机械原理与设计实验

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出版者:哈尔滨工程大学出版社
作者:王世刚
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2004-05-01
价格:16.0
装帧:
isbn号码:9787810735797
丛书系列:
图书标签:
  • 机械原理
  • 机械设计
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具体描述

现代控制工程基础 内容简介 本书深入浅出地介绍了现代控制理论的基本原理、分析方法和设计技术,旨在为读者提供坚实的理论基础和实用的工程技能。全书结构清晰,逻辑严谨,内容涵盖了从经典控制理论向现代控制理论过渡的关键概念,并重点阐述了状态空间法在复杂系统分析与控制设计中的应用。 第一部分:经典控制理论回顾与过渡 第一章:系统动力学与线性化基础 本章首先回顾了控制系统的基本组成与功能,明确了反馈控制的核心思想。随后,详细讲解了描述系统动态行为的微分方程和传递函数模型。重点阐述了非线性系统的线性化处理过程,包括泰勒级数展开法在确定工作点附近的线性化应用,为后续的线性系统分析奠定基础。此外,还引入了系统的基本性能指标,如稳态误差、超调量和调节时间,并初步探讨了系统的稳定性概念。 第二章:时域分析与根轨迹法 本章聚焦于系统在时域中的动态响应分析。通过分析单位阶跃和单位脉冲输入下的响应,深入剖析了系统的暂态性能。详细介绍了二阶系统的标准形式及其与阻尼比、自然频率的关系。随后,系统地讲解了根轨迹分析法,包括根轨迹的绘制规则、对系统参数变化的敏感性分析,以及如何利用根轨迹来指导控制器(如比例、比例-积分、比例-微分控制器)的初步设计,以满足特定的时域性能要求。 第三章:频域分析与伯德图/奈奎斯特图 频域分析是理解系统稳定裕度和动态特性的重要工具。本章详细介绍了频率响应的概念,以及如何通过傅里叶变换将时域模型转换为频域模型。重点在于绘制和解读伯德图(Bode Plot),包括增益裕度和相位裕度的计算及其与系统稳定性的直接关联。同时,深入探讨了奈奎斯特稳定性判据,特别是其在处理开环传递函数复杂情况下的强大优势。 第二部分:现代控制理论核心——状态空间方法 第四章:状态空间表示法 状态空间法是现代控制理论的基石。本章从系统的物理结构出发,构建系统的状态变量定义。详细讲解了如何将高阶微分方程转换为标准形式的一阶线性常微分方程组——状态空间方程 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和输出方程 $mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。系统地介绍了从传递函数到状态空间模型(包括伴随标准型、对角标准型等)的相互转换方法,并讨论了系统矩阵 $mathbf{A}$ 的性质对系统动态行为的决定性影响。 第五章:系统性质分析:能控性与能观测性 能控性和能观测性是系统状态空间设计的前提条件。本章对这两个核心概念进行了严格的数学定义和判据推导。详细讲解了卡尔曼(Kalman)能控性矩阵和能观测性矩阵的构造及其秩判据。深入分析了不完全能控或不完全能观测系统对控制设计和状态估计的限制与影响。同时,介绍了如何通过相似变换对系统进行解耦和约化,以分离可控或可观测的状态部分。 第六章:线性系统的解:状态转移矩阵 本章专注于求解线性定常系统的状态演化问题。详细推导并阐述了状态转移矩阵 $mathbf{Phi}(t) = e^{mathbf{A}t}$ 的概念及其性质。系统地介绍了计算 $mathbf{A}$ 矩阵指数的几种主要方法,包括利用拉普拉斯逆变换法、相似变换法(通过对角化)以及凯莱-哈密顿(Cayley-Hamilton)定理法。最后,利用状态转移矩阵给出了系统在任意初始条件和外部输入下的完全状态响应表达式。 第三部分:现代控制设计技术 第七章:极点配置与状态反馈控制 极点配置是现代控制设计中最直接、最强大的技术之一。本章基于能控性,阐述了通过设计状态反馈增益 $mathbf{K}$ 来使闭环系统极点(即 $mathbf{A} - mathbf{B}mathbf{K}$ 的特征值)放置在预定位置的设计过程。详细讲解了 Ackermann 公式在计算反馈增益时的具体应用步骤,以及如何处理系统输入维度大于控制输入的限制情况。本章还讨论了设计状态反馈对系统内部稳定性和参考跟踪性能的影响。 第八章:状态观测器设计:Luenberger 观测器 在实际工程中,状态变量往往不能直接测量。本章引入了状态观测器的概念,旨在利用系统的输入和输出信号来估计不可测量的状态向量。重点介绍了 Luenberger 观测器的设计原理,即通过设计一个误差反馈增益 $mathbf{L}$ 使得观测误差 $mathbf{e} = mathbf{x} - hat{mathbf{x}}$ 快速衰减。利用对偶性原理,详细阐述了如何根据能观测性要求来配置观测器的极点。 第九章:基于观测器的全阶与降阶估计 本章将状态反馈控制与状态观测器相结合,形成了完整的“状态估计与反馈”控制结构。详细分析了观测器和控制器的联合系统,并证明了通过极点配置原理,控制器极点和观测器极点可以在一定程度上独立设计(分离原理)。此外,还引入了降阶观测器的设计,特别是在状态变量可以部分测量的场景下,如何简化观测器的复杂性。 第四部分:最优控制与鲁棒性初步 第十章:线性二次型调节器 (LQR) 设计 最优控制旨在以某种性能指标(代价函数)最小化为目标进行控制器设计。本章详细介绍了 LQR 问题的数学描述,即在系统动态约束下,最小化一个包含状态误差平方和控制输入的二次型性能指标 $J = int_{0}^{infty} (mathbf{x}^T mathbf{Q}mathbf{x} + mathbf{u}^T mathbf{R}mathbf{u}) dt$。重点讲解了求解代数黎卡提方程 (ARE) 的方法,以获得最优反馈增益 $mathbf{K}$。 第十一章:系统稳定性与鲁棒性概念 本章对系统的稳定性概念进行了深化,包括李雅普诺夫稳定性、渐近稳定性和指数稳定性。随后,引入了鲁棒控制的基本思想,即控制器设计需要对模型不确定性(如参数变化、未建模动态)具有一定的容忍度。通过对增益裕度和相位裕度的进一步分析,探讨了频域指标在评估系统鲁棒性方面的作用,为后续更高级的鲁棒控制理论打下基础。 本书内容翔实,配有大量的工程实例和习题,适合作为高等院校自动化、机械工程、航空航天等专业本科高年级或研究生关于控制理论与工程课程的教材或参考书。

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读后感

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《机械原理与设计实验》这本书的封面传递出的那种严谨又不失艺术性的感觉,让我对书中内容充满了期待。我一直对“仿生学”在机械设计中的应用着迷,并希望这本书能够触及这一领域。我期待书中能够介绍仿生学的基本思想,即从自然界生物体的结构、功能和运动方式中获取灵感,用于解决工程问题。我希望书中能够提供一些具体的仿生机械设计案例,例如模仿昆虫腿部结构的机器人、模仿鸟类翅膀的飞行器、或者模仿贝壳结构的防护材料等。我特别希望书中能够包含一些“模仿生物运动的机械装置设计与实验”的内容,例如设计一个能够模拟爬行、跳跃或飞行的简单机械模型,并通过实验来验证其运动性能。我还希望书中能够介绍如何利用生物材料或仿生原理来开发新型的机械部件,例如具有自修复功能的材料、或者能够适应环境变化的智能结构。这本书的创新性,让我相信它能够拓宽我的视野,引导我从全新的角度思考机械设计问题,并将自然界的智慧融入到工程实践中,创造出更加高效、智能、甚至具有生命力的机械产品。

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阅读《机械原理与设计实验》这本书,我最为期待的是它能够将抽象的机械原理与具体的实验操作紧密结合起来,让我能够理论与实践同步提升。我对书中“机构学与动力学实验”的组合部分非常感兴趣。我希望它能够详细讲解如何通过实验来分析各种平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构的运动特性,例如如何测量连杆机构的运动速度、加速度,如何通过实验验证凸轮曲线的运动规律,如何测量齿轮传动中的传动比和效率。我尤其希望它能够提供一些关于“机械系统动力学性能测试”的指导,例如如何测量机构的动载荷、振动加速度,如何进行实时的动力学参数辨识。我期待书中能够包含一些易于实现的实验装置的搭建指南,甚至提供一些利用通用零部件组装实验模型的建议。此外,“机械设计原理中的材料力学应用”也是我关注的重点。我希望书中能够通过实验来演示材料的力学性能,例如拉伸、压缩、弯曲、扭转试验,并通过这些实验来理解应力、应变、弹性模量、屈服强度等概念,并能将这些知识应用于机械零件的强度和刚度设计。这本书的实验部分,我期望它不仅仅是简单的操作说明,更能引导我思考实验结果的物理意义,培养我的实验数据处理和分析能力,让我能够独立完成机械设计相关的实验项目,并能从实验中获得宝贵的经验和启示。

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当我拿到《机械原理与设计实验》这本书时,首先被其厚重感所吸引,这预示着内容上的丰富和深入。我一直对机械设计中的“创新”与“优化”环节充满好奇,因此,我对书中可能包含的“机械零件设计与制造”章节抱有极大的期待。我希望它能详细介绍不同类型机械零件(如轴、齿轮、连杆、轴承等)的设计原则,包括材料选择、强度校核、刚度分析以及常见的失效模式。更重要的是,我希望书中能够涵盖现代机械设计中常用的计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)技术,例如如何利用SolidWorks、Pro/ENGINEER等软件进行三维建模、仿真分析和优化设计,并通过实际的实验案例来指导我们如何将这些软件应用到具体的零件设计中。我还对“机械传动装置设计”部分特别感兴趣。我希望它能够详细介绍各种传动方式,如齿轮传动、带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动等的原理、特点、设计计算方法以及在实际应用中的优缺点。我希望书中能够通过一些生动的实例,展示如何根据不同的传动需求选择合适的传动方式,并进行高效、可靠的设计。这本书的篇幅和内容深度,让我相信它能够满足我深入学习机械设计原理的需求,为我将来从事相关领域的研发工作打下坚实的基础,让我能够掌握从概念到实现的完整流程,并能灵活运用各种设计工具和方法,解决实际工程问题。

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这本书的标题《机械原理与设计实验》本身就充满了吸引力,尤其对于我这样一名对机械工程充满好奇的读者来说。我一直梦想着能够亲手操作,将那些复杂的理论付诸实践,而这本书无疑为我打开了这扇大门。从封面传递出的专业感和一丝不苟的排版风格,就能看出编者在内容上的精益求精。翻开扉页,一股油墨的清香伴随着即将展开的知识之旅让我心潮澎湃。我尤其期待书中关于基础机械原理部分的详尽阐述,比如各种运动副的分类、机构的自由度分析、以及经典机械原理图的绘制和解析。我希望它能将那些抽象的概念,如速度瞬心法、虚功原理等,通过清晰的图示和通俗易懂的语言展现出来,让我能够真正理解其背后的物理意义。不仅仅是理论,更重要的是它承诺的“实验”部分,我渴望看到书中如何指导我们搭建实际的机械模型,如何通过实验验证理论,如何分析实验数据并得出结论。我想象着书中可能包含的那些经典实验,比如连杆机构的运动特性分析、凸轮机构的设计与验证、齿轮传动效率的测量等等。我希望这些实验不仅仅是枯燥的数据记录,更能引发我对机械系统深层运作机制的思考,激发我独立解决问题的能力。从封面的色彩搭配和字体选择,就能感受到作者的用心,这不仅仅是一本教科书,更像是一本值得收藏的机械工程入门指南,为我未来的学习和实践打下坚实的基础,让我对机械世界有更深入的认识,并为我打开探索机械奥秘的宝藏之门。

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这本书的封面设计风格透露出一种对细节的极致追求,这让我对《机械原理与设计实验》中的内容抱有极高的期望。我一直对“机器人学”这一前沿领域充满热情,并希望这本书能够为我打开这扇门。我期待书中能够介绍机器人学的基本原理,例如机器人的运动学、动力学、控制理论等,并阐述这些原理如何应用于机器人系统的设计与开发。我希望书中能够提供一些关于“简单机器人机构的设计与实验”的内容,例如设计一个具有一定自由度的机械臂,并学习如何通过编程控制其运动轨迹。我特别关注书中是否会有关于“机器人视觉感知与导航”的实验指导,例如如何利用摄像头和图像处理技术,使机器人能够识别物体、避开障碍物,并实现自主导航。我希望书中能够提供一些实际的机器人应用案例,例如工业机器人、服务机器人、无人驾驶车辆等,并分析它们在设计和实现过程中所面临的挑战和解决方案。这本书的深度和广度,让我相信它能够帮助我理解机器人技术的核心概念,并激发我探索更多关于智能机械和自动化系统设计的可能性,为我投身于这个充满挑战和机遇的领域打下坚实的基础。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的第一印象,封面的设计简洁却不失专业性,色彩运用大胆而和谐,传递出一种严谨又不乏活力的感觉。我迫不及待地翻开,首先映入眼帘的是清晰的目录,让我对全书的章节安排有了初步的了解。我对其中关于“机械系统动力学分析”的部分尤其感兴趣,因为这部分往往是理解机械运动行为的关键。我希望书中能够详细介绍如何运用拉格朗日方程或牛顿-欧拉方法来建立复杂机械系统的动力学模型,并提供相应的数值计算方法和实例。此外,“机械振动与控制”章节也是我关注的重点。我期待书中能够深入讲解振动的产生机理,如固有频率、阻尼比等概念,以及如何通过有效的控制策略来抑制或利用机械振动,例如使用减振器、主动控制系统等。我希望书中不仅仅是停留在理论层面,更能提供一些实际的实验案例,让我们能够亲自动手搭建简单的振动系统,并通过数据采集和分析来验证理论的正确性。我希望书中能够包含一些实际工业应用中的案例研究,例如汽车悬挂系统的减振设计、机器人手臂的运动控制策略等,这样能够更好地理解机械原理在实际工程中的应用价值。这本书的排版设计也十分合理,文字清晰,图表精美,让我能够轻松阅读,并且对内容的吸收更加高效,为我提供了一个极佳的学习平台。

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当我初次接触《机械原理与设计实验》这本书时,其扎实的内容和丰富的案例给我留下了深刻的印象。我一直对“人机工程学”在机械设计中的应用充满兴趣,并希望这本书能够在这方面有所建树。我期待书中能够详细介绍人机工程学基本原理,如人体尺寸、运动学、认知心理学等,并阐述这些原理如何应用于机械产品的设计,以提升用户的使用体验和安全性。我希望书中能够提供一些关于“人机交互界面设计”的实验指导,例如如何设计操作面板、控制按钮、显示器布局等,以确保操作的直观性和便捷性。我特别关注书中是否会有关于“机械产品的人体工学评价”的实验内容,例如如何通过用户测试来评估产品的舒适性、易用性,以及如何根据测试结果进行改进。我希望书中能够提供一些实际的案例分析,展示人机工程学设计如何提升产品的市场竞争力,例如不同类型座椅的舒适度比较、工业设备操作界面的优化设计等。这本书的全面性,让我相信它能够帮助我理解机械设计不仅仅是关于功能的实现,更是关于如何与人进行有效的互动,从而设计出更贴近用户需求、更人性化的机械产品。

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当我拿到《机械原理与设计实验》这本书时,首先被其内容编排的逻辑性所吸引,预示着这是一本系统性很强的专业书籍。我对“机械设备振动与噪声控制”这一主题尤为关注,因为这直接关系到机械系统的性能和使用环境。我希望书中能够深入浅出地讲解机械振动的产生机理,如固有频率、强迫振动、共振等,并提供相应的数学模型和分析方法。我期望书中能够提供多种振动抑制的技术手段,例如惯性力矩平衡、质量块调配、柔性支撑、阻尼减振等,并最好能有相应的实验案例来验证这些方法的有效性。例如,我希望能够通过实验来学习如何通过改变机构参数来改变系统的固有频率,从而避免共振;或者通过安装阻尼器来降低系统的振动幅值。此外,我对“机械噪声的来源与控制”部分也抱有极高的期望。我希望书中能够分析机械设备中噪声的主要来源,如气动噪声、机械噪声、电磁噪声等,并介绍相应的降噪技术,例如隔声、吸声、消声等。我期待书中能够提供一些实际的案例研究,展示如何通过优化设计和采用先进的控制技术,来有效地降低机械设备的运行噪声,创造更安静舒适的工作环境。这本书的实用性,让我相信它能够帮助我掌握解决机械系统振动和噪声问题的核心技术,从而设计出更优质、更符合环保要求的机械产品。

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这本书的标题《机械原理与设计实验》所传达的严谨与实操并重的理念,深深吸引了我。我一直对机械系统的“可靠性”和“耐久性”充满疑问,希望这本书能够提供深入的解答。我尤其对书中关于“机械故障诊断与维修”的章节充满了期待。我希望它能够详细阐述常见的机械故障类型,例如磨损、疲劳、腐蚀、断裂等,以及它们产生的原因和机理。我期望书中能够介绍各种非破坏性检测方法,如听诊法、振动分析法、红外热像法、超声波检测法等,并提供相应的实验操作步骤和数据解读指南。例如,我希望通过实验来学习如何分析振动信号,找出轴承或齿轮的故障特征;如何利用红外热像仪检测设备过热点,判断是否存在摩擦或接触不良。此外,我希望书中也能涵盖一些基本的维修和保养技术,例如润滑、紧固、更换易损件等,并能通过一些实际的案例分析,让我们了解如何根据故障类型制定有效的维修方案。这本书的实操性,让我相信它能够帮助我理解机械系统在实际运行中可能遇到的问题,并掌握解决这些问题的基本方法,让我能够成为一个更懂得如何维护和保障机械设备正常运转的工程师。

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《机械原理与设计实验》这本书的标题本身就充满了知识的厚重感,它承诺的“设计”与“实验”结合,更是让我对其中的内容充满了好奇与期待。我一直对“先进制造工艺”在机械设计中的应用很感兴趣,希望这本书能够提供这方面的见解。我期待书中能够介绍一些现代的机械制造技术,例如数控加工、激光切割、3D打印(增材制造)等,并解释这些技术如何影响机械零件的设计和制造过程。我希望书中能够提供一些关于“基于3D打印技术的机械零件设计与优化”的实验指导,例如如何设计适合3D打印的复杂结构,如何通过迭代设计和打印来验证其性能,以及如何利用3D打印材料的特性来优化零件的功能。我还对“精密机械制造中的公差分析与控制”感兴趣。我希望书中能够详细讲解公差的含义、类型,以及如何进行公差链分析,确保机械零件的装配精度和功能要求。我期待书中能够通过一些实际的实验案例,展示如何通过合理的公差设计和制造过程控制,来提高机械产品的精度和可靠性。这本书的全面性,让我相信它能够帮助我了解从概念设计到最终制造的完整流程,并掌握先进的制造技术,从而设计出更具创新性和实用性的机械产品。

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