机电系统设计方法、模型及概念：实现、控制及分析

　　《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1~5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6~12章和附录，以下简称“控制与分析篇”）。译者认为，这是关于机电系统设计和分析的一本不可多得的*著作，有很高的学术水准，内容全面丰富。书中不少内容基于作者研究组的*新研究成果，有很强的创新。例如，基于通用机电变送器建模（建模与仿真篇第5章），给出了静电（控制与分析篇第6章）、压电（控制与分析篇第7章）、电磁以及电动力变送器（控制与分析篇第8章）的形式化描述。建模与仿真篇第5章介绍的通用机电变送器模型框架为一般了解电力耦合变送器的原理以及不同类型变送器物理原理的表示提供了方*。与其他同类书籍相比，这种具有广泛适用性的模型表示是全新的。本书还使用解析动态模型实现了许多物理与技术领域的机电一体化功能，例如多体动力学（建模与仿真篇第4章）、电磁动作变送器（控制与分析篇第8章）以及数字信息处理（控制与分析篇第9章）。

　　张建华，华东理工大学自动化系教授，2005年于德国波鸿鲁尔大学获工学博士学位，师从德国国家工程院和北莱茵-威斯特*科学院双院士Johann F. Boehme教授。2005-2006年在英国谢菲尔德大学任博士后副研究员，合作导师为英国皇家工程院院士Derek A. Linkens教授等。2007年引进回国任华东理工大学自动化系教授和博士生导师。2011，2012，2014，2015年应邀赴德国柏林工业大学和马普复杂技术系统动力学研究所做客座教授或高级研究学者。现任国际自动控制联合会（IFAC）人机系统、复杂大系统、生物与医学系统、交通系统四个技术委员会委员，曾任13th IFAC Symp. on Complex Large-Scale Systems 的IPC副主席， 19th IFAC World Congress的技术副编辑，13th IFAC Symp. on Analysis， Design and Evaluation of Human-Machine Systems的IPC共同主席。2011年获德国马普学会高级研究基金，2007年入选上海市浦江人才计划，2002-04年获德意志学术交流中心（DAAD）奖学金。主要研究兴趣包括计算智能，机器学习与智能数据分析，生物系统的建模与控制，生物医学信号处理，人机系统，脑机交互，神经工效学等。至今在IEEE T-HMS， IEEE T-BME，IEEE T-CBB等重要学术期刊和会议上发表论文110余篇。

译者引言（第1~5章简介）第6章功能实现： 静电变送器6.1系统工程背景6.2物理基础6.3通用静电变送器6.3.1系统结构6.3.2静电变送器本构方程6.3.3ELM二端口模型6.3.4负载静电变送器6.3.5结构原理6.4具有电压驱动与可变电极间距的变送器6.4.1一般动态模型6.4.2使用串联电容增大运动范围6.4.3使用串联电阻的被动阻尼6.5具有可变电极间距和电流驱动的变送器6.6差动变送器6.6.1通用变送器配置6.6.2推推控制： 机械对称结构6.6.3推推控制： 横向梳形变送器6.6.4推挽控制： 静电轴承6.6.5推挽控制： 轴对称双梳变送器6.7具有恒定电极间距的变送器6.7.1一般动态模型6.7.2纵向梳形变送器6.7.3采用线性级齿的梳形变送器本章参考书目第7章功能实现： 压电变送器7.1系统工程背景7.2物理基础7.3通用压电变送器7.3.1系统结构7.3.2压电变送器的本构方程7.3.3ELM二端口模型7.3.4负载压电变送器7.3.5结构原理7.4带阻抗反馈的变送器7.5机械谐振器7.5.1比例工作和谐振工作7.5.2超声压电电机本章参考书目第8章功能实现： 电磁作用变送器8.1系统工程背景8.2物理基础8.3通用电磁变送器： 可变磁阻8.3.1系统结构8.3.2电磁变送器的本构方程8.3.3ELM二端口模型8.3.4负载电磁变送器8.3.5结构原理8.3.6具有可变工作气隙的电磁变送器8.3.7差动电磁变送器： 磁轴承8.3.8具有恒定工作气隙的电磁变送器8.3.9磁阻步进电机8.4通用电动力变送器： 洛伦兹力8.4.1系统配置8.4.2电动力变送器的本构方程8.4.3ELM二端口模型8.4.4负载电动力变送器8.4.5结构原理本章参考书目第9章功能实现： 数字信息处理9.1系统工程背景9.2定义9.2.1参考结构9.2.2建模方法9.3采样9.4混叠9.5保持器9.6采样对象的频率响应9.7振荡系统中的混叠9.8数字控制器9.9变换频域9.10信号转换9.11数字数据通信9.12实时性9.13设计时要考虑的问题本章参考书目第10章控制理论10.1系统工程背景10.2一般的设计考虑10.3建模不确定性10.3.1多体系统参数不确定性10.3.2未建模的本征模态10.3.3寄生动态10.4多体系统的鲁棒稳定性10.4.1穿越（或相交）形式的奈奎斯特判据10.4.2使用尼柯尔斯图的稳定性分析10.4.3弹性本征模的鲁棒稳定性10.5频域控制器的手工设计10.5.1鲁棒控制策略10.5.2多体系统的通用控制器类型10.5.3单位反馈下的暂态特性10.5.4单质振子的控制10.5.5同位MBS控制10.5.6非同位MBS控制10.6隔振10.6.1被动隔振10.6.2主动隔振： 天钩原理10.6.3主动检测质量阻尼器10.7可观性与可控性10.7.1一般性质10.7.2相对坐标下的MBS控制10.7.3振荡节点处的测量与执行位置10.8数字控制10.8.1一般设计过程10.8.2刚体主导的系统10.8.3具有未建模本征模的系统11.8.4数字控制器中的混叠10.8.5测量噪声的混叠本章参考文献第11章随机动态分析11.1系统工程背景11.2随机系统理论基础11.2.1随机变量11.2.2随机时间函数与随机过程11.2.3具有随机输入的LTI系统11.3白噪声11.4色噪声11.5噪声源的建模11.6协方差分析本章参考书目第12章设计评价： 系统预算12.1系统工程背景12.2性能度量参数12.3度量的线性预算12.4度量的非线性预算12.5产品精度12.6非纯一度量的预算编制12.7使用预算的设计优化12.8设计示例本章参考书目附录A协方差公式中英文术语翻译对照表