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第1章　绪论1

1.1 概述1

1.2　复杂机电系统的定义和特点2

1.3 复杂机电系统的基本组成4

1.4　复杂机电系统的现状与趋势5

1.4.1 复杂机电装备的功能与服役条件不断挑战极限5

1.4.2　复杂机电系统的控制日益精密化与智能化6

1.4.3 复杂机电系统的研究现状及发展趋势7

1.5 复杂机电系统的关键科学与技术问题8

1.5.1 复杂机电装备的系统科学问题8

1.5.2　复杂机电系统中的耦合9

1.5.3　复杂机电系统的建模11

1.5.4　复杂机电系统的信息感知与智能控制12

1.5.5　复杂机电系统的非线性动力过程演变13

1.6　复杂机电系统的集成与设计14

1.6.1 复杂机电系统的集成14

1.6.2 复杂机电系统的设计及设计方法15

参考文献16

第2章　复杂机电系统的耦合设计18

2.1　概述18

2.2　机电耦合20

2.2.1　机电耦合类型及特点20

2.2.2　机电耦合建模与求解23

2.2.3　机电耦合与解耦设计实例24

2.3　工作界面耦合分析与设计30

2.3.1 工作界面耦合的特点30

2.3.2　工作界面耦合设计与分析的思路31

2.3.3 工作界面耦合分析实例1——连续铸轧机32

2.3.4 工作界面耦合分析实例2——塑性流变界面的一种奇异耦合现象与分析40

2.4　一种基于键合图全局建模方法：系统耦合-集成建模方法48

参考文献62

第3章　复杂机电控制系统设计64

3.1 复杂机电控制系统的组成和分类64

3.1.1 复杂机电控制系统的组成64

3.1.2 复杂机电控制系统分类66

3.2　复杂机电控制系统分析和设计70

3.2.1 脉冲传递函数71

3.2.2 复杂机电控制系统的性能分析74

3.2.3　复杂机电控制系统设计80

3.3　解耦控制设计方法95

3.3.1　减少和消除耦合的方法95

3.3.2　对角矩阵解耦设计方法98

参考文献104

第4章　复杂机电系统机械部件的设计与选用105

4.1 概述105

4.1.1　机电系统中机械部件的要求106

4.1.2　机械系统中的能量流、物质流和信息流107

4.1.3 机械系统的总体布局与设计109

4.1.4　新材料在机械系统部件中的应用112

4.1.5 机械系统中的尺度效应和物理特性114

4.2　机械系统的一般设计方法115

4.2.1 机械部件设计的机电设计思想115

4.2.2　机械部件的总体设计思想116

4.2.3 面向X的设计原理117

4.2.4　机械系统的精度设计123

参考文献128

第5章　复杂机电系统的信息流获取与处理129

5.1 复杂机电系统信息获取的意义与内涵129

5.2　信息检测原理132

5.2.1 应变式传感器133

5.2.2 电涡流（位移）传感器134

5.2.3　速度传感器135

5.2.4　加速度传感器136

5.3　信息处理技术137

5.3.1 频谱分析137

5.3.2　倒频谱分析138

5.3.3　包络分析140

5.3.4　小波分析142

5.3.5 信息融合144

5.4　复杂机电系统信息采集与分析实例——高速平整轧机在线诊断测试148

5.4.1 带钢表面特征分析148

5.4.2 测试方案149

5.4.3　信号特征提取152

5.4.4　信息规律追踪154

5.4.5　测试结论159

参考文献160

第6章　复杂机电液系统动力学建模与辨识161

6.1 复杂流体网络频域动态建模与仿真161

6.1.1 流体元件及支路传递矩阵161

6.1.2 网络节点及终端负载边界条件162

6.1.3 网络频域建模163

6.1.4　仿真实例165

6.1.5 结论166

6.2　机电液网络综合建模与仿真167

6.2.1　传递矩阵模型167

6.2.2　边界条件169

6.2.3 网络频域建模170

6.2.4　建模实例170

6.3　分布式流体网络时域建模与仿真173

6.3.1 管道仿真模型173

6.3.2　管道边界条件175

6.3.3 仿真实例178

6.4 动力学系统非参数模型相关辨识179

6.4.1 相关辨识原理180

6.4.2　功率谱估计183

6.5　连续动力学系统参数模型辨识184

6.5.1 调制函数法184

6.5.2 高斯调制滤波器185

6.5.3　辨识模型描述187

6.5.4　最小二乘估计及统计特性188

6.6　建模与辨识实例——平整机液压自动厚控系统（HAGC）动力学建模与辨识190

6.6.1　HAGC系统动态建模191

6.6.2 HAGC模型辨识194

参考文献201

第7章　复杂机电系统耦合并行设计理论与方法203

7.1 引言203

7.1.1 并行处理的相关概念203

7.1.2　并行处理技术在复杂机电系统耦合设计中的应用206

7.2 可视化并行程序设计平台206

7.2.1　并行虚拟机（PVM）206

7.2.2　平台结构207

7.2.3　任务描述器208

7.2.4　通信代码生成器209

7.2.5　代码插入器211

7.2.6　任务调度器211

7.2.7　任务控制器213

7.2.8　平台在四辊轧机中的应用214

7.3 多智能体系统开发集成环境218

7.3.1 多智能体系统协作模型的结构设计219

7.3.2 多智能体系统开发集成环境的系统构成221

7.3.3 多智能体开发集成环境的设计思想223

7.3.4 自然语言通信功能应用研究226

7.3.5　开发环境在复杂机电系统耦合参数设计中的应用227

参考文献230

第8章　复杂机电系统耦合设计的并行优化方法232

8.1　机械系统参数设计中的耦合设计问题232

8.1.1　机电系统耦合设计模型的描述233

8.1.2　耦合设计任务的分解-协调模型234

8.1.3 并行求解过程中的冲突问题分析236

8.2 满意度水平下的目标冲突的约束处理238

8.2.1　满意度的概念238

8.2.2 目标函数满意程度的模糊描述239

8.2.3　基于满意可行解空间的优化设计模型240

8.3　机电系统耦合设计模型的并行冲突检测方法242

8.3.1　耦合设计模型的并行冲突的分析242

8.3.2　基于优化的分布式约束问题的有解判定方法244

8.4　基于罚函数的耦合问题的并行优化方法247

8.4.1　协同优化方法247

8.4.2　基于罚函数的分解协调原理249

8.4.3 基于混合罚函数的分解协调方法250

8.4.4　分解模型的并行求解252

8.5　算例分析254

8.6 小结256

参考文献257

第9章　复杂机电系统的并行设计实例258

9.1 实例一：某平整机系统的并行仿真分析258

9.1.1 子系统耦合-集成建模方法在工程系统中的应用258

9.1.2　仿真分析结果270

9.1.3 固有频率计算及仿真275

9.1.4 主传动扭振振型计算280

9.1.5 不同工况对垂振系统振动的影响282

9.2　实例二：试验四辊轧机的并行优化设计284

9.2.1 轧制压力、轧制力矩的计算284

9.2.2　机架刚度的优化模型285

9.2.3　轧辊设计优化模型287

9.2.4　机架与轧辊参数间的关系289

9.2.5　机架、辊系的耦合设计模型的并行求解289

9.2.6　求解结果291

9.3 小结292