具体描述
本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，本书上册分为两个部分。第一部分简要叙述工业系统的一般组成及执行器和驱动器的作用，介绍了常见的机械执行机构以及电气、液压、气动驱动元件、执行元件和控制元件。第二部分通过对几种物理量的测量介绍了工业系统测量的基本内容，包括传感器、信号调理电路和显示装置。作为预备知识，叙述了几种通用测量仪器的基本用法和常用元器件的基本特性及应用。书中很多内容有通用器材或自制装置配合使用。
本书是低年级理工科本科生的工程训练教材，也可供高等职业技术院校学生和企业员工培训使用，还可供工程技术人员参考。
工业系统的驱动、测量、建模与控制（上册） 内容简介 本书作为“工业系统的驱动、测量、建模与控制”系列的上册，深入浅出地剖析了现代工业生产中至关重要的几个核心环节。它不仅为读者构建了一个全面而深入的工业系统认知框架，更着重于打下坚实的理论基础，为后续更高级别的控制理论与应用奠定基石。全书聚焦于工业系统的“动力之源”——驱动技术，对各种驱动方式的原理、特性、应用场景进行了详尽的阐述；“感知之眼”——测量技术，系统性地介绍了工业环境中实现精确数据采集的关键方法与仪表；以及“思维之核”——系统建模，探讨了如何将复杂的物理过程抽象为数学模型，以便进行分析和设计。 第一篇：工业系统的驱动技术 在工业生产的宏大图景中，驱动系统是赋予机械生命、实现运动和力量传递的基石。本篇内容将带您深入探索驱动技术的广阔天地，理解其在现代工业中的不可替代性。 电机驱动基础： 直流电机驱动： 从最基础的直流电机原理出发，详细讲解了其工作特性、调速方法（如改变电枢电压、励磁电流）及其在一些特定场景下的优势与局限。会涉及简单的桥式电路、斩波器等基本驱动电路的原理和应用。 交流电机驱动： 感应电机： 重点介绍三相异步电机的结构、工作原理、转矩特性，以及其在工业中广泛应用的原因。我们将深入探讨定子绕组的旋转磁场，转子感应电流与磁场的作用力，以及影响电机性能的关键参数。 同步电机： 讲解同步电机的结构、励磁方式（永磁同步电机、电励磁同步电机），及其在需要精确转速同步或功率因数补偿等场合的应用。 步进电机与伺服电机： 步进电机： 阐述其“步进”工作的独特原理，驱动模式（全步、半步、微步），以及在高精度定位、开环控制等领域的应用。 伺服电机： 详细介绍伺服系统的组成（电机、编码器、驱动器），闭环控制的工作原理，强调其在高动态响应、高精度闭环控制方面的显著优势，并初步介绍其在机器人、数控机床等领域的核心作用。 液压驱动技术： 液压传动原理： 深入解析帕斯卡定律在液压系统中的应用，讲解液压油作为工作介质传递能量的原理。 液压元件： 详细介绍液压泵（齿轮泵、叶片泵、柱塞泵）的类型、结构、性能特点及选择原则；液压马达的类型及其与泵的对应关系；各种阀门（方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀）的功能、工作原理、符号表示，以及在控制液压执行元件运动时的作用。 液压执行元件： 重点讲解液压缸（单作用、双作用、多级缸）的结构、工作原理、参数选择，以及液压马达的类型（径向柱塞、轴向柱塞、齿轮）及其在实现旋转运动中的应用。 典型液压回路： 分析介绍几种经典的液压回路，如变量泵闭式回路、变量泵开式回路、恒压变量泵回路等，理解它们如何实现不同的控制功能，如速度控制、压力补偿、负载敏感等。 气动驱动技术： 气压传动原理： 讲解压缩空气作为工作介质的特点，如易获取、清洁、易存储等，及其在气压传动中的应用。 气动元件： 介绍气源处理元件（空气压缩机、过滤器、减压阀、油雾器）的作用；气动执行元件（气缸、气动马达）的类型、结构及特点；气动阀门（方向控制阀、行程阀、压力阀、流量阀）的功能、原理及符号。 气动回路： 分析介绍简单气动回路的设计，如气缸的往复运动控制、速度调节、借助辅助元件实现特定功能等。 第二篇：工业系统的测量技术 精确而可靠的测量是工业系统实现有效监控和控制的前提。本篇内容将带您系统地了解工业现场常用的测量技术及其原理。 传感器基础： 传感器的基本概念： 定义传感器及其在工业系统中的作用，介绍传感器的主要性能指标，如灵敏度、线性度、迟滞、分辨率、精度、响应时间等。 传感器的工作原理分类： 介绍基于不同物理效应的传感器，如电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、霍尔效应式等。 位移与位置测量： 线性位移传感器： 介绍线性电位计、LVDT（线性可变差动变压器）、霍尔效应位移传感器、激光位移传感器等的工作原理及应用。 角度位移传感器： 讲解旋转电位计、编码器（增量式编码器、绝对式编码器）的结构、工作原理、信号输出方式及其在高精度角度测量中的应用。 力与压力测量： 测力传感器： 介绍应变片式测力传感器的工作原理，包括应变片的粘贴、桥路连接、信号放大等。 压力传感器： 讲解基于压阻效应、电容效应的压力传感器的原理，以及不同类型压力传感器（绝对压力、相对压力、差压）的适用场合。 温度测量： 热电偶： 深入解析塞贝克效应，介绍不同类型热电偶（K型、J型、T型、E型等）的特性、测温范围及应用。 热电阻（RTD）： 讲解金属电阻随温度变化的原理，重点介绍Pt100等铂电阻的特性、测温范围和精度。 红外测温仪： 介绍其非接触式测温原理，辐射定律及其在高温、移动或不便接触物体温度测量中的应用。 流量测量： 差压式流量计： 讲解孔板、文丘里管、喷嘴等节流装置的工作原理，基于伯努利方程的流量计算。 电磁流量计： 介绍法拉第电磁感应原理在导电液体流量测量中的应用。 涡轮流量计： 讲解流体驱动涡轮叶片旋转，通过测量转速来计算流量的原理。 超声波流量计： 介绍行波法、时差法等超声波在流体中传播速度变化原理。 液位测量： 浮子式液位计： 讲解基于浮力原理的液位测量方法。 差压式液位计： 介绍通过测量液柱产生的静压来推算液位的方法。 雷达/超声波液位计： 讲解利用电磁波或声波发射与接收时间来测量液位的方法。 第三篇：工业系统的建模基础 系统建模是理解、分析和控制复杂工业过程的基石。本篇内容将引导读者掌握将实际物理过程转化为数学描述的方法。 物理系统的建模方法： 质量守恒定律： 如何应用质量守恒定律来建立物质平衡方程，例如在化学反应器、储罐等系统中的建模。 能量守恒定律： 如何应用能量守恒定律（热力学第一定律）来建立能量平衡方程，例如在传热过程、动力设备等系统中的建模。 动量守恒定律： 如何应用动量守恒定律来建立动量平衡方程，例如在流体动力学、机械系统等中的建模。 动态系统的数学描述： 微分方程： 讲解如何利用物理定律推导出描述系统动态变化的微分方程，这是系统建模的核心。 传递函数： 介绍拉普拉斯变换在分析动态系统中的应用，如何从微分方程导出系统的传递函数，以及传递函数在描述系统输入输出关系中的作用。 状态空间方程： 讲解以状态向量描述系统内部状态的方法，以及如何建立状态空间方程，这种方法在现代控制理论中具有重要地位。 典型工业系统的模型示例： 一阶惯性系统： 以RLC电路、热传导过程等为例，建立简单的一阶微分方程模型，分析其时间常数等参数的影响。 二阶振荡系统： 以弹簧-质量-阻尼系统、LC电路等为例，建立二阶微分方程模型，分析其阻尼比、固有频率等参数对系统响应的影响。 多输入多输出（MIMO）系统初步： 简要介绍如何处理存在多个输入和多个输出的复杂系统，为后续学习MIMO控制打下基础。 模型辨识简介： 概念与意义： 引入模型辨识的概念，即通过实测数据来确定系统模型的参数或结构。 简单辨识方法： 介绍一些基本的模型辨识方法，如基于系统响应的参数估计算法。 本书的上册内容，旨在为读者构建一个扎实的工业系统基础认知。通过对驱动技术的全面梳理，使读者理解工业系统为何能动起来；通过对测量技术的深入讲解，让读者明白如何“看见”和“感知”工业系统的运行状态；再通过对系统建模方法的介绍，引导读者如何用数学的语言来描述和理解这些复杂过程。这些知识的掌握，是通往更高级别控制策略和自动化解决方案的必经之路。
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