Optomechatronics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Cho, Hyungsuck

出品人:

页数:616

译者:

出版时间:2005-11

价格:$ 225.94

装帧:HRD

isbn号码:9780849319693

丛书系列:

图书标签:

Optomechatronics
Precision Engineering
Optical Systems
Mechatronics
Control Systems
Micro-optics
Automation
Robotics
Sensors
Actuators

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具体描述

Representing an evolutionary leap, the integration of optical technologies into mechatronic systems adds a new dimension to an already multifaceted field. Optical elements enhance the functionality of mechatronics and in many cases introduce entirely new capabilities. Likewise, mechatronic elements bring the same synergistic effects to optical systems. However, most books focus on traditional mechatronics while only briefly discussing, or omitting completely, the characteristics of optomechatronic technology. Bringing together the fundamentals and underlying concepts, "Optomechatronics" provides a detailed introduction to this growing field. With emphasis on the importance of interdisciplinary, multiple-technology fusion, this book threads together the background, definition, and characteristics of the field with an integrated view of various disciplines, a system-oriented approach, and a combined view of the macro/micro worlds. It begins with an analysis of a variety of practical optomechatronic systems to identify the underlying concepts and features of each area composing the field. These systems include optics, machine vision, feedback control, and micro-opto-mechanical systems (MOEMS). From this platform, the author demonstrates how to fuse the optical, mechanical, electronic, and microprocessor elements to realize desired functionalities. Finally, the book examines whole optomechatronic systems comprising the components described in the previous section. Whether you are new to the field or have experience in a different engineering discipline, "Optomechatronics" supplies the necessary tools to harness the benefits that optical technologies bring to this important emerging area.

《光电驱动系统：精密运动与智能控制的前沿探索》书籍简介在当今精密制造、生物医学工程、先进光学系统以及宇航探索等领域，对运动控制的精度、速度和可靠性的要求达到了前所未有的高度。传统的机械系统在处理微米级甚至纳米级运动控制时，往往受限于摩擦、磨损、响应延迟以及惯性等物理瓶颈。《光电驱动系统：精密运动与智能控制的前沿探索》深入剖析了如何利用光、电、机械的深度耦合，构建出超越传统限制的新一代驱动与传感系统。本书并非专注于某一特定领域应用的工具书，而是旨在构建一个全面、系统化的理论框架和技术路线图，涵盖了从基础物理原理到前沿工程实现的广阔空间。全书共分为六大部分，结构严谨，层层递进。第一部分：精密运动控制的基础理论与挑战本部分首先确立了精密运动控制在现代工程中的核心地位，并系统梳理了当前面临的主要挑战。我们探讨了运动学、动力学建模的复杂性，特别是在高带宽、高动态范围要求下的建模误差与非线性问题。重点关注了经典控制理论在应对快速时变系统时的局限性，并引入了先进的分析工具，如系统辨识、鲁棒性分析和状态估计技术，为后续设计高性能控制器奠定数学基础。此外，我们还深入分析了环境因素（如温度漂移、振动耦合）对系统性能的实际影响，并初步探讨了如何通过系统级的优化设计来最小化这些干扰。第二部分：高性能驱动器的原理与结构设计驱动器是实现精确运动的核心执行元件。本部分详细对比和分析了多种驱动技术，包括压电驱动器（PZT）、电磁线性电机、音圈电机以及新型的形状记忆合金（SMA）驱动器。对于压电驱动器，我们不仅阐述了其逆压电效应的基本原理，更深入探讨了迟滞效应（Hysteresis）和蠕变（Creep）的微观机理及其对纳米定位精度的制约。本书提供了一套系统的材料选择和结构优化方法，旨在提高驱动器的行程/响应速度比，同时降低高频工作时的热效应。对于电磁驱动器，我们侧重于磁路设计、线圈优化以及永磁材料的选用，重点研究了如何在保持高推力密度的同时，实现极低的电流纹波，以保证输出运动的平滑性。此外，还引入了微纳尺度下新兴的驱动技术，如基于静电力和范德华力的微驱动概念。第三部分：高精度传感与反馈回路的构建没有精确的反馈，再好的驱动器也无法实现精确控制。本部分全面覆盖了用于高精度定位和测量的传感技术。详细分析了激光干涉仪、电容式传感器、高分辨率编码器（光学和磁学）的工作原理、精度限制和环境敏感性。特别地，我们投入大量篇幅讨论了如何设计和实现高精度、高带宽的状态观测器。这包括扩展卡尔曼滤波器（EKF）、无迹卡尔曼滤波器（UKF）在处理非线性传感反馈中的应用，以及先进的滑模观测器在对抗噪声和模型不确定性方面的优势。我们还探讨了传感器融合技术，即如何将来自不同原理的传感器数据进行最优组合，以获得比单一传感器更全面、更鲁棒的状态估计。第四部分：先进控制算法与实时实现这是本书的核心技术部分。我们超越了传统的PID控制，系统地介绍了适用于高动态精密系统的先进控制策略。 1. 非线性控制方法：深入讲解了反馈线性化、滑模控制（SMC）在处理系统刚性耦合和外部扰动方面的应用。着重分析了SMC中的抖振问题及其在光电系统中的抑制方法。 2. 自适应与鲁棒控制：针对系统参数的缓慢漂移和负载变化，探讨了基于模型的自适应控制（MRAC）和H-无穷控制的设计流程。这些方法保证了系统在工作环境变化时仍能维持预设的性能指标。 3. 高频与迭代学习控制（ILC）：对于需要重复执行精确轨迹的任务（如扫描成像、微加工），ILC提供了几乎完美的轨迹跟踪能力。本书详细介绍了基于频率域和时域的ILC算法，包括收敛性分析和多通道耦合系统的解耦策略。在实时实现方面，我们讨论了如何选择合适的数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA），以及如何优化控制循环的时间延迟和抖动，确保控制算法能够以所需的频率和精度运行。第五部分：光电耦合效应与集成系统设计精密运动控制往往与光学路径的稳定性和精确调整紧密相关。本部分专注于光机电（Opto-Mechatronics）系统的集成化设计理念。我们探讨了如何通过控制算法来补偿由温度变化、气流扰动或结构共振引起的镜面倾斜或位移。重点分析了共振抑制与主动隔振技术。这包括基于阻抗匹配原理的振动传递路径分析，以及设计高阻尼结构和主动质量阻尼器（AMD）的方法。此外，本部分还涉及了如何利用高速光通信技术和光纤传感网络来构建分布式传感和快速数据传输系统，从而实现对大型、分散式精密设备的集中或分散式智能控制。第六部分：面向未来的智能驱动系统展望未来，本部分探讨了将人工智能和机器学习技术引入精密控制领域的潜力。我们考察了如何利用深度强化学习（DRL）来训练控制器，使其能够在未知或高度非线性的环境中自主发现最优控制策略，而无需精确的物理模型。此外，还讨论了基于神经网络的在线系统辨识与故障诊断，实现控制系统的预测性维护。总结《光电驱动系统：精密运动与智能控制的前沿探索》是一本面向高等院校研究生、高级工程师以及从事精密仪器研发的科研人员的专业参考书。它不提供现成的“即插即用”解决方案，而是提供理解复杂系统、分析瓶颈、并设计出适应未来需求的创新驱动与控制架构的深度知识和工具。通过对物理基础、算法设计和系统集成的全面覆盖，本书旨在推动相关领域的技术边界，为下一代超高精度运动平台的设计与应用提供坚实的理论支撑和实践指导。