是一本理论教材,更是一本面向工程实践的工具书,聚焦于如何将先进的材料科学、结构力学与现代制造工艺相结合,以实现高效、可靠、轻量化的机械产品开发。 目标读者: 机械工程、车辆工程、航空航天工程、工业设计等相关专业的高年级本科生、研究生,以及从事机械产品研发、结构分析、故障诊断的工程师与技术人员。 核心内容聚焦: 本书系统地涵盖了机械设计领域中不涉及机电传动控制的结构设计、强度校核、运动机构设计与优化等关键环节。全书以提升机械系统的整体性能、可靠性与耐久性为核心目标,构建了严谨的理论框架和丰富的工程案例。 --- 第一部分:机械基础与工程材料的深度融合 本部分侧重于建立稳固的结构力学基础,并将其与实际工程材料的特性紧密结合,为后续的结构设计奠定坚实基础。 第一章 机械系统设计思维与流程重塑: 本章探讨了现代机械设计从需求分析到概念生成的全过程管理。强调如何运用系统工程的思维,对机械系统的功能、约束和性能指标进行量化定义。重点分析了设计迭代、参数化建模在快速原型开发中的应用,以及如何通过可靠性指标(如平均故障间隔时间MTBF)指导初始设计决策。本章不涉及任何关于反馈、闭环或伺服系统的讨论。 第二章 工程材料的选择、性能与失效分析: 详细阐述了金属材料(如高强度钢、铝合金、钛合金)和先进复合材料(如碳纤维增强树脂基复合材料)的微观结构、宏观力学性能(屈服强度、韧性、疲劳极限)以及热处理对性能的影响。核心内容包括材料选择的决策矩阵,以及针对不同载荷类型(静载、交变载荷)的失效模式分析,如蠕变、应力松弛和脆性断裂的机理。 第三章 接触应力与表面工程技术: 本章专注于机械零件之间接触面的行为。深入分析了赫兹接触理论在轴承、齿轮副(仅从结构强度角度分析,不涉及传动比计算)中的应用。重点介绍了表面处理技术,如渗碳、氮化、PVD/CVD涂层,如何通过改变零件表面残余应力状态和硬度,显著提高耐磨损和抗疲劳性能。 --- 第二部分:运动机构与动力学分析(纯机械运动学) 本部分专注于机械系统实现特定运动轨迹的纯机械实现,即纯粹的运动学与机构设计,完全脱离电气驱动和反馈控制的范畴。 第四章 机构的运动学分析与综合: 系统讲解了平面连杆机构(如曲柄摇杆机构、槽轮机构)的位置、速度和加速度分析方法,包括瞬心法和矢量封闭法。本章的重点是机构的运动综合,即如何根据设计要求(如输入/输出运动关系、行程限制)反演出机构的几何尺寸和结构布局。详细讨论了凸轮机构的设计,包括遵循最小回转半径原则的轮廓优化,以减少冲击和振动。 第五章 复杂机械运动的实现:导向与约束机构: 深入探讨了直线运动、旋转运动的精密导向技术,如导轨的选型(滚动导轨、滑动导轨、静压导轨)。着重分析了弹性机构的设计,例如螺旋弹簧和板簧的设计计算,用于实现力的缓冲、能量储存或预紧。本章内容聚焦于如何通过纯粹的机械结构来精确控制物体的位置和运动路径。 第六章 机械系统的动力学基础与振动初步: 阐述了刚体动力学原理在线性机械系统中的应用,包括自由振动与受迫振动的分析。重点是建立系统的一自由度或多自由度机械模型的刚度、阻尼与质量矩阵。通过特征值分析确定系统的固有频率,并讨论如何通过改变结构质量或刚度分布,实现对危险频率的规避(即机械解耦)。本章不涉及主动抑制振动的主动控制方法。 --- 第三部分:关键零部件的结构强度与寿命设计 本部分聚焦于机械系统中承受载荷的核心元件,采用强度理论进行可靠的尺寸确定和寿命预估。 第七章 轴系、联轴器与紧固件的结构设计: 详细分析了轴的疲劳强度设计,包括应力集中系数的确定、许用载荷的计算,以及在弯曲、扭转组合载荷下的校核。联轴器部分只讨论其作为柔性连接件(如膜片联轴器、齿式联轴器)的承载能力和补偿能力,不涉及其动态特性或运行频率。紧固件部分重点是预紧力的计算、连接的可靠性评估以及螺纹的强度设计。 第八章 滚动轴承与滑动轴承的选型及寿命预测: 本章完全从结构承载和摩擦学角度展开。详细介绍了滚动轴承的基本结构、代号体系,以及基于静载荷和交变载荷的额定寿命计算(L10寿命理论)。滑动轴承部分聚焦于油膜的形成、流体力学润滑理论(Reynolds方程基础),以及如何通过选择合适的轴瓦材料和油液,保证轴承在特定转速和载荷下的安全运行。 第九章 齿轮传动系统的结构强度设计: 本书对齿轮的讨论集中于结构强度和材料匹配。深入分析了齿面的接触疲劳(点蚀)和齿根的弯曲疲劳。重点讲解了ISO/AGMA标准下的强度校核步骤,包括齿形系数、应力修正系数的选取,以及如何通过热处理和表面强化工艺来提高齿轮的抗点蚀能力。不包含齿轮的传动比计算或功率传输效率分析。 --- 第四部分:先进制造对机械结构的影响 本部分探讨了如何利用现代制造技术反向指导和优化机械结构设计,特别是针对复杂曲面和轻量化需求。 第十章 计算机辅助结构分析(FEA基础): 系统介绍了有限元分析(FEA)的基本原理,包括网格划分、边界条件施加和求解器选择。强调如何利用FEA来识别结构中的应力热点和薄弱环节,进行静力学、模态分析和简单的瞬态热分析。本章侧重于分析工具的使用方法和结果的工程判断,而非背后的复杂数值算法。 第十一章 增材制造(3D打印)对结构设计的解放: 探讨了增材制造技术(如选区激光熔化SLM、选择性激光烧结SLS)如何突破传统减材制造的限制。重点在于拓扑优化方法(Topology Optimization)的应用,即如何根据载荷边界条件自动生成仿生、轻量化且满足强度要求的点阵或晶格结构。分析了增材制造材料的各向异性和残余应力对最终结构性能的影响。 第十二章 机构的可靠性设计与公差配合: 基于统计学原理,讲解了公差与配合的设计准则(如基孔制、基轴制),以确保装配的互换性与功能实现。深入探讨了可靠性设计方法,如概率设计和容差链分析,确保在制造公差和材料性能的随机性范围内,机械系统仍能达到预定的可靠性目标。 --- 总结: 《机械设计基础:结构优化与性能提升的艺术》是一部专注于纯粹机械结构与运动学的深度参考书。它致力于为读者提供一套严谨的、基于力学、材料学和先进制造技术的结构设计方法论,确保设计的机械系统在没有外部电子干预的情况下,能够以最高的结构效率和最长的使用寿命稳定运行。全书严格聚焦于刚性、强度、运动与连接,不涉猎电机、传感器、驱动器或反馈控制理论。

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读后感

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用户评价

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如果要用一个词来概括我对这本巨著的整体感受,那便是“结构化的深度”。很多技术书籍要么过于浅显,只介绍表面现象,要么则深不可测,充满了只有少数专家才能理解的术语。然而,这本《机电传动控制》成功地构建了一个从物理世界到数字世界的桥梁,并且这条桥梁的每根梁柱都清晰可见。在对电磁理论的阐述中,它没有绕开麦克斯韦方程组,但它紧接着就用“磁链切割”和“反电动势”这些工程术语将其具象化,确保了理论的严谨性没有牺牲读者的理解顺畅度。在讲解如何优化传动链的机械效率时,书中不仅分析了齿轮啮合的摩擦损失,甚至还对比了不同润滑油在不同工况下的性能差异,这种对细节的极致关注,体现了作者对整个机电系统性能极限的追求。它不仅是一本传授知识的书,更是一本传授“系统思维”的书,培养读者从宏观系统目标出发,层层分解,直到微观元件选择和参数设定的全链路思考模式。

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读完这本关于机械与电气交汇领域的专著后,我最大的感受是其内容的广度和体系的完整性。它不仅仅停留在“如何让电机动起来”的层面,而是将整个传动系统视为一个有生命的、需要精细调理的整体。书中对“噪音与干扰抑制”的讨论,尤其令我印象深刻。在现代精密制造中,电磁兼容性(EMC)和信号完整性往往是决定产品成败的关键因素,很多教科书对此一带而过。但这本书却用了相当大的篇幅,详细分析了电缆的屏蔽技术、接地方式的选择,甚至是如何优化开关电源的布局来减少对敏感控制信号的干扰。这体现了作者深厚的工程实践经验,明白在实际工程项目中,一个设计精良的控制算法可能因为糟糕的布线而被一票否决。此外,关于不同工业总线协议的对比分析也做得非常到位,Modbus、CANopen、EtherCAT,每一种协议的特点、实时性要求和应用场景都被梳理得井井有条,对于需要集成多个子系统的大型自动化项目来说,这本书提供了一张清晰的“通讯地图”,极大地拓宽了我的系统集成视野。

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这本书的编排风格极其具有启发性,它不像传统的教材那样按部就班地堆砌知识点,反而更像是一位经验丰富的导师,带着你进行一场结构化的思考训练。让我眼前一亮的是其对“故障诊断与预测性维护”模块的引入。在当前的工业4.0背景下,仅仅实现控制是不够的,如何让设备在发生故障前发出预警,是提升设备稼动率的核心。作者在这里引入了基于电流特征分析和振动信号模式识别的一些前沿方法,虽然这些内容涉及到一些信号处理的基础,但展示的方式非常直观。比如,通过对比正常运行时的电流谐波谱图和轴承磨损时的频谱变化,读者可以清晰地看到“异常”是如何在数据中留下蛛丝马迹的。这种前瞻性的内容设置,使得这本书的生命力得以延长,它不仅仅教授了“如何做”,更启发我们思考“如何做得更智能、更可靠”。它促使我思考,在未来,控制系统本身就应该具备一定的自学习和自适应能力,而这本书提供的正是构建这种能力的基石。

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这本《机电传动控制》的书籍,从书名来看,我本以为会是一本偏向于理论推导和复杂数学模型的艰深著作,毕竟“传动控制”这几个字本身就带着一股严谨和晦涩的气息。然而,当我翻开第一章时,我发现作者的笔触比我想象的要平易近人得多。它并没有一开始就将读者抛入高深的拉普拉斯变换或者状态空间分析的海洋,而是非常巧妙地从一个实际的工业场景——比如一个简单的伺服电机如何精确地跟随指令运动——入手,循序渐进地搭建起整个控制系统的概念框架。书中对于各种执行器和传感器的介绍,无论是步进电机、直流无刷电机,还是编码器和光电开关,都配有清晰的结构图和工作原理剖析,让人仿佛能亲手触摸到那些冰冷的机械部件,理解它们“思考”的逻辑。特别是关于PID控制的章节,作者没有止步于公式的罗列,而是深入探讨了如何根据不同的机械特性(比如惯性大小、摩擦力矩)来整定P、I、D这三个参数,甚至还引入了“经验调参法”和“自动整定工具”的对比分析,这对于初入行业的工程师来说,简直是宝典级别的指导,避免了在实际调试中那种“瞎猜乱试”的窘境。总而言之,它成功地在理论的深度和工程的实用性之间找到了一个绝佳的平衡点,没有让人感到迷失在书本的象牙塔里,而是紧密地联系着车间里的实际问题。

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这本书在讲解控制算法的软件实现层面,展现出一种务实且现代的编程思想。很多同类书籍可能只停留在数学模型层面,但在实际操作中,如何将这些模型高效地映射到PLC、单片机或者DSP平台上,却是一个巨大的鸿沟。这本书很好地弥补了这一空白。它详细介绍了面向对象的编程思想在构建可重用控制模块时的优势,并以伪代码和部分C语言片段展示了如何将复杂的控制逻辑封装成易于调用的函数库。尤其是在处理多轴同步运动控制的部分,书中展示了一种基于虚拟轴和插补运算的实现思路,这对于从事CNC或机器人领域的读者来说,无疑是极具价值的实战经验。它教会我们如何用更抽象、更模块化的方式来管理复杂的运动序列,而不是陷入无休止的定时器中断和状态机跳转中。这种强调软件工程实践的视角,让这本书的价值远超了一般的“原理”书籍,更像是一本“工程实现指南”。

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