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第2版前言Preface to the Second Edition全球市場的競爭需要采用現(xiàn)代化技術來生產靈活的、功能豐富的產品，使其比現(xiàn)有的產品更好、更便宜、更智能。我們日常所使用的無數(shù)的智能產品，從汽車的導航控制系統(tǒng)到先進的飛行控制系統(tǒng)，從洗衣機到多功能的精密機器，已經證實了機電一體化的重要性。數(shù)字工程、仿真與建模、機電運動設施、電力電子、計算機和信息學、MEMS、微處理器以及DSP等技術的發(fā)展，給工業(yè)界和學術界帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　機電一體化是機械和電子工程、計算機科學以及信息技術的協(xié)同組合，包含采用控制系統(tǒng)、數(shù)字方法來設計具有內置智能的產品。
　　機電一體化領域允許工程師將機械、電子、控制工程和信息技術集成到整個產品設計過程中。建模、仿真、分析、虛擬原型以及可視化等都是開發(fā)先進的機電一體化產品的關鍵因素。機電一體化設計注重系統(tǒng)優(yōu)化，以保證創(chuàng)造與時俱進的合格產品。為了讓機電一體化產品設計一次成功，需要團隊合作以及多部門、多工程學科之間的協(xié)調。通過引入新的軟件仿真工具和系統(tǒng)串接起來工作，促進了系統(tǒng)集成，創(chuàng)造了一條有效的機電一體化工作道路。
　　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)包括機械工程、電子工程、工業(yè)工程、生物醫(yī)學工程、計算機工程以及機電一體化工程。本書被廣泛應用于美國、加拿大、中國、歐洲、印度和韓國。根據(jù)本領域內專家或使用本書的教師的反饋，本書第2版已經進行了大幅擴展和修訂，所以本書不僅仍舊適合于原來的用戶，而且適應于其他新出現(xiàn)的課程。
　　當前，有一種趨勢是將機電一體化包含進傳統(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計經驗。這種經驗來自于使用測量原理、傳感器、驅動器、電子線路以及耦合了設計、仿真和建模的實時接口。有些課程以案例分析作為結尾，通過一個統(tǒng)一的設計項目，將各種各樣的學科集成到一個成功的設計產品中，以便在實驗室環(huán)境下就能快速地裝配和分析這個產品。
　　本書第2版已經全部升級了。目標是全面覆蓋多個領域，從而讓讀者理解工程學科的范圍，將這些學科合在一起形成機電一體化的新領域。本書中所用的跨學科方法為機電一體化產品設計提供了技術背景。
　　本書第2版可作為如下課程的教材或參考書：
　　獨立的機電一體化課程。
　　現(xiàn)代儀器和測量課程。
　　混合電子和機械工程課程，涵蓋傳感器、驅動器、數(shù)據(jù)采集和控制。
　　跨學科的工程課程，包括建模、仿真和控制。
　　本書特色全面覆蓋傳感器、驅動器、系統(tǒng)建模，并且將經典的控制系統(tǒng)設計與實時計算機接口相結合。
　　工業(yè)實際案例分析。
　　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行交互式建模，其對設計過程非常重要。
　　詳細的機電一體化系統(tǒng)設計方法。
　　展示如何實現(xiàn)設計過程的一次性成功。
　　第2版新增內容眾多的設計例子，每一章后面都增加了習題，幫助學生理解基本的機電一體化方法。
　　實現(xiàn)了一個簡單的運動控制模型，其貫穿于全書8章內容，逐步地涵蓋了機電一體化系統(tǒng)的各個部分。
　　使用LabVIEW和VisSim軟件進行仿真和實時接口。
　　包含當前機電一體化和智能制造的發(fā)展趨勢。
　　在實施案例分析時，結合框圖進行描述，強調廣泛應用數(shù)學分析、建模仿真、控制和實時接口等工具。
　　包含傳感器、實時接口、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計例子和習題。
　　描述機電一體化的協(xié)同性及其對設計的影響。
　　半實物仿真例子以及圖解優(yōu)化設計。
　　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與霍爾效應傳感器的集成，以及其數(shù)學分析和位置控制。
　　機電一體化虛擬原型系統(tǒng)的創(chuàng)建。
　　第1章深入討論機電一體化設計過程的關鍵內容，并探討其發(fā)展方向。此外，還介紹近年來在智能制造領域機電一體化技術的發(fā)展，并討論利用機電一體化方法對傳統(tǒng)設計的改進。
　　第2章重點講解系統(tǒng)建模和仿真，學生將學習如何利用改進的類比方法從圖形或其他信息中創(chuàng)建精確的計算機動態(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，這種方法將標準的模擬方法和框圖建模方法相結合，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章還介紹在機電一體化中許多常見的物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括機械元件、電子元件、熱元件、流體元件和液壓元件，該章所開發(fā)的模型和技術將按機電一體化設計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動設備，包括直流電機、步進電機、流體動力設備和壓電驅動器。
　　第5章介紹系統(tǒng)控制和邏輯方法，包括數(shù)字技術和數(shù)字理論的基本原理，諸如布爾邏輯運算、模擬和數(shù)字電子學以及PLC。
　　第6章介紹機電一體化系統(tǒng)中的控制及其設計。重點關注真實環(huán)境的約束，包括時滯和非線性。詳細介紹根軌跡法和伯德圖設計方法，同時還介紹幾個通用控制結構的設計過程，包括PI、PD、PID、滯后、超前和純增益。
　　第7章討論實時數(shù)據(jù)采集的理論和實踐。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齒輪電機位置控制系統(tǒng)的PI控制器輸出的脈寬調制功能。
　　第8章列舉一系列適合實驗室研究的案例。所有案例都通過使用通用的輸入/輸出板、可視化仿真環(huán)境以及應用軟件來實施，圖形環(huán)境的關鍵因素在于機電一體化應用中參與和交互系統(tǒng)的可視化表示。
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