具体描述
本书以经典控制理论为基本内容，结合机电控制系统实例，阐述控制工程的基本理论、基本方法和基本内容。主要内容包括控制工程的基本概念数学模型、时域和频域分析、控制系统的稳定性和性能分析、系统的校正设计、工程设计方法、线性离散系统的分析和设计以及控制系统计算机辅助设计。全书以讲清基本概念，以工程应用能力培养为主线，从工程控制的角度，培养学生掌握思考和分析问题的方法。
本书是高等工科学校机械设计制造及自动化专业系列教材之一，也可作为近机类、非自控类专业和自考学生的教材，同时也可作为高职高专学生的教材和教学参考书。本书也可供工程技术人员学习机电控制工程时参考。
精密制造的蓝图：现代数控技术与应用 本书导读： 在当代工业体系中，精密制造已成为衡量一个国家工业水平的核心指标。本书《精密制造的蓝图：现代数控技术与应用》并非传统意义上的电机或电气控制基础读物，而是聚焦于信息技术、机械工程和自动化控制深度融合的前沿领域——计算机数控（CNC）技术。本书旨在为读者提供一个全面、深入、且极具实践指导意义的数控技术知识体系，它将机械加工的艺术性与现代信息化的严谨性完美结合。 第一部分：数控技术的核心原理与系统架构 本部分着重剖析数控系统的“大脑”与“神经系统”。我们不会深入探讨传统的机电控制元件如何搭建基础电路，而是将重点放在数控机床的整体结构、功能划分以及信息流的传递机制。 第一章：数控系统的演进与现代结构 本章首先回顾了从传统手动操作到数控（NC）、再到先进的计算机数控（CNC）的演变历程。重点阐述了现代CNC系统的三层架构：设备层（包括机床本体、驱动装置、伺服系统）、控制层（CNC控制器硬件与操作系统）以及编程/管理层（CAM软件与数据交互）。深入分析了开放式数控系统（Open CNC）与封闭式数控系统（Closed CNC）的差异性及其在不同应用场景下的优劣权衡。讨论了高性能嵌入式系统在数控内核中的应用，以及实时操作系统（RTOS）如何保证加工过程的绝对同步与精度。 第二章：数控编程语言——G代码与M代码的精深解析 如果说机电控制是“力”的实现，那么数控编程就是“意图”的表达。本章将彻底颠覆读者对简单指令的理解，将G代码（几何指令）和M代码（机器功能指令）提升到工艺逻辑的高度。我们详细解析了ISO 6983标准下的各类代码组，包括刀具补偿（G41/G42/G43）、坐标系设定（G54-G59）、固定循环（Fixed Cycles）的优化调用，以及高速高精度加工（HSC/HPC）所需的专用代码块。此外，本书还引入了宏程序（Macro Programming）的编写与调试技巧，展示如何利用变量、判断语句和循环结构实现复杂零件的自适应加工路径生成，极大地提高了编程效率和灵活性。 第二部分：高精度运动控制与伺服驱动技术 本书的第二部分将焦点从软件指令转向了硬件层面的高精度执行。这部分内容聚焦于如何将数字信号转化为平稳、精确的机械运动，而非传统的电机启动、停止或简单的反馈回路分析。 第三章：现代伺服驱动系统与闭环控制 本章详细探讨了现代数控机床中常用的交流伺服系统，摒弃对基础电机理论的冗余介绍，直接切入伺服驱动器（Drive）的电流环、速度环和位置环的层级控制结构。深入剖析了矢量控制（Vector Control）和直接转矩控制（DTC）在伺服系统中的应用，这些技术是保证刀具在高速切削中扭矩输出平稳、无脉动的关键。重点讲解了如何利用高分辨率编码器（如直线光栅）实现纳米级的定位精度，以及如何通过软件进行反向间隙补偿和螺距误差补偿。 第四章：插补算法与坐标变换 在数控加工中，插补是实现平滑曲线运动的核心技术。本章将详细介绍直线插补（DDA算法）和圆弧插补（中点圆算法/参数法）的原理，并重点阐述高速高精度CNC中的多轴联动插补技术，如五轴联动加工中的运动学模型求解。引入云台运动学和笛卡尔坐标系到机床坐标系的复杂变换矩阵计算过程，展示如何通过实时计算确保刀具末端点（TCP）的精确位置和姿态。 第三部分：CAM集成与智能制造基础 本书的后半部分则将视角从单台机床的控制，扩展到整个制造流程的集成与优化。 第五章：从三维模型到数控代码的转化——CAM技术 本章深入探讨计算机辅助制造（CAM）软件的工作流程。它涵盖了特征识别、刀具路径的生成策略（如等高线、投影、流线等）、切削参数（转速、进给率）的优化设置，以及如何处理复杂曲面（NURBS）的刀具路径生成。重点介绍了后处理器（Post-Processor）的作用，这是连接通用CAM平台与特定CNC控制器之间的桥梁，学习如何根据不同品牌控制器（如西门子、FANUC、海德汉）的特性定制后处理文件，确保生成代码的有效性和高效性。 第六章：机床联网、数据采集与过程监控 面向工业4.0的背景，本章探讨了数控机床的联网化与数据集成。介绍了MTConnect、OPC UA等工业通信协议在数控环境中的应用，用于实时采集机床的运行状态（OEE）、主轴负载、刀具磨损信息以及加工误差数据。讨论了基于物联网（IoT）的远程诊断与预测性维护的基本框架，即如何利用采集到的数据对关键部件（如滚珠丝杠、主轴轴承）的健康状况进行实时评估和预警，实现从“故障后维修”到“预测性维护”的转变。 结论：面向未来的精密制造系统 本书总结了现代数控技术在航空航天、模具制造、生物医疗器械等高精尖领域的应用案例，并展望了增材制造（3D打印）与减材制造（CNC）的融合趋势，以及人工智能在工艺参数自适应优化中的潜在作用。本书为读者构建了一个完整的、面向实践的现代精密制造技术全景图。
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