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编辑推荐

适读人群 ：控制系统、机电一体化系统设计、工业驱动、设备与传感器等专业的本科生和工程技术人员
　　原书由新加坡国立大学陈国强（TanKokKiong）、安迪·苏加那·普特拉（ＡｎｄｉＳｕｄｊａｎａＰｕｔｒａ）编写，TanKokKiong教授是新加坡国立大学电力与计算机工程系智能控制中心主任，其研究团队在工业运动控制技术领域享有很高的声誉。本书以工业伺服驱动技术和控制技术为主要内容，详细介绍了各种工业伺服和驱动的基本原理、结构和特点，以及现场总线协议和通用现场总线。此外，本书还总结了工业运动控制的发展趋势，特别是超精密机加工、微制造、微组装、精密计量测试及相应的驱动技术。

内容简介

　　本书以工业伺服驱动技术和控制技术为主要内容，介绍了液压伺服系统、气动系统、电力驱动系统、压电驱动器和伺服驱动控制系统，书中详细介绍了各种工业伺服和驱动的基本原理、结构和特点，以及现场总线协议和通用现场总线。此外，本书总结了工业运动控制的发展趋势，特别是超精密机加工、微制造、微组装、精密计量测试及相应的驱动技术。本书的主要读者对象是对驱动、传感器、控制系统设计感兴趣的工程技术人员，尤其是那些致力于系统设计与控制同时需要在驱动与控制系统方面有很广知识面的技术人员，本书也非常适合作为“控制系统”“机电一体化系统设计”“工业驱动”“设备与传感器”等课程的教材。

目录

译丛序言
译者序
前言
第1章伺服控制系统概述1
1.1伺服控制系统的目标1
1.2伺服控制单元4
1.2.1测量4
1.2.2驱动4
1.2.3功率调制5
1.2.4控制5
1.2.5系统集成6
第2章液压伺服和气动驱动7
2.1伺服液压和气动驱动概述7
2.2液压和气动驱动基础9
2.2.1基本定义和原理9
2.2.2液压油11
2.2.3流体驱动的优势12
2.3液体驱动系统的构成13
2.3.1主电源13
2.3.2液压泵13
2.3.3液压马达17
2.3.4液压活塞/液压缸20
2.3.5控制阀22
2.3.6传感器28
2.3.7辅助设备31
2.4基本液压回路34
2.4.1恒流系统34
2.4.2恒压系统34
2.4.3恒功率系统34
2.4.4液压回路的联锁35
第3章电力驱动系统36
3.1电力驱动概述36
3.2电动机38
3.2.1步进电动机39
3.2.2直流电动机42
3.2.3交流电动机45
3.2.4线性电动机50
3.3电力电子52
3.3.1直流-直流转换器53
3.3.2直流-交流转换器58
3.3.3交流-交流转换器60
3.3.4交流-直流转换器61
3.4传感器63
3.4.1位置测量63
3.4.2速度测量66
3.4.3加速度测量66
3.4.4转矩测量66
3.5电力驱动程序的配置67
第4章压电驱动器70
4.1固态驱动器和压电致动器70
4.2压电效应71
4.3非线性压电致动器73
4.4压电致动器的机械连接75
4.4.1缺口接头77
4.4.2交叉带轴和车轮铰链77
4.4.3被动接点78
4.4.4标准旋转接头79
4.4.5标准平移接头80
4.5应用实例80
第5章控制系统的伺服驱动器86
5.1开环控制与闭环控制86
5.2伺服控制器的挑战86
5.2.1系统设计87
5.2.2非线性动力学87
5.2.3扰动92
5.3伺服控制结构93
5.3.1轨迹发生器94
5.3.2反馈控制94
5.3.3前馈补偿103
5.3.4状态反馈观测器104
5.3.5陷波滤波器105
5.4实现106
5.4.1数字控制106
5.4.2模拟控制109
5.5IEC 61131-3编程标准110
5.5.1梯形图111
5.5.2指令列表（IL）112
5.5.3结构化文本（ST）112
5.5.4顺序功能图（SFC）113
5.5.5功能框图（FBD）114
5.5.6连续功能图（CFC）116
第6章数字通信协议117
6.1现场总线的发展117
6.1.1分布式控制系统117
6.1.2私有协议的问题120
6.2现场总线协议栈121
6.2.1物理层122
6.2.2链路层124
6.2.3网络层126
6.2.4应用层127
6.2.5用户层127
6.2.6遍历堆栈127
6.3通用现场总线127
6.3.1CANopen总线127
6.3.2过程现场总线128
6.3.3基础现场总线129
6.3.4火线130
6.3.5Sercos总线131
6.3.6以太网131
6.4液压/气动和电动驱动的应用132
6.4.1液压/气动驱动器的现场总线133
6.4.2电驱动装置的现场总线134
第7章运动控制的发展趋势135
7.1背景135
7.1.1纳米技术135
7.1.2生物技术135
7.2超精密加工136
7.2.1超精密主轴136
7.2.2准分子激光微加工137
7.3微制造138
7.3.1光刻技术138
7.3.2微机电系统(MEMS)138
7.4微组装138
7.5精密计量测试139
7.6驱动技术139
7.6.1微制造139
7.6.2微装配140
7.6.3微计量140
参考文献142

前言/序言

　　工业自动化在现代工业中扮演着非常重要的角色，尤其是在这个高精度快速生产的时代。工业自动化的目标是在工业领域中用合理的费用来实现快速高效的生产。工业自动化最适合大规模生产同质化产品，然而大部分行业生产的产品数量较低。在这种状况下，我们的挑战就是如何在合理的安装成本下发展自动化系统，因此广大读者对与之相关的知识技术的需求也与日俱增。
　　在工业自动化中，控制系统与驱动是密不可分的两个部分，本书重新整理了与工业自动化控制与驱动相关的资料，从伺服控制宏观角度写起，重点介绍了用于实现精确控制的主要驱动类型，包括液压伺服、气动驱动、电力驱动和压电驱动。每一章都对执行器、传感器、控制器主要部件进行了详细讨论，考虑到上述驱动的控制原理相似，因此没有深入分析控制理论，而是将与运动控制自身相关的技术和理论单独放在第5章中讨论。同样，数字通信协议单独放在了第6章，并总结了运动和数字化精确控制的重要性和快速发展趋势。第7章对运动控制进行了更为通用的介绍。本书体现了机电一体化的整体性、细微差别和协同集成性，也反映了当前工业自动化协同效应的现实问题。
　　忽略机电一体化之间的细微差别，本书的结构非常适合循序渐进的教学。同时每一章的内容都可以在不影响读者理解的情况下独立学习。本书的读者范围很广，包括工业自动化专业的学生、技术人员、工程师和科研人员等。本书使用了简洁的基础知识和语言，如用方程的基本原理解释一些确切的概念，这样既不会降低初学者的积极性，又不会使基础扎实的读者觉得冗余。想了解工业自动化领域各种传感器、执行器、控制器应用的读者通过本书可以有所收获。读者也会发现这本书所反映的当前工业采用的方法和观点，至今非常合理且简单易懂，而且可以联系到自己以前所学的专业知识。
　　液压和压电驱动，以及控制原理和数字通信协议的引入都是为了使本书能够涵盖控制系统的每个方面。本书的讨论从每个设备的发展和基本原理到组装系统的过程。书中各执行器、传感器、控制系统和组装系统的协同一致性也展示了当前工业的应用趋势。本书的主要读者对象是对驱动、传感器、控制系统设计感兴趣的专家、工程师和学生。本书也非常适合作为“控制系统”“机电一体化系统设计”“工业驱动”“设备与传感器”课程的教材。对于专业人士，本书最适合那些致力于系统设计与控制同时需要在驱动与控制系统方面有较宽较深入认识的读者。
　　为了准确地向读者介绍每一个概念，本书配有很多插图，尤其是为了体现出工业系统的工作原理和结构。
　　如果没有同事和朋友们的慷慨帮助，本书就不可能完成。作者要在此向以下这些人表达最真诚的谢意，他们分别是Dr.HuangSunan，Dr.ZhaoShao,Dr.TangKokZuea和Mr.ChenSilu，他们都对本书提供了非常珍贵的参考资料。作者也要感谢以下这些人，他们分别是Mr.OliverJackson,Ms.AislinnBunning和Ms.CharlotteCross，他们对本书的编辑和出版都做出了很大贡献。最后，我要向我的家人表示感谢，感谢他们对我的爱和支持。
　　新加坡　Tan Kok Kiong Andi Sudjana Putra
　　译丛序
　　一、制造技术长盛永恒
　　先进制造技术是20世纪80年代提出的，由机械制造技术发展而来。通常可以认为它是将机械、电子、信息、材料、能源和管理等方面的技术，进行交叉、融合和集成，综合应用于产品全生命周期的制造全过程，包括市场需求、产品设计、工艺设计、加工装配、检测、销售、使用、维修、报废处理、回收利用等，以实现优质、敏捷、高效、低耗、清洁生产，快速响应市场的需求。因此，当前的先进制造技术是以产品为中心，以光机电一体化的机械制造技术为主体，以广义制造为手段，具有先进性和时代感。
　　制造技术是一个永恒的主题，与社会发展密切相关，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是所有工业的支柱，是国家经济与国防实力的体现，是国家工业化的关键。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济高度发展的今天，它更占有十分重要的地位。
　　信息技术的发展并引入到制造技术，使制造技术产生了革命性的变化， 出现了制造系统和制造科学。制造系统由物质流、能量流和信息流组成，物质流是本质，能量流是动力，信息流是控制；制造技术与系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合就形成了新的制造学科。
　　制造技术的覆盖面极广，涉及机械、电子、计算机、冶金、建筑、水利、电子、运载、农业以及化学、物理学、材料学、管理科学等领域。各个行业都需要制造业的支持，制造技术既有普遍性、基础性的一面，又有特殊性、专业性的一面，制造技术具有共性，又有个性。
　　我国的制造业涉及以下三方面的领域：
　　·机械、电子制造业，包括机床、专用设备、交通运输工具、机械设备、电子通信设备、仪器等；
　　·资源加工工业，包括石油化工、化学纤维、橡胶、塑料等；
　　·轻纺工业，包括服装、纺织、皮革、印刷等。
　　目前世界先进制造技术沿着全球化、绿色化、高技术化、信息化、个性化和服务化、集群化六个方向发展，在加工技术上主要有超精密加工技术、纳米加工技术、数控加工技术、极限加工技术、绿色加工技术等，在制造模式上主要有自动化、集成化、柔性化、敏捷化、虚拟化、网络化、智能化、协作化和绿色化等。
　　二、图书交流源远流长
　　近年来，国际交流与合作对制造业领域的发展、技术进步及重大关键技术的突破起到了积极的促进作用，制造业科技人员需要及时了解国外相关技术领域的最新发展状况、成果取得情况及先进技术应用情况等。
　　必须看到，我国制造业与工业发达国家相比，仍存在较大差距。因此必须加强原始创造，在实践中继承和改造，学习国外的先进制造技术和经验，提高自主创新能力，形成自己的创新体系。
　　国家、地区间的学术、技术交流已有很长的历史，可以追溯到唐朝甚至更远一些，唐玄奘去印度取经可以说是一段典型的图书交流佳话。图书资料是一种传统、永恒、有效的学术、技术交流方式，早在20世纪初期，我国清代学者严复就翻译了英国学者赫胥黎所著的《天演论》，其后学者周建人翻译了英国学者达尔文所著的《物种起源》，对我国自然科学的发展起到了很大的推动作用。
　　图书是一种信息载体， 图书是一个海洋，虽然现在已有网络、光盘、计算机等信息传输和储存手段，但图书更具有广泛性、适应性、系统性、持久性和经济性，看书总比在计算机上看资料要方便，不同层次的要求可以参考不同层次的图书，不同职业的人员可以参考不同类型的技术图书， 同时它具有比较长期的参考价值和收藏价值。当然，技术图书的交流具有时间上的滞后性，不够及时，翻译的质量也是个关键问题，需要及时、快速、高质量的出版工作支持。
　　机械工业出版社希望能够在先进制造技术的引进、消化、吸收、创新方面为广大读者做出贡献，为我国的制造业科技人员引进、纳新国外先进制造技术的出版资源，翻译出版国际上优秀的制造业先进技术著作，从而能够提升我国制造业的自主创新能力，引导和推进科研与实践水平不断进步。
　　三、选择严谨质高面广
　　1)精品重点高质本套丛书作为我社的精品重点书，在内容、编辑、装帧设计等方面追求高质量，力求为读者奉献一套高品质的丛书。
　　2)专家选译把关本套丛书的选书、翻译工作均由国内相关专业的专家、教授、工程技术人员承担，充分保证了内容的先进性、适用性和翻译质量。
　　3)引纳地区广泛主要从制造业比较发达的国家引进一系列先进制造技术图书，组成一套“国际机械工程先进技术译丛”。当然其他国家的优秀制造科技图书也在选择之内。
　　4)内容先进丰富在内容上应具有先进性、经典性、广泛性，应能代表相关专业的技术前沿，对生产实践有较强的指导、借鉴作用。本套丛书尽量涵盖制造业各行业，例如机械、材料、能源等，既包括对传统技术的改进，又包括新的设计方法、制造工艺等技术。
　　5)读者层次面广面对的读者对象主要是制造业企业、科研院所的专家、研究人员和工程技术人员，高等院校的教师和学生，可以按照不同层次和水平要求各取所需。
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