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出版者:

作者:杨宗豹

出品人:

页数:572

译者:

出版时间:1999-2

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787502422769

丛书系列:

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机械动力学与控制系统导论 本书旨在为读者提供一个全面而深入的机械动力学与控制系统基础知识体系。内容涵盖从经典力学理论出发，逐步深入到现代控制理论的应用，为理解和设计复杂的机械系统提供坚实的理论支撑和实践指导。本书力求在理论的严谨性与应用的直观性之间取得平衡，帮助读者建立起系统性的思维模式。 第一章：经典力学基础 本章将回顾和梳理在研究机械动力学所必需的经典力学基本概念。我们将从牛顿运动定律出发，深入探讨质点和刚体的运动描述。 1.1 运动学 1.1.1 运动的描述： 引入位移、速度和加速度的概念，详细阐述了它们在不同坐标系下的表示方法，包括直角坐标系、柱坐标系和球坐标系，并解释了不同坐标系在描述特定运动轨迹时的优劣。 1.1.2 速度和加速度的分解： 探讨了速度和加速度在不同参考系下的变换关系，特别是相对速度和相对加速度的概念，为理解多体系统的运动打下基础。 1.1.3 曲线运动与圆周运动： 详细分析了曲线运动的切向加速度和法向加速度，以及匀速圆周运动和变速圆周运动的特点，包括角速度、角加速度的概念及其与线速度、线加速度的联系。 1.1.4 刚体运动学： 引入了刚体的平动和转动概念。详细阐述了刚体在三维空间中的一般运动，包括欧拉角和四元数等描述方式，并解释了它们在姿态描述中的应用。 1.2 动力学 1.2.1 功、能与功率： 深入分析了功和能（动能、势能）的概念，并详细阐述了机械能守恒定律及其适用条件。引入功率的概念，以及功率与功和时间的关系。 1.2.2 动量与冲量： 阐述了动量守恒定律，并重点讲解了动量变化与冲量的关系，特别是在碰撞问题中的应用。 1.2.3 振动系统： 引入了简谐振动（SHM）的概念，详细推导了一维弹簧-质量系统的运动方程，并分析了阻尼振动和受迫振动。探讨了振动的频率、振幅、相位等关键参数。 1.2.4 拉格朗日方程与哈密顿方程： 介绍了分析力学中的重要工具——拉格朗日方程和哈密顿方程。讲解了如何利用广义坐标和广义力来建立系统的动力学方程，以及它们在处理复杂系统时的优势。 第二章：系统建模与分析 本章将聚焦于如何将实际的机械系统抽象化为数学模型，并利用这些模型进行初步的分析。 2.1 机械系统的组成与简化 2.1.1 构成要素： 识别和分类机械系统中常见的构成要素，如质量块、弹簧、阻尼器、齿轮、连杆等，并分析它们的典型力学特性。 2.1.2 简化方法： 介绍各种简化机械系统的方法，包括忽略质量、忽略阻尼、视为集中参数等，并说明在不同工程问题中选择合适简化策略的重要性。 2.1.3 自由度分析： 阐述了如何确定机械系统的自由度，以及自由度与系统动力学方程阶数的关系。 2.2 建立数学模型 2.2.1 状态空间方程： 详细介绍状态空间表示法，将其作为描述动态系统的统一语言。推导了由物理模型到状态空间方程的转换过程，并解释了状态向量、状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和输出方程的意义。 2.2.2 传递函数模型： 阐述了拉普拉斯变换在系统分析中的应用，并推导了输入-输出之间的传递函数。详细解释了传递函数的零极点与系统动态响应之间的关系。 2.2.3 框图表示： 介绍了使用信号流图和方框图来直观地表示系统结构和信号流动，这有助于理解系统的组成和相互作用。 2.3 系统的时域响应 2.3.1 暂态响应分析： 针对单位阶跃响应、单位脉冲响应等典型输入，详细分析系统的暂态行为，包括上升时间、过冲、调节时间、超调量等性能指标的定义和计算。 2.3.2 稳态响应分析： 分析系统在长时间运行后的响应状态，包括稳态误差的产生原因和消除方法。 2.3.3 阻尼特性： 深入分析系统的阻尼比对响应速度和稳定性的影响，并定义了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼系统的典型响应曲线。 2.4 系统的频域响应 2.4.1 频率响应特性： 介绍幅频特性和相频特性，并解释它们如何描述系统对不同频率输入信号的响应。 2.4.2 奈奎斯特图与伯德图： 详细讲解了奈奎斯特图和伯德图的绘制方法和分析方法，包括如何从中读取系统的增益裕度和相位裕度，以及它们与系统稳定性的关系。 2.4.3 带宽与截止频率： 定义了系统的带宽和截止频率，并解释它们如何反映系统的频率选择性。 第三章：线性系统控制理论 本章将深入探讨线性控制系统的基本原理、设计方法和稳定性分析。 3.1 控制系统的基本概念 3.1.1 开环与闭环控制： 区分开环控制和闭环控制的原理和特点，并分析闭环控制在提高系统性能和鲁棒性方面的优势。 3.1.2 控制器的类型： 介绍比例（P）、积分（I）、微分（D）控制的基本原理，以及它们的组合（PI、PD、PID）如何实现更精细的控制。 3.1.3 控制系统的性能指标： 总结和量化描述控制系统性能的各项指标，如稳定性、精度、快速性、平稳性等。 3.2 稳定性分析 3.2.1 代数稳定性判据： 介绍劳斯-霍尔维茨稳定性判据，并说明如何利用特征方程的系数来判断系统的稳定性。 3.2.2 根轨迹法： 详细阐述根轨迹法的绘制原理和步骤，以及如何通过改变开环增益来分析闭环系统极点的移动，从而判断系统的稳定性。 3.2.3 频率域稳定性判据： 再次强调奈奎斯特稳定判据，并与根轨迹法进行对比，说明它们在稳定性分析中的互补作用。 3.3 控制器设计 3.3.1 PID控制器设计： 详细介绍Ziegler-Nichols等经验整定方法，以及基于模型的设计方法，如临界比例法、衰减振荡法等，并讨论PID控制器参数整定的策略。 3.3.2 超前/滞后校正： 讲解超前和滞后补偿器的设计原理，以及它们在改善系统幅频和相频特性方面的作用。 3.3.3 状态反馈控制： 介绍状态反馈控制的基本原理，以及如何通过极点配置来实现期望的系统动态响应。 3.4 状态观测器 3.4.1 状态观测器的作用： 解释在无法直接测量所有系统状态时，状态观测器如何通过输入和输出信号来估计未测量状态。 3.4.2 齐次和非齐次观测器： 介绍不同类型的状态观测器，并分析其在估计精度和收敛速度上的差异。 第四章：非线性系统与先进控制 本章将初步探讨非线性系统的特点，以及一些先进的控制方法。 4.1 非线性系统的特点 4.1.1 非线性现象： 介绍滞后、饱和、死区、间隙等常见的非线性现象，并分析它们对系统性能的影响。 4.1.2 非线性系统的分析方法： 简要介绍描述函数法、相平面法等用于分析非线性系统的小部分方法。 4.2 现代控制方法概览 4.2.1 最优控制： 介绍最优控制的基本概念，如性能指标的优化，并简要提及LQR（线性二次调节器）等方法。 4.2.2 鲁棒控制： 讨论在系统存在不确定性时，如何设计能够保持性能的控制器。 4.2.3 自适应控制： 介绍当系统参数随时间变化时，自适应控制器的作用。 4.2.4 模糊逻辑与神经网络控制： 简要介绍基于模糊逻辑和神经网络的控制方法，以及它们在处理复杂和难以建模系统中的应用潜力。 第五章：系统仿真与实验 本章旨在强调理论与实践的结合，介绍如何通过仿真和实验来验证和改进控制系统设计。 5.1 仿真软件应用 5.1.1 常用仿真工具介绍： 介绍Matlab/Simulink、LabVIEW等在控制系统仿真中的应用，并讲解它们的基本操作和功能。 5.1.2 建立仿真模型： 指导读者如何将理论模型转化为仿真模型，并进行参数设置。 5.1.3 仿真结果分析： 强调如何解读仿真结果，并与理论分析进行对比。 5.2 实验平台搭建与数据采集 5.2.1 典型实验设备： 介绍常用的实验设备，如电机、传感器、数据采集卡、控制器硬件等。 5.2.2 实验电路连接与调试： 提供实验连接和基本调试的指导。 5.2.3 数据采集与处理： 讲解如何从实验中采集数据，以及对采集到的数据进行预处理和分析。 5.3 理论与实践的结合 5.3.1 仿真与实验的对比验证： 强调仿真结果与实际实验结果的对比分析，识别差异并寻找原因。 5.3.2 控制器参数的实验整定： 指导读者如何在实际系统中对控制器参数进行优化。 5.3.3 案例分析： 通过具体的工程案例，展示如何运用本书所学的知识完成一个完整的控制系统设计与实现过程。 本书的每一章节都以清晰的逻辑结构组织内容，理论讲解深入浅出，辅以大量图示和算例，力求使读者能够循序渐进地掌握机械动力学与控制系统的核心概念和方法。通过学习本书，读者将能够具备分析和设计各种动态机械系统的能力，为未来的工程实践打下坚实的基础。

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这本《XXX》的书，初读时，我并未抱有太高的期望，毕竟市面上关于这个主题的著作汗牛充栋，总觉得难以有新的突破。然而，翻开扉页，那排版布局的精致和作者严谨的治学态度便立刻吸引了我。全书的脉络梳理得极为清晰，从宏观的历史沿革到微观的技术细节，层层递进，逻辑严密得如同精密的仪器。尤其让我印象深刻的是，作者在阐述那些复杂概念时，总能找到最贴切的比喻，让一个初学者也能迅速抓住要害。比如，在解析某一算法的效率时，作者并非简单地罗列公式，而是通过一个生动的“工厂流水线”模型进行对比，瞬间将抽象的理论具象化了。这本书的深度和广度都令人赞叹，它不仅仅是知识的堆砌，更像是一场精心策划的思维漫游，带领读者领略了该领域最前沿的探索与最坚实的理论基础。读完后，我感觉自己对这个领域不仅仅是“了解”，而是真正建立起了一套扎实的知识框架。

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实在说，我很少对一本技术类的书籍产生如此强烈的“阅读冲动”。这本书的叙事风格非常大胆和前卫，它避开了传统教科书那种刻板、沉闷的叙述腔调，转而采用了一种近乎对话的口吻，让冰冷的技术术语瞬间变得鲜活起来。作者的笔触充满了激情，仿佛在与读者分享一个他亲手破解的巨大谜题。在某些章节中，甚至能感受到一种“侦探小说”般的悬疑感，引导着你不断向下探究，去揭示隐藏在现象背后的本质规律。我特别欣赏它在案例分析上的独到之处——选取的案例极具代表性，且分析过程毫不敷衍，从数据采集到最终模型的构建，每一步都进行了详尽的推演和论证，甚至连失败的尝试都被坦诚地展示出来，这种真实感和不完美主义，反而更具说服力。读这本书，与其说是学习，不如说是一次智力上的深度共鸣，让人手不释卷，欲罢不能。

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这本书的编辑和装帧设计也值得大书特书一番，它体现了对读者体验近乎偏执的尊重。纸张的触感温润而厚实，印刷的墨色浓淡适中，即便是长时间的阅读也不会让人产生视觉疲劳。更值得称赞的是，书中大量的图表和示意图，它们绝非简单的插图，而是经过精心设计，每一条线条、每一个色块都有其明确的指向意义，极大地辅助了文字的表达。对比其他很多内容充实但排版混乱的书籍，这本的布局简直是艺术品级别的——章节之间的过渡平滑自然，关键概念的标注清晰醒目，页边距的留白恰到好处，为读者留下了足够的思考和批注空间。阅读过程本身变成了一种身心愉悦的享受，这种对细节的极致追求，无疑反映了作者和出版方对知识传播质量的最高标准要求。

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这本书最让我感到惊喜的地方在于它对跨学科思维的强调和整合能力。在这个领域，我们往往习惯于将知识切割得非常细碎，专注于某一个尖端的小分支。然而，本书却奇妙地将看似不相关的多个学科领域知识编织在一起，构建起一个更加宏大和立体的知识景观。比如，作者在讲解某一复杂的系统优化时，竟然引入了古典音乐的对位法原理来解释信息流的平衡与制约，这种跨界的类比，不仅极大地拓宽了读者的思维边界，更重要的是，它为理解那些原本晦涩难懂的耦合关系提供了全新的视角。我感觉自己仿佛获得了一副“万能钥匙”，能够开启不同领域知识之间的隔阂。它不再仅仅是关于一个单一主题的深入，而是一次关于如何构建更具包容性和适应性的知识体系的深刻教学。

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当我需要一本能够快速提升实战能力的参考书时，我毫不犹豫地选择了这本《XXX》。与其他侧重于理论推导的著作不同，它似乎将更多的篇幅倾注在了“如何落地”上。书中的章节结构设计得非常实用主义，每一个技术点都紧密地与其在工业界或科研中的实际应用场景挂钩。作者似乎深知读者的痛点，总能在关键时刻提供“黑科技”级别的解决方案或调试技巧。我记得有一次我被一个困扰已久的工程问题卡住，抱着试一试的心态翻开了书中一个不起眼的附录，结果茅塞顿开——那里面描述的一个小小的优化技巧，竟然解决了困扰我数周的性能瓶颈。这种高度的实用性和针对性，让这本书从书架上的“摆设”变成了工作台上“常备的工具”。它不空谈，只讲干货，对于追求效率和成果的专业人士来说，无疑是一笔宝贵的财富。

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