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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