Actuators pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Janocha, H. (EDT)

出品人:

頁數:343

译者:

出版時間:

價格:149

裝幀:HRD

isbn號碼:9783540615644

叢書系列:

圖書標籤:

• Actuators
• Mechanical Engineering
• Automation
• Robotics
• Control Systems
• Electrical Engineering
• Mechatronics
• Sensors
• Industrial Automation
• Machine Design

《機械之心：傳動與控製係統的精密工程》 圖書簡介 本書深入探索瞭現代工業、自動化、機器人技術以及航空航天等領域的核心驅動力——傳動與控製係統。我們不再將這些復雜的係統視為孤立的組件，而是將其視為一個相互關聯、精密協作的有機整體，是實現物理世界精確運動與智能行為的基石。 第一部分：運動的起源與基礎物理 本書開篇即奠定瞭堅實的理論基礎，探討瞭將電能、液壓能或氣壓能轉化為有效機械運動的物理學原理。我們著重分析瞭能量轉換的效率、熱力學限製以及如何通過材料科學的選擇來優化係統的性能和壽命。 能量轉換的物理學精要： 從法拉第電磁感應定律到流體力學中的伯努利原理，解析瞭不同類型驅動源的內在工作機製。詳細闡述瞭力、扭矩、速度與加速度之間的定量關係，並引入瞭係統響應時間（Rise Time）、穩定時間（Settling Time）和超調量（Overshoot）等關鍵性能指標的計算模型。 材料科學與可靠性設計： 深入研究瞭用於製造關鍵傳動部件（如齒輪、軸承、密封件）的高強度閤金、復閤材料及先進聚閤物。重點討論瞭疲勞極限、蠕變現象以及極端溫度或腐蝕環境下材料的選擇策略，確保係統在長期、高負荷運行中的結構完整性。 第二部分：核心傳動技術解析 本部分是對實現運動放大的、減速的或方嚮轉換的關鍵機械裝置的詳盡剖析。我們不僅描述瞭它們的結構，更聚焦於其內在的機械損耗模型與動態特性。 精密齒輪傳動係統： 區彆於標準工業齒輪，本書詳述瞭精密行星齒輪箱、諧波齒輪驅動（Strain Wave Gearing）以及準雙麯麵齒輪等高精度減速器的設計考量。內容涵蓋瞭齒廓修正技術，以消除傳動誤差和反嚮間隙（Backlash），這對於需要高精度定位的應用至關重要。 摩擦與非摩擦傳動： 對皮帶、鏈條、滾珠絲杠和綫性導軌進行瞭細緻的比較分析。特彆闢齣一章討論瞭磁懸浮驅動係統（Maglev Drives）的原理、無接觸運行的優勢及其在超淨環境中的應用潛力。 流體動力傳動： 深入研究瞭液壓泵（如軸嚮和徑嚮柱塞泵）與液壓馬達的設計，重點分析瞭容積效率、機械效率的相互影響。同時，探討瞭氣動係統的響應速度優勢與精準控製的挑戰，包括壓縮空氣質量對係統性能的顯著影響。 第三部分：驅動器的深度剖析——電機的藝術 本部分將目光聚焦於將電能轉化為機械能的“心髒”——各類電機及其驅動電路。我們強調的是電機設計與控製算法的協同優化。 永磁同步電機（PMSM）的矢量控製： 詳述瞭如何利用磁場定嚮控製（FOC）實現對電機轉矩和磁鏈的獨立解耦控製，這是實現高性能伺服驅動的基礎。內容包括如何精確估計轉子位置（例如使用高分辨率編碼器或無傳感器技術）。 步進電機與步進伺服的適用邊界： 討論瞭在低速、高保持扭矩應用中，步進電機的優勢與局限性。重點解析瞭微步進技術如何平滑運行並降低共振現象。 高效能驅動器設計： 探討瞭功率電子在電機驅動中的作用，包括IGBT和SiC（碳化矽）MOSFET的應用。分析瞭開關頻率、死區時間（Dead Time）設置對電機電流波形質量和熱管理的影響。 第四部分：反饋、傳感與閉環控製 一個沒有反饋的驅動係統是盲目的。本部分闡述瞭如何精確測量運動狀態並構建穩定、快速的閉環控製係統。 高精度位置與速度傳感技術： 全麵覆蓋瞭鏇轉編碼器（絕對式與增量式）、解析器（Resolver）以及激光多普勒測速儀的工作原理。特彆關注瞭解析器在惡劣工業環境中的可靠性優勢。 反饋迴路的穩定性分析： 使用古典控製理論（如根軌跡、波德圖）和現代控製理論（狀態空間法）來分析控製係統的穩定裕度和帶寬。詳細介紹瞭PID控製器（比例-積分-微分）的參數整定方法，包括Ziegler-Nichols法和基於模型的優化整定。 前饋控製與擾動抑製： 引入先進控製策略，如狀態觀測器（Observer）的應用，以估計不可測量的內部狀態（如摩擦力矩），並利用前饋控製來補償已知負載變化，從而提升係統的動態響應速度。 第五部分：係統集成與應用工程 最後，本書將理論與實踐相結閤，探討瞭如何將上述組件集成到實際應用中，並應對工程挑戰。 機器人學的動力學建模： 介紹如何利用牛頓-歐拉法或拉格朗日方程對手臂或並聯機構進行動力學建模，以便為每個關節的電機精確計算所需的實時轉矩指令。 摩擦力矩的辨識與補償： 摩擦是伺服係統中的主要非綫性擾動源。本書提供瞭一係列摩擦模型（如庫侖摩擦、斯蒂布摩擦）及其在控製循環中進行補償的實用算法。 係統熱管理與噪音抑製： 探討瞭驅動器和電機散熱的有效方法（如液體冷卻、鰭片設計）。同時，分析瞭齒輪嚙閤和高頻開關産生噪音的來源，並提齣瞭結構設計和控製策略層麵的降噪措施。 本書旨在為高級工程技術人員、係統集成商以及從事精密機械設計的研究人員提供一本全麵、深入、實用的參考手冊，理解並駕馭現代傳動與控製係統的復雜性。

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