Magnetic Actuators and Sensors pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Brauer, John R.

出品人:

頁數:320

译者:

出版時間:2006-3

價格:1361.00元

裝幀:HRD

isbn號碼:9780471731696

叢書系列:

圖書標籤:

• 磁驅動器
• 磁傳感器
• 磁力學
• MEMS
• 微機電係統
• 傳感器技術
• 執行器技術
• 材料科學
• 電子工程
• 物理學

機械係統中的智能驅動與感知技術 本書探討瞭現代工程領域中，如何利用先進的電磁和機械原理，實現對復雜係統的精確控製與實時監測。全書聚焦於驅動器與傳感器在機械係統集成中的核心技術，旨在為研究人員、工程師以及高級學生提供一套係統且深入的理論框架與實際應用指南。 第一部分：智能驅動係統基礎與設計 本部分著重於驅動技術的基本原理、關鍵組件的特性分析以及係統集成的方法論。我們將詳細闡述如何設計齣高效、精確且適應性強的執行機構，以滿足現代機械對動態響應和能效的嚴苛要求。 第一章：驅動技術概述與分類 本章首先對驅動技術在自動化、機器人學和精密機械製造中的作用進行宏觀界定。隨後，我們將深入剖析各種主流驅動方式的物理基礎、優勢與局限性，包括： 傳統機電驅動係統（如直流/交流電機係統）： 詳細分析電機學理論，著重探討永磁同步電機（PMSM）和無刷直流電機（BLDC）在高性能場閤的應用，包括繞組設計、磁路優化及功率電子接口。 流體動力驅動係統（液壓與氣動）： 介紹流體動力學基礎，重點分析伺服閥的設計、泵的脈動抑製技術，以及如何通過閉環控製實現高精度定位與力矩輸齣。 新興驅動技術： 探討壓電驅動器（Piezoelectric Actuators）在納米級精度定位中的應用，以及形狀記憶閤金（SMA）驅動器在輕量化和柔順性方麵的潛力。 第二章：驅動器建模與非綫性控製 精確的數學模型是實現復雜驅動係統控製的前提。本章緻力於建立多物理場耦閤下的驅動器模型，並介紹先進的控製策略： 動力學建模： 建立考慮摩擦、彈性變形和電磁飽和效應的非綫性動力學模型。特彆關注摩擦模型的辨識與補償（如Stribeck模型、洛倫茲模型）。 綫性化與魯棒控製： 介紹在工作點附近的綫性化方法，並應用經典控製理論（PID、LQR）。隨後轉嚮非綫性控製，重點討論滑模控製（SMC）在應對模型不確定性和外部擾動方麵的應用。 自適應與優化控製： 闡述基於神經網絡或模糊邏輯的自適應控製方法，用於實時修正模型參數。同時，介紹模型預測控製（MPC）在約束優化和前饋補償中的應用。 第三章：驅動器熱管理與可靠性工程 驅動器在長期高負荷運行中，熱效應是影響性能和壽命的關鍵因素。本章關注如何通過設計和控製手段，確保驅動係統的熱穩定性與運行可靠性： 熱建模與仿真： 建立集成瞭電磁損耗、繞組發熱和散熱介質傳導的瞬態熱模型。利用有限元分析（FEA）工具對關鍵部件（如定子、轉子、功率開關管）進行熱流密度評估。 溫度感應與閉環熱控製： 討論集成溫度傳感器（如熱敏電阻、半導體傳感器）的選擇與布局。設計基於溫度反饋的電流限製與頻率調節策略，實現“熱安全”運行。 疲勞分析與壽命預測： 探討機械應力與熱應力循環對材料和絕緣係統的影響，引入基於損傷纍積的壽命預測模型，指導預防性維護計劃的製定。 第二部分：高精度傳感器技術與數據融閤 本部分深入研究用於監測和反饋的關鍵傳感器技術，包括其工作原理、信號調理電路以及如何將多源異構數據轉化為可操作的係統狀態信息。 第四章：位置與速度測量技術 精確的位置和速度反饋是閉環控製的基礎。本章詳述瞭從接觸式到非接觸式傳感器的技術細節： 光學編碼器原理： 深入解析增量式和絕對式光學編碼器的結構、分辨率的確定（光柵刻綫密度、插補算法），以及如何補償光強度變化導緻的信號漂移。 磁阻傳感器的應用： 探討霍爾效應傳感器、磁阻隨機存取存儲器（MRAM）和各嚮異性磁阻（AMR）傳感器在電機反電勢估計和磁場定位中的應用，尤其關注其在惡劣環境下的魯棒性。 電容式與激光測距技術： 介紹精密位移測量中電容式傳感器的電場耦閤原理及其在微納定位中的優勢。激光三角測量和TOF（Time-of-Flight）傳感器在遠程或高速距離測量中的原理與精度影響因素。 第五章：力、扭矩與應力傳感 力學量傳感是實現人機交互、碰撞檢測和過程控製的核心環節。 應變片技術與橋路電路： 詳細介紹應變片的工作機理、材料選擇（如薄膜應變片與體矽應變片）以及惠斯通橋電路的搭建、補償與信號放大技術。分析溫度漂移的綫性與非綫性補償方法。 壓電與壓阻式力傳感器： 闡述壓電材料在動態力測量中的高頻響應特性，以及壓阻傳感器在靜態或準靜態力矩測量中的應用。討論電荷放大器在低頻信號采集中的重要性。 扭矩傳感器設計： 重點分析非接觸式扭矩測量方法，例如利用磁場變化測量軸上的扭轉應變（基於磁彈性效應），以及光縴布拉格光柵（FBG）傳感器在分布式應變監測中的集成方案。 第六章：狀態監測與數據融閤 現代機械係統的健康管理高度依賴於對係統狀態的全麵感知。本章聚焦於多傳感器數據的有效集成與信息提煉： 振動與聲學監測： 介紹加速度計（IEPE/Piezoresistive）的選型、抗混疊濾波器的設計，以及傅裏葉變換（FFT）在故障特徵提取中的應用。討論包絡解調技術在早期軸承故障診斷中的作用。 傳感器信號調理與標準化： 討論模數轉換器（ADC）的關鍵參數（分辨率、采樣率），以及抗乾擾措施（如屏蔽、差分傳輸）。講解如何對不同單位和量程的傳感器信號進行標準化處理。 卡爾曼濾波與擴展融閤： 深入講解擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在融閤位置、速度、電流和溫度等異構數據方麵的理論與實踐。構建一個多傳感器狀態估計器，實現對驅動器內部狀態的實時、高精度重構。 第三部分：驅動與感知係統的集成與應用 本部分將前兩部分的理論知識應用於實際工程場景，探討軟硬件協同設計以及特定行業中的解決方案。 第七章：嵌入式控製硬件與實時通信 高效的驅動與感知依賴於強大的實時計算平颱和可靠的通信架構。 高性能微控製器與DSP： 比較基於Cortex-M係列的微控製器與專用的數字信號處理器（DSP）在電機控製算法實現上的性能差異。討論浮點運算單元（FPU）對控製精度的影響。 現場總綫與實時網絡： 介紹工業以太網（如EtherCAT, PROFINET IRT）和CAN/CANopen協議在驅動器與上位機之間的同步通信機製。重點分析時間戳和同步機製如何保證控製迴路的確定性。 驅動器固件架構： 討論模塊化和分層級的固件設計，包括實時內核的調度策略、I/O驅動的設計以及故障安全機製的實現。 第八章：典型應用案例分析 本章通過剖析具體應用，展示驅動與感知係統集成的挑戰與最佳實踐： 高精度運動平颱（CNC/光刻設備）： 分析在納米級運動控製中，如何通過前饋補償結閤高頻編碼器反饋，抑製靜差和周期誤差。討論伺服係統對機床動態剛度的影響。 電動汽車驅動係統（EV Drivetrain）： 探討高壓大功率驅動器的熱管理挑戰，以及如何利用電機內部傳感器實現扭矩矢量控製和再生製動策略。 柔性機器人與人機協作係統： 介紹力/觸覺傳感器在實現機器人順應性控製中的作用。討論阻抗控製、導納控製的實現細節，以及如何利用先進的力矩反饋實現安全交互。 第九章：未來趨勢與展望 本章展望瞭驅動與感知技術領域的前沿發展方嚮，包括對可持續性、自主性和智能化水平的提升。 邊緣計算在傳感器網絡中的應用： 探討將數據預處理和基礎診斷算法部署到傳感器端（“智能傳感器”）以減少通信延遲和數據負荷的趨勢。 磁場工程與新型材料： 介紹用於提高能量密度的新型磁性材料（如非稀土永磁體）的研究進展，以及微納尺度磁場源的集成技術。 數字孿生與閉環優化： 闡述如何利用高保真度的數字孿生模型，在虛擬環境中測試和優化驅動與感知係統的控製策略，以加速産品迭代周期。

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