机电系统设计方法、模型及概念、建模、仿真及实现基础PDF电子书下载

译者引言 1

第1章 绪论 3

1.1 机电一体化与机电一体化系统 3

1.2 系统设计 8

1.3 基本实例 13

1.3.1 具有自适应光学的望远镜 13

1.3.2 光机电遥感相机 22

1.4 本书内容简介 27

本章参考书目 30

第2章 建模基础 33

2.1 系统工程背景 33

2.2 具有结构化分析的系统建模 38

2.2.1 定义 39

2.2.2 顺序原则 40

2.2.3 结构化分析的建模要素 41

2.2.4 产品实例：自动调焦照相机 45

2.2.5 其他建模方法 50

2.3 机电系统建模范式 52

2.3.1 广义功率与能量 53

2.3.2 基于能量的建模：拉格朗日形式化 57

2.3.3 基于能量的建模：汉密尔顿方程 61

2.3.4 多端口建模：基尔霍夫网络 62

2.3.5 多端口建模：键合图 72

2.3.6 能量/多端口建模：端口汉密尔顿系统 72

2.3.7 信号耦合网络 74

2.3.8 模型的因果性 77

2.3.9 机电系统的模块化建模 82

2.4 微分代数方程组 92

2.4.1 DAE系统简介 92

2.4.2 DAE指标检验 93

2.4.3 DAE指标约简 96

2.5 混杂系统 97

2.5.1 混杂系统的一般结构 97

2.5.2 混杂现象 99

2.5.3 网络状态模型 100

2.6 线性系统模型 103

2.6.1 非线性状态空间模型的局部线性化 104

2.6.2 非线性DAE系统的局部线性化 106

2.6.3 LTI系统的传递函数与频率响应 107

2.7 频率响应的实验确定 110

2.7.1 一般考虑 110

2.7.2 方法 111

2.7.3 通过噪声激励的频率响应测量 112

本章参考文献 114

第3章 仿真问题 118

3.1 系统工程背景 118

3.2 数值积分的基础 119

3.2.1 微分方程的数值积分 119

3.2.2 稳定性的概念 120

3.2.3 数值稳定性 121

3.3 刚性系统 124

3.4 弱阻尼系统 127

3.5 高阶线性系统 129

3.5.1 通用的数值积分方法 129

3.5.2 通过状态转移矩阵的求解方法 130

3.5.3 仿真解的精度 131

3.6 DAE系统的数值积分 133

3.6.1 显式积分法 133

3.6.2 隐式积分法 134

3.6.3 指标-2系统的量化 136

3.6.4 具有一致性的初值 137

3.7 混杂现象仿真的实现方法 137

3.7.1 不连续性的处理 138

3.7.2 事件检测 138

3.8 仿真实例：理想单摆 139

本章参考书目 143

第4章 功能实现：多体动力学 145

4.1 系统工程背景 145

4.2 多体系统 146

4.3 物理学基础 148

4.3.1 运动学与动力学 148

4.3.2 刚体 149

4.3.3 自由度与约束 153

4.4 多体系统的时域模型 158

4.4.1 系统设计中的模型层次 158

4.4.2 多体系统运动方程 159

4.4.3 MBS状态空间模型 162

4.5 固有振荡 163

4.5.1 守恒多体系统的特征值问题 163

4.5.2 特征模态（本征模，Eigenmodes） 164

4.5.3 耗能多体系统 167

4.6 频域响应特性 170

4.7 测量与驱动位置 176

4.7.1 一般的多质体振荡器 176

4.7.2 多质体振荡器的零点 177

4.7.3 同位测量与驱动 180

4.7.4 非同位测量与驱动 181

4.7.5 反谐振 183

4.7.6 MBS零点迁移 183

本章参考书目 188

第5章 功能实现：通用机电变送器 189

5.1 系统工程背景 189

5.2 一般的通用变送器模型 191

5.2.1 系统配置 191

5.2.2 建模方法 193

5.3 无负载通用变送器 197

5.3.1 基于能量的模型 197

5.3.2 ELM变送器本构方程 205

5.3.3 ELM二端口模型 206

5.4 负载通用变送器 212

5.4.1 基于能量的模型 212

5.4.2 非线性运动方程 212

5.4.3 平衡点位置：工作点 215

5.4.4 基于信号的变送器线性模型 218

5.4.5 传递矩阵 220

5.4.6 关于响应特性的讨论 221

5.5 有损变送器 224

5.5.1 变送器的一般特性 224

5.5.2 非线性模型：平衡点位置 226

5.5.3 基于信号的线性模型 228

5.5.4 带有耗能电阻的二端口本构方程 229

5.5.5 线性动态分析 230

5.5.6 一般的阻抗与导纳反馈 233

5.6 机电耦合系数 238

5.6.1 一般意义与特性 238

5.6.2 计算ELM耦合系数的模型 239

5.6.3 关于ELM耦合系数的讨论 243

5.7 带多体负载的变送器 246

5.7.1 频率响应 246

5.7.2 阻抗反馈与导纳反馈 249

5.8 机电谐振器 251

5.9 机电振动发电 253

5.10 自传感执行器 255

5.10.1 工作原理 255

5.10.2 基于信号的自传感解决方案 256

5.10.3 模电自传感解决方案 257

本章参考书目 261

中英文术语翻译对照表 267