高清PDF《机电系统设计方法、模型及概念 实现、控制及分析》德）Klaus Janschek

本书讲述机电一体化系统的基础知识，给出系统设计（如系统结构、建模以及动态分析等)的主要方法，提出有助于理解有关物理现象的典型动态模型，并且针对一些实例讨论说明机电一体化系统设计与分析的概念和思路。本书包括380余幅插图和50余个设计示例(均有完整解答)，不仅清晰说明了机电系统设计的基本方法和概念，而且便于读者自学这些概念和方法。本书由Springer出版社2010年出版德文原版，2012年出版英文翻译版，受到国际学术界广泛好评。
考虑到原书篇幅较长，中译本分为内容相对独立的2本：《机电系统设计方法、模型及概念：建模、仿真及实现基础》（原书第1一5章，以下简称“建模与仿真篇”）和《机电系统设计方法、模型及概念：实现、控制及分析》（原书第6一12章和附录，以下简称“控制与分析篇”)。
“建模与仿真篇”主要阐述多域建模（基于能量，端口或者信号），仿真问题以及两种基本的功能实现（多体动力学和通用机电变送器）。“控制与分析篇”主要内容包括三种具体变送器功能实现方法（即静电、压电以及电磁作用变送器），机电系统的主要控制方法（特别是鲁棒控制方法)，随机动态分析以及基于系统顶算的设计定量评价。基于“建模与仿真篇”第5章的通用机电变送器建模方法，“控制与分析篇”第6一8章分别给出了静电、压电以及电磁和电动力变送器的形式化描述，并使用解析动态模型实现物理与技术领域的机电一体化功能，如第8章的“电磁动作变送器”和第9章的“数字信息处理”
本书是许多应用领域实际机电系统研发的必备书籍，突出特色包括理论方法和实际应用的紧密结合以及系统性和自足性。本书对机电系统建模、控制及分析例子的背景知识进行了全面阐述，读者无需参考关于应用系统的专门书籍

目录

泽者引言…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只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顶序原则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
2.4.1DAE系统简介………………92
2.4.2DAE指标检验……………93
2.4.3DAE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
2.6.3LT1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
本章参考文就……………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
3.6DAE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
4.4.3MBS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，Eigenm0des)……………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
4,7.6MBS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
5.3.2ELM变送器本构方程………205
5,3.3ELM二端口摸型……………………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
55.1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
中英文词汇表……………………………………………267

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