第2版前言Preface to the Second Edition全球市場的競爭需要采用現(xiàn)代化技術(shù)來生產(chǎn)靈活的、功能豐富的產(chǎn)品，使其比現(xiàn)有的產(chǎn)品更好、更便宜、更智能。我們?nèi)粘Ｋ�使用的無數(shù)的智能產(chǎn)品，從汽車的導(dǎo)航控制系統(tǒng)到先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)，從洗衣機(jī)到多功能的精密機(jī)器，已經(jīng)證實(shí)了機(jī)電一體化的重要性。數(shù)字工程、仿真與建模、機(jī)電運(yùn)動設(shè)施、電力電子、計(jì)算機(jī)和信息學(xué)、MEMS、微處理器以及DSP等技術(shù)的發(fā)展，給工業(yè)界和學(xué)術(shù)界帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　機(jī)電一體化是機(jī)械和電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及信息技術(shù)的協(xié)同組合，包含采用控制系統(tǒng)、數(shù)字方法來設(shè)計(jì)具有內(nèi)置智能的產(chǎn)品。
　　機(jī)電一體化領(lǐng)域允許工程師將機(jī)械、電子、控制工程和信息技術(shù)集成到整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中。建模、仿真、分析、虛擬原型以及可視化等都是開發(fā)先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵因素。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)注重系統(tǒng)優(yōu)化，以保證創(chuàng)造與時俱進(jìn)的合格產(chǎn)品。為了讓機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)一次成功，需要團(tuán)隊(duì)合作以及多部門、多工程學(xué)科之間的協(xié)調(diào)。通過引入新的軟件仿真工具和系統(tǒng)串接起來工作，促進(jìn)了系統(tǒng)集成，創(chuàng)造了一條有效的機(jī)電一體化工作道路。
　　本書第1版是面向高年級本科生或研究生的，涵蓋的專業(yè)包括機(jī)械工程、電子工程、工業(yè)工程、生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)工程以及機(jī)電一體化工程。本書被廣泛應(yīng)用于美國、加拿大、中國、歐洲、印度和韓國。根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)專家或使用本書的教師的反饋，本書第2版已經(jīng)進(jìn)行了大幅擴(kuò)展和修訂，所以本書不僅仍舊適合于原來的用戶，而且適應(yīng)于其他新出現(xiàn)的課程。
　　當(dāng)前，有一種趨勢是將機(jī)電一體化包含進(jìn)傳統(tǒng)的課程體系中，其目的是給即將畢業(yè)的工程師們提供一些綜合的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這種經(jīng)驗(yàn)來自于使用測量原理、傳感器、驅(qū)動器、電子線路以及耦合了設(shè)計(jì)、仿真和建模的實(shí)時接口。有些課程以案例分析作為結(jié)尾，通過一個統(tǒng)一的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將各種各樣的學(xué)科集成到一個成功的設(shè)計(jì)產(chǎn)品中，以便在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下就能快速地裝配和分析這個產(chǎn)品。
　　本書第2版已經(jīng)全部升級了。目標(biāo)是全面覆蓋多個領(lǐng)域，從而讓讀者理解工程學(xué)科的范圍，將這些學(xué)科合在一起形成機(jī)電一體化的新領(lǐng)域。本書中所用的跨學(xué)科方法為機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了技術(shù)背景。
　　本書第2版可作為如下課程的教材或參考書：
　　獨(dú)立的機(jī)電一體化課程。
　　現(xiàn)代儀器和測量課程。
　　混合電子和機(jī)械工程課程，涵蓋傳感器、驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集和控制。
　　跨學(xué)科的工程課程，包括建模、仿真和控制。
　　本書特色全面覆蓋傳感器、驅(qū)動器、系統(tǒng)建模，并且將經(jīng)典的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)時計(jì)算機(jī)接口相結(jié)合。
　　工業(yè)實(shí)際案例分析。
　　深入討論物理系統(tǒng)的建模和仿真。
　　包含框圖、改進(jìn)的模擬建模方法和最新的可視化仿真軟件的使用。
　　展示如何在圖形環(huán)境下利用可視化表示方法進(jìn)行交互式建模，其對設(shè)計(jì)過程非常重要。
　　詳細(xì)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
　　展示如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的一次性成功。
　　第2版新增內(nèi)容眾多的設(shè)計(jì)例子，每一章后面都增加了習(xí)題，幫助學(xué)生理解基本的機(jī)電一體化方法。
　　實(shí)現(xiàn)了一個簡單的運(yùn)動控制模型，其貫穿于全書8章內(nèi)容，逐步地涵蓋了機(jī)電一體化系統(tǒng)的各個部分。
　　使用LabVIEW和VisSim軟件進(jìn)行仿真和實(shí)時接口。
　　包含當(dāng)前機(jī)電一體化和智能制造的發(fā)展趨勢。
　　在實(shí)施案例分析時，結(jié)合框圖進(jìn)行描述，強(qiáng)調(diào)廣泛應(yīng)用數(shù)學(xué)分析、建模仿真、控制和實(shí)時接口等工具。
　　包含傳感器、實(shí)時接口、多輸入和多輸出系統(tǒng)。
　　從日常生活中碰到的情況中提取設(shè)計(jì)例子和習(xí)題。
　　描述機(jī)電一體化的協(xié)同性及其對設(shè)計(jì)的影響。
　　半實(shí)物仿真例子以及圖解優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　對多輸入和多輸出情況下的控制系統(tǒng)分析。
　　全面展示永磁直流電機(jī)與霍爾效應(yīng)傳感器的集成，以及其數(shù)學(xué)分析和位置控制。
　　機(jī)電一體化虛擬原型系統(tǒng)的創(chuàng)建。
　　第1章深入討論機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵內(nèi)容，并探討其發(fā)展方向。此外，還介紹近年來在智能制造領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，并討論利用機(jī)電一體化方法對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。
　　第2章重點(diǎn)講解系統(tǒng)建模和仿真，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何利用改進(jìn)的類比方法從圖形或其他信息中創(chuàng)建精確的計(jì)算機(jī)動態(tài)模型，這里將傳遞函數(shù)變換成框圖模型的過程分成了6步，這種方法將標(biāo)準(zhǔn)的模擬方法和框圖建模方法相結(jié)合，其主要的不同之處在于本方法可以直接處理非線性問題，而不需要引入線性化。第2章還介紹在機(jī)電一體化中許多常見的物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括機(jī)械元件、電子元件、熱元件、流體元件和液壓元件，該章所開發(fā)的模型和技術(shù)將按機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程的順序用于后續(xù)章節(jié)。
　　第3章講述傳感器與換能器的基本理論和概念，包括測量儀器的原理、模擬和數(shù)字傳感器、位置傳感器、力傳感器、振動傳感器，以及溫度、流體和距離傳感器。
　　第4章討論幾種類型的驅(qū)動設(shè)備，包括直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、流體動力設(shè)備和壓電驅(qū)動器。
　　第5章介紹系統(tǒng)控制和邏輯方法，包括數(shù)字技術(shù)和數(shù)字理論的基本原理，諸如布爾邏輯運(yùn)算、模擬和數(shù)字電子學(xué)以及PLC。
　　第6章介紹機(jī)電一體化系統(tǒng)中的控制及其設(shè)計(jì)。重點(diǎn)關(guān)注真實(shí)環(huán)境的約束，包括時滯和非線性。詳細(xì)介紹根軌跡法和伯德圖設(shè)計(jì)方法，同時還介紹幾個通用控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，包括PI、PD、PID、滯后、超前和純增益。
　　第7章討論實(shí)時數(shù)據(jù)采集的理論和實(shí)踐。利用可視化編程方法解決信號處理和數(shù)據(jù)解釋的問題，舉了幾個利用LabVIEW和VisSim的例子。還利用案例分析一個永磁DC齒輪電機(jī)位置控制系統(tǒng)的PI控制器輸出的脈寬調(diào)制功能。
　　第8章列舉一系列適合實(shí)驗(yàn)室研究的案例。所有案例都通過使用通用的輸入/輸出板、可視化仿真環(huán)境以及應(yīng)用軟件來實(shí)施，圖形環(huán)境的關(guān)鍵因素在于機(jī)電一體化應(yīng)用中參與和交互系統(tǒng)的可視化表示。
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