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出版者:

作者:Moczala, Helmut (EDT)/ Draeger, Jurgen/ Kraub, Hermann/ Schock, Helmut/ Tillner, Siegfried/ Hopewell

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页数:0

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价格:125

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isbn号码:9780852969212

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• 电机
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工业自动化与精密驱动系统：深入解析与前沿应用 图书名称：工业自动化与精密驱动系统：深入解析与前沿应用 本书简介： 本著作旨在为电气工程、机械工程、自动化控制及相关领域的专业人士、高级学生以及研究人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的技术指南。它聚焦于现代工业生产线上至关重要的核心技术——工业自动化和精密驱动系统的理论基础、系统集成、控制策略以及新兴发展趋势。本书摒弃了对基础电气元件（如小型通用电机）的初步介绍，而是直接切入复杂系统层面的设计、实施与优化，确保内容深度与行业实践的紧密结合。 第一部分：现代工业自动化系统架构与集成 本部分首先对当代工业自动化系统的整体架构进行剖析。我们从可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）的体系结构入手，详细阐述了它们在不同规模和复杂性生产环境中的选型、编程范式（包括结构化文本、梯形图、功能块图及顺序功能图的深度应用）以及网络通信协议的集成。重点探讨了工业以太网（如Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT）的实时性、同步机制及其在跨平台数据交换中的作用。 内容涵盖了从传感器信号采集到最终执行器控制的全生命周期数据流管理。特别关注了基于模型的系统工程（MBSE）在大型自动化项目规划中的应用，以及如何利用数字孪生（Digital Twin）技术进行虚拟调试和性能预测。我们详细分析了安全集成标准（如IEC 61508/61511）在功能安全系统设计中的强制性要求，并提供了实际的故障分析和安全回路设计案例。 第二部分：高性能精密驱动技术与运动控制 本部分是全书的核心，专注于驱动技术如何实现现代制造业对高精度、高动态响应和高能效的需求。我们完全跳过了对简单直流或交流电机基础原理的重复论述，直接深入到交流伺服系统（AC Servo Systems）的内部结构、高性能变频驱动器（VFD）的矢量控制算法、以及直接驱动技术（Direct Drive, DD）的优势与挑战。 电机驱动拓扑结构与控制算法： 详细解析了磁场定向控制（Field-Oriented Control, FOC）和直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）的数学模型、实现细节及其在不同负载条件下的性能表现。针对永磁同步电机（PMSM）的FOC，本书提供了先进的鲁棒性控制策略，包括针对参数不确定性和外部扰动的自适应和鲁棒控制器设计（如滑模控制、$mathcal{H}_{infty}$控制的应用）。 运动控制系统设计： 探讨了复杂的运动轨迹规划（如样条插值、S曲线加减速）和多轴联动（Kinematics）的解算问题。深入剖析了实时控制系统（RTOS）在运动控制中的作用，以及如何通过总线同步机制（如分布式时钟）实现亚微秒级的轴间同步，这对于高速并联机器人和高精度机床至关重要。内容还包括先进的力/扭矩控制模式及其在柔性装配和人机协作中的应用。 第三部分：工业物联网（IIoT）与智能制造 本部分将驱动与控制技术置于更广阔的智能制造背景下进行考察。重点讨论了如何利用工业物联网（IIoT）框架对分散的驱动单元和自动化设备进行集中监控和数据挖掘。 数据采集与边缘计算： 阐述了如何从高速运动控制器中提取高频运行数据（如电流、转速、位置误差），并通过OPC UA等标准协议汇聚至边缘计算节点。探讨了在边缘层实现预测性维护（PdM）的算法模型，包括振动分析、电流特征提取与深度学习在故障早期预警中的应用。 系统优化与能源效率： 讨论了如何通过高级控制算法和变频技术实现系统级的能源优化。这包括基于负载预测的驱动器休眠策略、以及利用系统动态模型进行能量回收的技术实现。 第四部分：新兴技术与未来趋势 本部分展望了驱动与控制领域的前沿研究方向。包括： 1. 基于人工智能的参数自整定： 探讨如何使用强化学习（RL）技术，使驱动系统能够自主优化其PID或更高阶控制器的参数，以适应环境和负载的长期漂移。 2. 功率电子的革新： 介绍了基于宽禁带半导体（如SiC和GaN）的新型逆变器拓扑结构及其带来的高开关频率、更小体积和更高效率的优势。 3. 网络物理系统（CPS）的安全强化： 讨论了在高度互联的控制网络中，如何设计抗篡改和抗拒绝服务的安全机制，以保护工业流程的完整性。 目标读者群体： 本书适合于从事复杂自动化产线设计、高端数控系统开发、机器人运动控制算法研究的工程师和技术专家。它假设读者已具备扎实的自动控制理论基础和对传统电机原理的了解，旨在提供超越基础知识、直击工业级应用复杂性和前沿技术挑战的深度解析。本书的案例分析多来源于实际工程项目，强调理论与实践的有效转化。

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我得说，这本书的排版和图示部分处理得相当出色，这一点对于理解复杂的机电耦合系统至关重要。我之前读过几本技术手册，很多插图模糊不清，或者过于简化，根本无法帮助理解内部结构，但《小型电动机》在这方面做得非常到位。特别是那些剖面图和三维爆炸图，每一个绕组的走向、转子的平衡块位置，都标注得清清楚楚，简直像拆解实物一样直观。我花了很长时间对比学习了关于步进电机微步驱动和闭环控制的那几章，书里提供的波形图和时序图，完美地解释了如何通过精确控制电流来实现平稳、无振动的定位。对于我这种偏向系统集成和控制算法的工程师来说，这种对底层硬件实现细节的深入挖掘，极大地帮助我优化了我的控制策略，避免了许多不必要的参数试错。总之，这是一本在视觉上传达信息效率极高的专业书籍，让人爱不释手，愿意反复查阅。

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这本书对我最大的启发在于它打破了我对于“小型”电机概念的固有印象。我们通常认为小型电机就是低功率、低复杂度的东西，但作者通过对微型伺服系统和特种功能电机（比如用于航空航天或精密仪器的那些）的深入剖析，展示了小型化背后所蕴含的巨大技术挑战。书中对于磁性材料在不同温度下的性能衰减曲线分析，以及如何利用有限元分析（FEA）软件来优化气隙设计，提供了大量具体的案例和参数设置指导。这些内容远超出了普通电机设计范畴，直逼前沿研究领域。阅读过程中，我不断地在思考如何将这些先进的优化思路应用到我目前负责的消费电子产品中去，以求在体积和性能上取得突破。这本书不仅是知识的传授，更是一种思维方式的重塑，引导读者从整体系统的高度去审视每一个微小的电磁元件。

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这本书的叙事风格有一种沉稳而又不失激情的味道，读起来让人感觉作者是一位真正的行业老兵，而不是一个坐在办公室里闭门造车的理论家。它没有过分强调最新的、尚不成熟的“未来技术”，而是把核心精力放在了那些经过时间检验、在工业界应用最广泛的小型电机上，比如直流无刷电机（BLDC）的换向技术和各种变频调速方法。作者对于电机制造工艺中的“瑕疵”和“限制”的讨论尤其真诚，比如探讨了在批量生产中如何控制铁损和铜耗的波动，这往往是教科书里会略过但实际工作中却至关重要的环节。读到关于电机可靠性和寿命预测的那部分时，我深有感触，它提供的不仅仅是设计规范，更是一种对产品生命周期的整体考量。这本书的价值在于，它教会你如何“造好”一个电机，而不是仅仅“计算”一个电机，这种工匠精神贯穿始终。

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说实话，我一开始对这本书抱持着一种怀疑态度，因为市面上的电机书籍很多都是面向初学者的入门读物，总感觉水分太大。然而，《小型电动机》彻底打消了我的顾虑。它的理论深度足以让资深的电气工程师感到挑战，但其章节间的逻辑衔接又做得极为顺畅，保证了即使是中级水平的读者也能跟上节奏。我特别喜欢作者在介绍“容错设计”时的那种严谨态度，如何通过冗余设计和状态监测来确保电机在恶劣环境下的持续运行。书中对电磁兼容性（EMC）的分析也极其到位，很多小型电机在高速运行时会产生可观的电磁干扰，而这本书提供了从绕组布局到屏蔽层选择的一整套预防措施，这对我正在进行的高精度医疗器械项目帮助极大。这本书更像是一部工具书与学术专著的完美结合体，既有深度，又有实用的工具属性。

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这本《小型电动机》真是让我大开眼界，虽然我之前对电机领域算是有一些了解，但这本书的深度和广度还是超出了我的预期。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，更像是一位经验丰富的老工程师在手把手地教你如何理解和驾驭这些微小的动力源。书中对不同类型小型电机的分类和工作原理讲解得极为清晰，比如永磁同步电机和交流异步电机在不同应用场景下的优劣势对比分析，细致到连磁路设计中的微小损耗差异都有涉及。我尤其欣赏作者在讨论实际应用问题时的那种务实精神，比如如何根据负载特性选择合适的电机尺寸，以及在有限空间内优化散热的技巧。翻阅的过程中，我能感受到作者对技术细节的极致追求，那些复杂的数学模型和等效电路图，在经过作者的循序渐进的阐述后，变得不再那么难以亲近。对于那些希望从基础知识迈向专业应用层面的读者来说，这本书绝对是一份不可多得的宝藏，它帮你构建了一个坚实的理论框架，并指明了通往工程实践的路径。

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