《机电系统设计方法、模型及概念： 建模、仿真及实现基础》（原书第1~5章，以下简称“建模与仿真篇”）和《机电系统设计方法、模型及概念： 实现、控制及分析》（原书第6~12章和附录，以下简称“控制与分析篇”）。译者认为，这是关于机电系统设计和分析的一本不可多得的权威著作，有很高的学术水准，内容全面丰富。书中不少内容基于作者研究组的最新研究成果，有很强的创新。例如，基于通用机电变送器建模（建模与仿真篇第5章），给出了静电（控制与分析篇第6章）、压电（控制与分析篇第7章）、电磁以及电动力变送器（控制与分析篇第8章）的形式化描述。建模与仿真篇第5章介绍的通用机电变送器模型框架为一般了解电力耦合变送器的原理以及不同类型变送器物理原理的表示提供了方法论。与其他同类书籍相比，这种具有广泛适用性的模型表示是全新的。本书还使用解析动态模型实现了许多物理与技术领域的机电一体化功能，例如多体动力学（建模与仿真篇第4章）、电磁动作变送器（控制与分析篇第8章）以及数字信息处理（控制与分析篇第9章）。

中 文 版 序

这是2010年和2012年分别由Springer出版社出版的《机电系统设计》德文和英译版的中译本。关于本书写作的动机、背景以及构想，感兴趣的读者可以参考德文版的序言。

读者将会发现，本书的主要目标是从建模的观点出发，提供关于机电一体化的全面、系统观点，从而使读者能依据严格的物理和数学观点理解基本概念和设计解决方案。这本专著与很多其他同类书籍相比的特色在于不同章节和主题之间（从建模与仿真直至控制器设计与系统性能评价方法）统一的数学、物理以及建模概念。这本教材可以用作学习技术系统抽象模型严格处理的参考书。所以，这也是我构建本书包括的许多主题背后的逻辑的一种教学训练。我非常希望尊敬的读者认识和欣赏这些目标。

我目前将本书用作德累斯顿工业大学本科生和研究生课程以及其他大学（例如，西班牙Malága大学、巴西圣卡塔琳娜大学、中国的华东理工大学等）短期研究生课程的基本参考书。有趣的是，至今参加我的机电一体化课程的相当一部分学生来自中国（特别是在德累斯顿工业大学与华东理工大学）。除了理解机电一体化课程的一般工程专业障碍之外，他们还必须应对德语或英语的语言障碍。当我开始写德语版时，从未梦想和期待的是： 现在该中译本为许许多多的中国学生提供了直接用中文了解我对机电一体化的理解和思想的途径。这是一个多么大的进步和伟大视角啊！

该中译本成为现实完全归功于华东理工大学的张建华教授。我深深感谢张教授启动、执行并成功完成了这个富有挑战性的项目。当2002年张教授在我指导下在德累斯顿工业大学从事博士课题研究时，我们就彼此相识了。2012年他邀请我为华东理工大学客座教授，第一次为他的学生们介绍我对于机电一体化的观点。当张教授提出富有挑战性的想法，想将我的书翻译成中文，使人数众多的科学界不再有任何语言障碍地直接理解我的书时，我感到十分荣幸。作为一个西方人，中文（特别是使用那些艺术性的文字和符号的书面语）对于我是很神秘的，我也羡慕中国人除了其主要专业外还是熟练的艺术家。现在张教授成功完成了中译本，这是一个多么伟大的时刻和多么漂亮的成果啊！

看到这项成果时，我感激难言，同时又感到有点无助： 机电一体化第一次对于我是如此神秘！但再看一眼之后，我便恢复了自信，因为我还可以清楚认出那些图形和数学模型，它们不因语言的不同而变化，事实上它们是工程师的国际语言。由于张教授所做的极佳工作，我非常希望解释性文字有助于中文读者理解模型背后的思想和概念，并探索有趣的机电一体化领域。

最后但同样重要的是，我非常感谢本书的出版社。首先，感谢Springer出版社以建设性的方式安排版权问题。其次，特别感谢清华大学出版社对该项目的信任和对出版事宜的极佳管理。

Klaus Janschek

2016年7月，德累斯顿

译者引言（第1~5章简介）

第6章功能实现： 静电变送器

6.1系统工程背景

6.2物理基础

6.3通用静电变送器

6.3.1系统结构

6.3.2静电变送器本构方程

6.3.3ELM二端口模型

6.3.4负载静电变送器

6.3.5结构原理

6.4具有电压驱动与可变电极间距的变送器

6.4.1一般动态模型

6.4.2使用串联电容增大运动范围

6.4.3使用串联电阻的被动阻尼

6.5具有可变电极间距和电流驱动的变送器

6.6差动变送器

6.6.1通用变送器配置

6.6.2推推控制： 机械对称结构

6.6.3推推控制： 横向梳形变送器

6.6.4推挽控制： 静电轴承

6.6.5推挽控制： 轴对称双梳变送器

6.7具有恒定电极间距的变送器

6.7.1一般动态模型

6.7.2纵向梳形变送器

6.7.3采用线性级齿的梳形变送器

本章参考书目

第7章功能实现： 压电变送器

7.1系统工程背景

7.2物理基础

7.3通用压电变送器

7.3.1系统结构

7.3.2压电变送器的本构方程

7.3.3ELM二端口模型

7.3.4负载压电变送器

7.3.5结构原理

7.4带阻抗反馈的变送器

7.5机械谐振器

7.5.1比例工作和谐振工作

7.5.2超声压电电机

本章参考书目

第8章功能实现： 电磁作用变送器

8.1系统工程背景

8.2物理基础

8.3通用电磁变送器： 可变磁阻

8.3.1系统结构

8.3.2电磁变送器的本构方程

8.3.3ELM二端口模型

8.3.4负载电磁变送器

8.3.5结构原理

8.3.6具有可变工作气隙的电磁变送器

8.3.7差动电磁变送器： 磁轴承

8.3.8具有恒定工作气隙的电磁变送器

8.3.9磁阻步进电机

8.4通用电动力变送器： 洛伦兹力

8.4.1系统配置

8.4.2电动力变送器的本构方程

8.4.3ELM二端口模型

8.4.4负载电动力变送器

8.4.5结构原理

本章参考书目

第9章功能实现： 数字信息处理

9.1系统工程背景

9.2定义

9.2.1参考结构

9.2.2建模方法

9.3采样

9.4混叠

9.5保持器

9.6采样对象的频率响应

9.7振荡系统中的混叠

9.8数字控制器

9.9变换频域

9.10信号转换

9.11数字数据通信

9.12实时性

9.13设计时要考虑的问题

本章参考书目

第10章控制理论

10.1系统工程背景

10.2一般的设计考虑

10.3建模不确定性

10.3.1多体系统参数不确定性

10.3.2未建模的本征模态

10.3.3寄生动态

10.4多体系统的鲁棒稳定性

10.4.1穿越（或相交）形式的奈奎斯特判据

10.4.2使用尼柯尔斯图的稳定性分析

10.4.3弹性本征模的鲁棒稳定性

10.5频域控制器的手工设计

10.5.1鲁棒控制策略

10.5.2多体系统的通用控制器类型

10.5.3单位反馈下的暂态特性

10.5.4单质振子的控制

10.5.5同位MBS控制

10.5.6非同位MBS控制

10.6隔振

10.6.1被动隔振

10.6.2主动隔振： 天钩原理

10.6.3主动检测质量阻尼器

10.7可观性与可控性

10.7.1一般性质

10.7.2相对坐标下的MBS控制

10.7.3振荡节点处的测量与执行位置

10.8数字控制

10.8.1一般设计过程

10.8.2刚体主导的系统

10.8.3具有未建模本征模的系统

11.8.4数字控制器中的混叠

10.8.5测量噪声的混叠

本章参考文献

第11章随机动态分析

11.1系统工程背景

11.2随机系统理论基础

11.2.1随机变量

11.2.2随机时间函数与随机过程

11.2.3具有随机输入的LTI系统

11.3白噪声

11.4色噪声

11.5噪声源的建模

11.6协方差分析

本章参考书目

第12章设计评价： 系统预算

12.1系统工程背景

12.2性能度量参数

12.3度量的线性预算

12.4度量的非线性预算

12.5产品精度

12.6非纯一度量的预算编制

12.7使用预算的设计优化

12.8设计示例

本章参考书目

附录A协方差公式

中英文术语翻译对照表

本书对机电系统设计和分析的主要方法进行了广泛、深入、系统的阐述。本书英文版包括50余个有完整解答的设计实例和380余幅插图，便于读者学习和研究机电系统设计的主要概念和方法。本书由Springer出版社2010年出版德文原版，2012年出版英文翻译版，已受到国际学术界的广泛好评。本书是一本关于机电系统设计和分析的权威著作，内容全面丰富，其中不少内容基于作者团队的最新研究成果，有很强的创新。本书有很高的学术水准，对于许多应用领域的实际机电系统研发而言也是必备参考书。

张建华 华东理工大学自动化系教授，2005年于德国波鸿鲁尔大学获工学博士学位，师从德国国家工程院和北莱茵-威斯特法伦科学院双院士Johann F. Boehme教授。2005-2006年在英国谢菲尔德大学任博士后副研究员，合作导师为英国皇家工程院院士Derek A. Linkens教授等。2007年引进回国任华东理工大学自动化系教授和博士生导师。2011，2012，2014，2015年应邀赴德国柏林工业大学和马普复杂技术系统动力学研究所做客座教授或高级研究学者。现任国际自动控制联合会（IFAC）人机系统、复杂大系统、生物与医学系统、交通系统四个技术委员会委员，曾任13th IFAC Symp. on Complex Large-Scale Systems 的IPC副主席, 19th IFAC World Congress的技术副编辑，13th IFAC Symp. on Analysis, Design and Evaluation of Human-Machine Systems的IPC共同主席。2011年获德国马普学会高级研究基金，2007年入选上海市浦江人才计划，2002-04年获德意志学术交流中心（DAAD）奖学金。主要研究兴趣包括计算智能，机器学习与智能数据分析，生物系统的建模与控制，生物医学信号处理，人机系统，脑机交互，神经工效学等。至今在IEEE T-HMS, IEEE T-BME，IEEE T-CBB等重要学术期刊和会议上发表论文110余篇。