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前言 1

第1章 绪论 1

1.1 机电一体化系统设计理论的发展 1

1.1.1 机电一体化系统的发展过程 1

目录 1

1.1.2 机电一体化系统设计理论发展的两个阶段 2

1.2 概念设计理论的发展 4

1.2.1 概念设计的新含义 4

1.2.3 方案设计与概念设计、创新设计及系统设计之间的关系模型 6

1.2.2 概念设计过程的两个阶段 6

1.2.4 现有的概念设计理论与方法综述 7

1.3 机电一体化系统概念设计的研究现状 10

1.3.1 国外研究现状 11

1.3.2 国内研究现状 12

1.4 机电一体化系统创新设计需解决的问题 14

1.4.1 创新方案的产生 14

1.4.2 创新方案的表达 14

1.4.3 创新设计过程的计算机实现 15

第2章 机电一体化系统概念设计过程模型的建立 16

2.1 机电一体化系统的特征、结构组成与理论基础 16

2.1.1 机电一体化系统的内涵 16

2.1.2 机电一体化系统的结构组成 17

2.2 广义执行机构子系统的基本特性 19

2.2.1 广义执行机构子系统 19

2.2.2 广义执行机构的种类 20

2.2.3 驱动元件的机械特性和基本特点 21

2.2.4 驱动元件与执行机构的匹配 22

2.2.5 广义执行机构的运动方程式 23

2.3 传感检测子系统的基本特性及设计原则 24

2.3.1 传感检测子系统的基本特性 24

2.3.2 传感器的分类与基本要求 24

2.3.3 传感器与微机的接口 27

2.3.4 传感检测子系统的设计原则 27

2.4 信息处理与控制子系统的基本特性及设计过程 27

2.4.1 信息处理与控制子系统的基本特性 27

2.4.2 信息处理与控制子系统的基本构成 27

2.4.3 信息处理与控制子系统的设计过程 28

2.5 三子系统的集成与融合原则 30

2.5.1 广义执行机构的集成与融合 30

2.5.2 多传感器集成与信息融合系统 30

2.5.3 控制器系统设计原理 35

2.6 机电一体化系统概念设计的过程模型 36

第3章 机电一体化系统原理方案创新方法 40

3.1 原理方案设计的含义及研究现状 40

3.1.1 原理方案设计的含义 40

3.1.2 原理方案设计的研究现状 40

3.2 F-P-A-M原理方案求解模型 41

3.3 基于功能分析的原理方案创新方法 44

3.4 多个原理解模块间的接口匹配策略 47

3.4.1 机电一体化系统原理解的特征模型 47

3.4.2 机电一体化系统原理求解策略 48

3.5 基于实例的原理方案的创新方法 54

第4章 广义执行机构的创新设计方法 58

4.1 广义执行机构的设计理论和方法 58

4.1.1 广义执行机构的运动学 58

4.2.2 可控执行机构的分类 59

4.2.1 可控执行机构的概念 59

4.1.2 广义执行机构的动力学 59

4.2 可控执行机构的分类研究 59

4.3 驱动元件与执行机构的集成 63

4.3.1 驱动元件与执行机构集成系统的数学模型 64

4.3.2 驱动元件与执行机构集成系统的稳态分析 65

4.4 广义执行机构的方案创新 66

4.4.1 工艺动作及其描述 67

4.4.2 动作分组 69

4.4.3 动作结构变型方案创新法 71

第5章 机电一体化系统概念设计的符号表达方法 83

5.1 机电一体化系统的方案表达现状 83

5.2 机电一体化系统的三个子系统的功能模型 83

5.3 广义执行机构子系统的符号表达 84

5.3.1 能量流的标准化 84

5.3.2 输入输出运动功能及运动关系的符号表达 84

5.3.3 广义执行运动功能的符号表达 86

5.3.4 广义执行运动功能的特征属性 87

5.4 传感检测子系统的符号表达 88

5.5 信息处理与控制子系统的符号表达 89

5.6 机电一体化系统功能关系的符号表达 89

5.6.1 三子系统的集成与融合的符号表达 89

5.6.2 功能元之间的相互作用关系的符号表达 90

5.6.3 多个功能元之间的逻辑推理关系 91

5.6.4 功能元产生的有用效力与有害效力的符号表达 92

5.7 机电一体化系统方案符号表达的构思规则 92

5.8 机电一体化系统方案表达实例研究 93

5.8.1 实例1：多功能缝纫机方案的符号表达 93

5.8.2 实例2：数控机床方案的符号表达 96

第6章 机电一体化系统方案求解知识库的建立及辅助方案创新 99

6.1 机电一体化系统方案求解知识库的研究现状 99

6.2 机电一体化系统方案求解知识库的总体设计 100

6.2.1 功能元模块求解法 100

6.2.2 机电一体化系统方案求解知识库的构成体系 100

6.2.3 机电一体化系统方案求解知识库应用程序开发方法的选取 100

6.2.4 机电一体化系统方案求解知识库应用程序开发工具的选择 102

6.3 驱动元件库的建立 103

6.4.1 基本运动功能的分类及其功能特征属性提取 104

6.4 基本运动功能载体库的建立 104

6.4.2 基本运动功能载体库的模型 105

6.4.3 基本运动功能载体库的软件实现 106

6.4.4 应用实例研究 106

6.4.5 基本运动功能载体库的特点 108

6.5 传感检测功能载体库的建立 108

6.5.1 传感检测功能载体库的关系结构 108

6.5.2 传感检测功能载体库 108

6.6 计算机辅助机电一体化系统方案的自动生成 109

6.7 机电一体化系统方案求解知识库中关键技术的研究 112

第7章 机电一体化系统的仿真 116

7.1 机电一体化系统仿真的意义及仿真软件的选择 116

7.1.1 仿真在概念设计中的作用 116

7.1.2 仿真软件的选择 117

7.1.3 机电一体化系统仿真模型的研究 118

7.2 机电一体化控制系统的仿真 123

7.2.1 机电一体化控制系统的模型特征 123

7.2.2 控制器设计原理与设计规则 125

7.2.3 控制器的控制方案求解 129

7.3 广义执行机构系统的仿真模型 133

7.3.1 驱动元件和执行件集成的广义执行机构库 133

7.3.2 传感器库 134

7.3.3 多功能缝纫机横针机构仿真研究 135

7.4 仿真模型的接口技术 138

7.4.1 面向对象的接口 138

7.4.2 接口类型 139

7.4.3 接口向方框图模型的转换 140

7.5 仿真实例 141

第8章 机电一体化系统方案评价方法 145

8.1 概念设计评价方法概述 145

8.2 机电一体化系统方案评价指标的层次结构 145

8.3 基于图论的AHP方法中的一致性问题的解决 147

8.3.1 特征矢量法与有向图的对应关系 148

8.3.2 三环路法 149

8.3.3 临界不一致指标值 150

8.3.4 对判断矩阵的一致性影响最大的项 151

8.3.5 不一致度 151

8.3.6 实例研究 152

8.4 网状图方案评价方法 157

8.5 实例研究 158

8.5.1 实例1 158

8.5.2 实例2 162

第9章 方案创新设计应用研究 166

9.1 引言 166

9.3 新型家用绣花机的系统方案设计 167

9.3.1 新型家用绣花机的功能设计及工艺动作过程构思 167

9.2 家用多功能缝纫机的常规设计方法及缺陷 167

9.3.2 新型家用绣花机系统的方案设计及符号表达 168

9.4 新型家用绣花机的新设计方案 170

9.4.1 新型家用绣花机设计方案的自动生成 170

9.4.2 关键功能模块的方案设计及动态仿真 170

9.4.3 新型家用绣花机系统的动态仿真 174

9.4.4 实验样机的试制 174

参考文献 177

附录A 186

附录B 189