机电工程基础

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页数:338
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出版时间:2009-2
价格:43.00元
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isbn号码:9787811252668
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  • 机电工程
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具体描述

《机电工程基础》分别对电工、电子、机械及机电一体化等专业领城的基础理沦知识、典型应用及最新发展动态进行了介绍,内容丰富,重点突出,图文并茂,通俗易懂。全书以常见的现象、结构、制作方法为引导,由浅入深地介绍了机械工程和电气工程的基础内容,使读者在没有任何基础的条件下,也能循序渐进地学习书中内容。

《机电工程基础》主要适合作为普通高等院校机电、工业设汁、船舶工程、艺术设计等新专业的教材,也可以作为高职类相关专业的教学用书,同时可供机电工程技术人员和科技工作者参考使用。

现代控制理论与应用 书籍简介 本书旨在系统、深入地介绍现代控制理论的核心概念、基本方法及其在工程实际中的广泛应用。全书内容涵盖了从经典控制理论的局限性出发,逐步过渡到状态空间方法的建立、线性系统理论的精深剖析,以及非线性、鲁棒、最优控制等前沿领域的研究与设计技术。本书的编排力求理论的严谨性与工程的实践性相结合,为读者构建一个全面而扎实的现代控制科学知识体系。 第一部分:系统建模与状态空间描述 本部分是理解现代控制理论的基石。首先,我们将回顾经典的传递函数和框图描述方式,并指出其在多输入多输出(MIMO)系统分析中的局限性。随后,重点引入状态空间方法,这是现代控制理论的数学核心。我们将详细阐述如何根据物理系统的结构(如电路、机械系统、热力学系统)建立其状态空间方程($dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$,$mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$)。内容将深入到对系统模态(Eigenvalues)的分析,理解它们如何决定系统的内在动态特性(如稳定性、响应速度)。 关键概念包括: 能控性(Controllability)与能观测性(Observability):这是设计状态反馈和观测器的前提。我们将通过卡尔曼能控性矩阵和卡尔曼可观测性矩阵进行严格的数学判定,并探讨其在物理意义上的解释,例如,系统是否能被输入完全驱动到任意状态,以及系统状态是否能被输出完全推断。 约旦标准型与约当标准形(Jordan Canonical Form):用于分析复杂的、包含重复特征值的线性定常系统的动态行为,是理解系统解的解析结构的关键工具。 线性化技术:针对工程中普遍存在的非线性系统,本书会详细介绍如何在工作点附近对非线性系统进行一阶泰勒展开,将其转化为线性模型,为后续的线性控制设计提供基础。 第二部分:线性系统的分析与设计 在系统被准确描述为状态空间模型后,本部分聚焦于如何利用这些模型进行系统的分析和控制器件的设计。 稳定性分析:我们不仅会复习李雅普诺夫(Lyapunov)第二方法的思想,更会深入讲解如何利用李雅普诺夫函数来判定系统的全局稳定性、渐近稳定性和指数稳定性,尤其关注线性定常系统与特征值位于左半平面的关系。 状态反馈控制设计:这是现代控制的核心设计工具之一。我们将详细介绍极点配置(Pole Placement)技术,通过设计反馈增益矩阵 $mathbf{K}$ 使闭环系统的特征值(即闭环极点)位于期望的位置,从而实现期望的动态性能。同时,讨论如何利用Ackermann公式或极点配置算法来计算增益矩阵。 状态观测器设计:当系统状态变量无法直接测量时,需要设计观测器来估计状态。本书将详细介绍Luenberger观测器的设计原理,包括如何利用可观测性来确定观测器增益,使得估计误差能快速收敛。 复合控制(Feedback Control with Observers):将状态反馈控制与状态观测器结合,形成满状态反馈控制器,即著名的分离原理(Separation Principle)——控制器设计与观测器设计可以独立进行。 第三部分:最优控制理论 最优控制关注于在满足系统动态约束的前提下,最小化某一性能指标泛函(Cost Function)的设计方法。 性能指标函数:介绍常见的性能指标,如二次型性能指标(Quadratic Cost Function),它将状态误差和控制输入的能量纳入考量。 线性二次型调节器(LQR):这是最优控制中最重要且应用最广的方法。本书将推导黎卡提微分方程(Riccati Equation),并阐述如何求解该方程以得到最优状态反馈增益 $mathbf{K}^$。LQR的优势在于它在保证系统稳定性的同时,系统地平衡了性能(状态误差)与控制能量消耗。 卡尔曼滤波(Kalman Filtering):在存在系统噪声和测量噪声的随机系统中,卡尔曼滤波是最佳的线性无偏估计器。我们将详细推导卡尔曼滤波器的递推公式,分析其性能,并将其视为一种状态估计技术,与经典的Luenberger观测器进行对比。 第四部分:先进控制主题 为了应对更复杂的工程挑战,本部分引入了更先进的控制策略。 鲁棒控制基础:在工程系统中,模型参数总存在不确定性。鲁棒控制的目标是设计出对模型微小变化或外部扰动不敏感的控制器。我们将介绍小增益定理(Small Gain Theorem)的基本思想,并初步探讨$mathcal{H}_infty$控制法的基本框架,即通过最小化输入到输出的增益来确保性能的鲁棒性。 非线性控制概述:鉴于现实世界中大量系统本质上是非线性的,本书将对非线性控制进行导论性介绍。重点分析反馈线性化(Feedback Linearization)技术,该技术通过巧妙的坐标变换和状态反馈,将某些非线性系统转化为线性系统,从而应用已有的线性控制设计方法。 模型预测控制(MPC):作为一种前瞻性的控制策略,MPC在工业过程控制中占据核心地位。我们将阐述MPC的基本原理:在每个采样时刻,利用系统模型预测未来一段时间的系统行为,并求解一个滚动优化问题,仅执行第一步最优控制动作。这使得MPC能够显式地处理系统的输入和状态约束。 学习目标 完成本书的学习后,读者将能够: 1. 熟练地将复杂的物理系统抽象为规范化的状态空间模型。 2. 独立分析线性系统的稳定性、能控性和能观测性。 3. 设计基于极点配置的状态反馈控制器和状态观测器,以满足特定的时域性能要求。 4. 理解并应用LQR设计最优控制器,平衡性能与控制代价。 5. 掌握卡尔曼滤波器的原理,用于实际系统中的噪声状态估计。 6. 了解现代控制理论在处理系统不确定性和非线性问题时的前沿技术方向。 本书的特点在于其严谨的数学推导和对工程应用的强调,配有大量的实例分析,适合自动化、电子信息工程、航空航天工程及相关领域的本科高年级学生、研究生以及从事控制系统设计与研发的工程师参考。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我对于《机电工程基础》这本书的结构编排和内容深度都给予了高度评价。这本书并没有因为追求“基础”二字而显得过于浅显,相反,它在打牢基础的同时,也为读者提供了更广阔的视野。书中对于材料科学在机电工程中的应用部分,我觉得写得尤为精彩。它不仅仅是简单地罗列各种工程材料的特性,而是深入探讨了材料的微观结构如何影响宏观性能,以及如何根据不同的工程需求选择最合适的材料。例如,在讨论机械零件的强度和耐磨性时,书中详细介绍了合金钢、高分子材料等不同材料的优势和局限性,并结合实际案例,说明了在承受高应力、高摩擦的工况下,如何通过材料的选择和热处理来提升零件的可靠性。这种将材料科学与机械设计紧密结合的讲解方式,让我认识到,优秀的机电产品,往往是材料、机械、电子、控制等多个学科协同作用的结晶。此外,书中关于故障诊断和维护的部分,也给我留下了深刻的印象。它不仅仅是教你如何操作设备,更是教你如何去理解设备,如何去发现潜在的问题,并及时采取措施进行预防和解决。这种“防患于未然”的理念,对于任何一个从事工程领域的人来说,都是至关重要的。这本书的内容,让我感到既扎实又全面,它不仅能够满足入门者的需求,也能够为有一定基础的读者提供更深入的理解和启发。

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最近偶然翻阅了《机电工程基础》,这本书的出现,可以说是一场意外的惊喜,也让我重新审视了自己对这个学科的理解。在我的印象中,机电工程总是与那些庞大复杂的机械装置、精密的电子元件以及深奥的控制理论联系在一起,总感觉是离我们普通人有些距离的专业领域。然而,这本书的开篇就以一种非常人性化、贴近生活的视角,将机电工程的宏大概念“拆解”开来,展现在我面前。它并没有一开始就抛出各种枯燥的公式和定义,而是从我们身边最熟悉的事物入手,比如家用电器的工作原理、自动化生产线的流畅运转,甚至是我们日常使用的交通工具,都巧妙地融入了机电工程的精髓。我尤其喜欢书中对于“机”与“电”如何协同工作的详细阐述,它不仅仅是简单地将机械和电子技术进行叠加,而是通过精妙的设计和控制,让它们成为一个有机的整体,实现更高效、更智能的功能。这种“化繁为简”的叙事方式,让我在阅读的过程中,丝毫不会感到畏惧,反而充满了探索的乐趣。书中对工业革命以来,机电技术如何推动人类社会进步的历史脉络梳理得也非常清晰,让我对这项工程技术的重要性和其背后所蕴含的智慧有了更深刻的认识。从蒸汽机的发明到现代智能制造,每一步的飞跃,都离不开机电工程的不断创新和发展。这本书就像一个引路人,为我揭开了机电工程神秘的面纱,让我看到了它作为现代工业基石的真正力量。我感觉,这本书不仅仅是写给专业的机电工程师看的,任何对技术、对现代工业发展感兴趣的读者,都能从中获得启发和满足。它让原本抽象的概念变得生动具体,让复杂的原理变得易于理解,这对于任何一本技术类书籍来说,都是极其宝贵的品质。

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《机电工程基础》这本书的独特之处在于,它能够将那些看起来高高在上的工程理论,通过生动而富有启发性的方式,融入到我们日常生活的点点滴滴之中。我一直对那些能够将“大道理”讲得“小明白”的书籍充满敬意,而这本书无疑做到了这一点。在介绍控制系统时,它没有一开始就抛出复杂的数学模型和控制算法,而是从一个简单的“温度控制”的例子入手,解释了反馈控制的基本原理——感知、比较、执行,并逐步引导读者理解PID控制等经典控制策略。这种“由易到难,循序渐进”的教学方法,让我能够轻松地理解这些在自动化领域至关重要的概念。书中还花了相当大的篇幅来介绍人机交互的设计,这让我感到非常惊喜。在很多传统的机电工程书籍中,往往更侧重于机械和电子部分的讲解,而忽略了用户体验。这本书则认识到了人机交互的重要性,详细阐述了如何设计直观、易用的操作界面,以及如何通过人机工程学原理来提升产品的易用性和安全性。这一点,让我看到了这本书与时俱进的学术视野。它不仅仅是在传授技术,更是在强调技术的“人性化”和“用户导向”,这对于提升产品的市场竞争力具有重要的意义。总而言之,这是一本既有深度又有广度,并且非常注重实践和用户体验的优秀书籍,让我对机电工程的认识有了质的飞跃。

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《机电工程基础》这本书带给我的,不仅仅是知识的积累,更是一种思维方式的转变。我一向认为,一本好的工程书籍,应该能够激发读者的好奇心,并引导他们主动去探索未知。这本书在这方面做得非常出色。在介绍电气工程基础知识时,它并没有枯燥地罗列公式和定律,而是从电流、电压、电阻等基本概念出发,通过生动的类比和图示,将它们与我们熟悉的日常生活现象联系起来,比如水流的压力和流量,从而帮助读者建立直观的理解。书中还特别强调了“功率”和“能量”的概念,以及它们在机电系统中的重要作用。它解释了为什么高效的能源利用是机电工程的核心目标之一,并介绍了各种提高能源效率的技术手段。这让我意识到,机电工程不仅仅是制造更强大的机器,更是要实现更可持续的发展。此外,书中还对“嵌入式系统”进行了详细的介绍。它解释了微控制器是如何将机电系统变得更加智能和灵活的,并列举了许多嵌入式系统在现代生活中的应用,比如智能家居、汽车电子等。这一点,让我对机电工程的未来发展充满了信心。总而言之,这本书以其独特的视角和创新的讲解方式,成功地吸引了我,并让我对机电工程这一领域产生了浓厚的兴趣。

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《机电工程基础》这本书的文字风格和内容组织,给我留下了非常深刻的印象,它使得原本可能显得生硬的技术知识,变得异常鲜活和易于理解。我尤其欣赏书中对于“动态系统”的讲解。它并没有仅仅停留在静态的原理描述,而是深入地探讨了机电系统在运动过程中的行为特性,包括系统的响应速度、稳定性、振动特性等。例如,在讲解振动分析时,它通过对各种机械设备的振动案例进行分析,解释了振动产生的原因,以及如何通过优化设计来减小振动,提高设备运行的平稳性和寿命。这种对系统动态行为的深入剖析,让我对机电系统的理解上升到了一个新的高度。书中还非常注重对“仿真技术”的应用。它介绍了各种常用的仿真软件,以及如何利用仿真技术来预测和优化机电系统的性能。例如,在设计复杂的机械结构时,可以通过仿真来模拟各种工况下的受力情况,从而提前发现潜在的设计缺陷,避免在实际制造过程中付出高昂的代价。这种“虚拟制造”的理念,让我看到了科技发展对工程实践的巨大推动作用。这本书的内容,让我感到既前沿又实用,它不仅传授了基础知识,更让我接触到了最新的工程技术和方法,为我未来的学习和工作奠定了坚实的基础。

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我一直认为,一本好的技术书籍,不仅仅在于传授知识,更在于激发读者的思考和创新。而《机电工程基础》在这方面做得相当出色。它在介绍基础知识的同时,并没有止步于“是什么”,而是深入到“为什么”和“如何做”,引导读者去思考更深层次的问题。例如,在讲解传动系统时,它不仅列举了各种常见的传动方式,如齿轮传动、带传动等,还对它们的优缺点、适用范围进行了细致的比较分析。更重要的是,它还探讨了在实际工程设计中,如何根据具体需求选择最合适的传动方案,以及在设计过程中需要考虑哪些关键因素,比如传动效率、精度、可靠性和成本等。这种“由浅入深,由表及里”的讲解方式,让我受益匪浅。我特别欣赏书中关于“工程思维”的培养。它强调了在解决实际问题时,不能仅仅局限于单一的技术领域,而需要具备跨学科的视野,将机械、电子、控制、材料等多个学科的知识融会贯通,才能设计出最优化的解决方案。书中提供的一些案例分析,更是将这种思维方式具象化,让我看到了理论知识如何在实践中得到应用,以及工程师们是如何运用智慧和创造力来克服技术难题的。读完这些案例,我仿佛置身于一个充满活力的工程师团队,共同探讨和解决问题。这本书不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,在潜移默化中塑造我的工程素养。我感觉到,它不仅仅是在教我知识,更是在教我如何学习,如何思考,如何解决问题,这对于任何一个希望在工程领域有所建树的人来说,都是无价的财富。

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《机电工程基础》这本书的阅读体验,给我带来了前所未有的愉悦感。我一直对那些能够将复杂的科学原理用清晰、简洁的语言解释清楚的书籍情有独钟,而这本书恰恰满足了我的这一需求。它在介绍诸如传感器、执行器、微控制器等机电系统中关键组成部分时,并没有采用晦涩难懂的专业术语,而是通过生动的比喻和形象的插图,将这些看似高深的技术变得触手可及。例如,书中在讲解传感器的工作原理时,将其比作人体的“感官”,能够接收外界的信息;而执行器则被比作人体的“肌肉”,能够执行指令,完成动作。这种类比的讲解方式,极大地降低了我的理解门槛,也让我在脑海中建立了清晰的“机电一体化”的运作模型。此外,书中对各个章节之间的逻辑关联性也处理得非常到位。从基础的机械原理到复杂的控制系统,再到最后的系统集成和应用,知识的传递是循序渐进、环环相扣的,这使得我在学习过程中,不会感到迷失方向,而是能够清晰地把握整个机电工程的知识体系。我尤其喜欢书中关于“自动化”和“智能化”的讨论,它描绘了机电技术如何赋能现代社会,提升生产效率,改善生活品质,让我对未来的科技发展充满了期待。总而言之,这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一次充满智慧启迪的旅程,它让我以一种全新的视角去理解我们身边的科技世界,并对机电工程这一学科产生了浓厚的兴趣。

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当我拿起《机电工程基础》这本书时,我并没有抱有太高的期望,因为“基础”这个词汇,往往意味着枯燥和乏味。然而,这本书的阅读体验,完全颠覆了我之前的看法。它以一种非常引人入胜的方式,揭示了机电工程的魅力所在。书中对力学原理的阐述,给我留下了深刻的印象。它不仅仅是简单地罗列公式,而是通过大量的实例,解释了这些公式是如何在实际工程中应用的。例如,在讲解应力应变时,它通过对桥梁、建筑结构等案例的分析,说明了材料在受力时会产生形变,以及工程师如何计算和控制这些形变,以确保结构的稳定性和安全性。这种“理论与实践相结合”的讲解方式,让我真正体会到了工程设计的严谨性和重要性。此外,书中还非常注重对“可靠性”和“安全性”的强调。它指出,机电产品不仅仅要能够工作,更重要的是要能够安全、可靠地工作。它详细介绍了各种提高产品可靠性的方法,如冗余设计、失效模式与影响分析(FMEA)等,并结合实际案例,说明了这些方法在实际工程中的应用。这让我认识到,在工程设计中,质量意识和风险管理是不可或缺的。这本书的内容,让我感到既充实又有启发,它不仅仅是一本技术书籍,更是一本让我理解工程精神的书籍。

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《机电工程基础》这本书的叙事方式非常吸引人,它不仅仅是一本知识的堆砌,更像是一场思维的盛宴。我一直认为,一本好的工程书籍,应该能够引导读者去思考“为什么”,而不仅仅是“怎么做”。这本书在这方面做得非常出色。在讲解“液压与气动传动”时,它并没有直接给出各种阀门和泵的图纸和参数,而是从“力”与“位移”的传递这个基本概念出发,解释了为何需要这些传动方式,以及它们各自的优势和应用领域。例如,它通过对工业机械臂的运动控制进行分析,说明了液压传动如何能够提供强大的动力和精确的位移控制,而气动传动又如何在速度响应和成本效益方面具有优势。这种“追本溯源”的讲解方式,让我能够从更根本的层面理解这些技术。书中还花了相当大的篇幅来介绍“机器人技术”在机电工程中的应用。它不仅讲解了机器人的结构和控制原理,还展示了机器人如何在自动化生产、医疗、服务等各个领域发挥重要作用。这让我看到了机电工程与人工智能、计算机科学等前沿技术的深度融合,也让我对未来的科技发展充满了憧憬。总而言之,这是一本充满智慧和启发的书籍,它不仅能够让我掌握机电工程的基础知识,更能够引导我进行独立思考和创新。

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我发现《机电工程基础》这本书在内容的深度和广度上都做到了很好的平衡,它既能够为初学者提供坚实的基础,也能够为有一定经验的读者提供新的视角。我尤其欣赏书中对“传感器与执行器”这一章节的讲解。它不仅仅是简单地介绍各种传感器的类型和工作原理,而是深入探讨了如何根据不同的应用场景选择合适的传感器,以及如何将传感器的数据转化为有用的信息。例如,在描述温度传感器时,它不仅介绍了热电偶、热敏电阻等常见类型,还分析了它们在测量精度、响应速度、耐用性等方面的差异,并给出了在不同工业环境下的应用建议。同样,对于执行器,书中也详细介绍了电机、液压缸、气动元件等,并分析了它们的驱动方式、控制精度和功率输出等关键参数。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,让我对机电系统的组成和工作原理有了更全面的认识。此外,书中还穿插了许多“工程伦理”和“职业道德”的讨论,强调了工程师在设计和生产过程中所肩负的社会责任。这让我看到了这本书在传授技术知识的同时,也注重培养读者的健全人格和职业素养。这在我看来,是一本真正有价值的工程类书籍,它不仅教授技术,更塑造工程师。

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