《機電控制系統(tǒng)設計與應用》是在“機電一體化”類課程基礎上介紹了面向控制設計需求的機電系統(tǒng)動力學相關的理論和方法，旨在提升學習者運用控制系統(tǒng)進行性能設計的能力。主要內(nèi)容包括：機電系統(tǒng)總體設計方法、機電系統(tǒng)動力學建模方法、傳動與執(zhí)行器動力學模型、典型機電非線性因素、負載與電機特性分析與匹配、檢測與驅動器的動力學模型、系統(tǒng)動力學特性辨識方法、計算機數(shù)字控制等。后通過一個案例綜合應用了相關方法和技術，從控制系統(tǒng)設計應用的角度進行總結。
《機電控制系統(tǒng)設計與應用》可作為高等院校近機電類專業(yè)研究生教材，也可供機電控制類裝備高級研發(fā)人員參考。
自動控制理論和微電子技術為傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)帶來了驚人效益，使產(chǎn)業(yè)結構、生產(chǎn)方式和管理體制等發(fā)生了深刻的變革。我國高校機械電子工程專業(yè)設置于20世紀80年代．90年代取得了迅猛發(fā)展，在機械電子工程專業(yè)中開設了傳感技術、驅動技術、機電伺服技術、控制技術等課程，為經(jīng)濟體制轉軌時代培養(yǎng)了大量的機電工程師，有力促進了我國工業(yè)自動化水平，迅速縮小了與發(fā)達國家的巨大差距。
十八大以來，黨和國家把科技創(chuàng)新擺在更加重要的位置，全面實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略�！吨袊圃�2025》明確了智能制造這一主攻方向，為我國制造業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級指明了道路和方向，也對高等院校機電系統(tǒng)人才培養(yǎng)提出了更高層次的要求。目前國內(nèi)高校面向研究生開設的機電系統(tǒng)設計方面課程的教材不多，部分教材更是偏重于某些應用領域，如超精密加工、微機電系統(tǒng)等，難以滿足原創(chuàng)性、高性能的機電系統(tǒng)綜合人才培養(yǎng)需求。
我校機械電子工程學科研究生階段課程，在本科“機電結合、以機為主”系統(tǒng)功能設計能力培養(yǎng)基礎上，定位為“機電耦合、數(shù)字設計”。經(jīng)過“十二五”的課程內(nèi)容改革與實踐，課程構建了全機電系統(tǒng)數(shù)學建模與數(shù)字控制技術的課程體系，使學生形成通過數(shù)字樣機設計和評估機電系統(tǒng)性能的能力。本教材共9章。緒論著重描述系統(tǒng)的內(nèi)涵、構成和設計路線；第2章是機電系統(tǒng)動力學建模的基礎知識，基本涵蓋了常規(guī)建模所需要的基本理論和方法；第3-5章分別描述了常見機械部件、傳感部件和致動器的動力學表達；第6章描述了常見機電系統(tǒng)的非線性因素及克服方法；第7章是實驗建模的基本方法：第8章是機電數(shù)字控制的連續(xù)設計方法；第9章是以導引頭位標器為對象的設計案例。
在本書編寫過程中，參考、借鑒了國內(nèi)外相關領域專家和學者出版的著作和發(fā)表的文獻，在此深表謝意！
本書可作為高校機械電子工程專業(yè)研究生用書，也可供相關領域工程技術人員參考。
由于作者水平有限，書中不妥之處，懇請讀者批評指正。
第1章 緒論
1．1 機械電子工程的發(fā)展與概念
1．1．1 機械電子工程的發(fā)展
1．1．2 機械電子工程的定義
1．2 系統(tǒng)關鍵技術
1．2．1 信息系統(tǒng)
1．2．2 機械系統(tǒng)
1．2．3 電子系統(tǒng)
1．2．4 傳感器與致動器
1．2．5 實時接口
1．3 機電系統(tǒng)設計方法
1．3．1 機電系統(tǒng)設計流程
1．3．2 機電系統(tǒng)集成方式
1．4 本書重點與內(nèi)容組織習題與思考題
第2章 機電動力學理論基礎
2．1 力學理論基礎
2．1．1 動力學普遍定理
2．1．2 歐拉動力學方程
2．1．3 達朗貝爾原理
2．1．4 拉格朗日方程
2．2 電路分析理論基礎
2．2．1 基爾霍夫電流定律
2．2．2 基爾霍夫電壓定律
2．3 電磁場理論基礎
2．3．1 安培環(huán)路定理
2．3．2 安培力定律
2．3．3 電磁感應定律
2．4 機電能量轉換基礎
2．4．1 機電能量轉換的能量關系
2．4．2 單邊激勵機電裝置的能量轉換
2．4．3 雙邊激勵機電裝置的能量轉換
2．4．4 機電能量轉換的條件
2．4．5 產(chǎn)生恒定電磁轉矩的條件
2．4．6 旋轉電動機的電磁轉矩習題與思考題
第3章 機械動力學
3．1 桿件
3．2 彈簧
3．3 阻尼
3．3．1 帶有干摩擦和黏滯摩擦的阻尼
3．3．2 彈簧阻尼系統(tǒng)
3．4 軸承
3．4．1 滑動軸承
3．4．2 滾動軸承
3．5 典型機械系統(tǒng)
3．5．1 單質量彈簧阻尼振蕩系統(tǒng)
3．5．2 考慮齒輪和彈簧的兩質量振蕩系統(tǒng)
3．5．3 帶傳動系統(tǒng)動力學
3．5．4 帶有摩擦的機械系統(tǒng)
3．5．5 帶有空回的機械系統(tǒng)習題與思考題
第4章 機電系統(tǒng)傳感器特性
4．1 典型位置檢測元件的特性與模型
4．1．1 光電編碼器
4．1．2 旋轉變壓器
4．1．3 電位計
4．2 典型速度檢測元件的特性與模型
4．2．1 直流測速發(fā)電機
4．2．2 編碼器式測速傳感器
4．3 典型慣性測量元件的特性與模型
4．3．1 加速度計
4．3．2 陀螺儀
4．4 典型力及力矩測量元件的特性與模型
4．4．1 測力傳感器
4．4．2 轉矩測量習題與思考題
第5章 致動器動力學特性
5．1 步進電動機
5．1．1 基本轉矩計算
5．1．2 電動機動態(tài)數(shù)學模型
5．2 直流電動機
5．3 交流電動機
5．3．1 三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學模型
5．3．2 三相異步電動機在兩相靜止坐標系上的數(shù)學模型習題與思考題
第6章 機電系統(tǒng)非線性動力學特征
6．1 傳動鏈典型非線性因素
6．2 飽和特性及其動力學模型
6．3 死區(qū)特性及其動力學模型
6．4 間隙特性及其動力學模型
6．4．1 間隙特性建模
6．4．2 齒隙的物理模型及非線性特性
6．4．3 齒隙非線性建模及數(shù)學表達式
6．4．4 齒隙特性的描述函數(shù)分析
6．4．5 間隙對控制系統(tǒng)性能的影響
6．5 摩擦特性及其動力學模型
6．5．1 摩擦的特征
6．5．2 摩擦模型的發(fā)展
6．5．3 靜摩擦對系統(tǒng)的影響
6．6 結構彈性變形及阻尼的影響
6．6．1 問題的引出
6．6．2 降低機械諧振影響的措施
6．7 消除非線性因素的常用方法
6．7．1 利用局部反饋削弱非線性因素
6．7．2 振蕩線性化習題與思考題
第7章 動態(tài)系統(tǒng)實驗建模
7．1 模型辨識的基本思想
7．1．1 模型辨識的發(fā)展和現(xiàn)狀
7．1．2 經(jīng)典模型辨識的基本思想
7．2 實域非參數(shù)模型的辨識階躍響應法
7．2．2 脈沖響應法
7．2．3 相關函數(shù)法
7．3 頻域非參數(shù)模型的辨識
7．3．1 頻率響應法
7．3．2 傳遞函數(shù)擬合習題與思考題
第8章 機電控制技術
8．1 控制系統(tǒng)性能指標
8．1．1 時域性能指標
8．1．2 頻域性能指標
8．2 一般機電控制系統(tǒng)框架
8．3 數(shù)字PID控制器設計
8．3．1 基本形式與算法
8．3．2 PID改進算法
8．4 連續(xù)控制器的離散化方法
8．4．1 脈沖響應不變法（z變換法）
8．4．2 階躍響應不變法
8．4．3 前向差分法
8．4．4 后向差分法
8．4．5 雙線性變換法
8．4．6 預修正雙線性變換法
8．4．7 零極點匹配法
8．4．8 各種離散化方法比較習題與思考題
第9章 案例分析
9．1 穩(wěn)定平臺的建模分析
9．1．1 三軸穩(wěn)定平臺的幾個概念
9．1．2 坐標系定義
9．1．3 坐標變換
9．1．4 運動學關系
9．1．5 動力學模型
9．1．6 動力學模型的簡化
9．1．7 機電模型
9．1．8 三軸模型仿真實例
9．2 穩(wěn)定平臺控制系統(tǒng)的設計指標
9．2．1 設計指標
9．2．2 隔離度定義與特性
9．2．3 穩(wěn)定平臺輸出與制導系統(tǒng)的關系
9．3 三軸穩(wěn)定平臺的經(jīng)典PID控制
9．3．1 控制機理與控制系統(tǒng)基本結構
9．3．2 各軸負載及電動機伺服控制回路模型
9．3．3 三軸平臺的經(jīng)典PID控制
參考文獻
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