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| 內容簡介： |
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类磁栅液压缸集成位移传感器采用传感与作动相融合的思想，将活塞杆表层制作成位移标尺，使活塞杆兼有作动和传感双重功能，极大地减小了传感器的体积，具有广泛的应用前景。本书汇集作者近年来在相关领域的研究成果，致力于深入研究该类传感器的相应关键技术。书中采用电磁场相应理论及磁场积分方程法，求解传感器定量工作数学模型，从而分析影响传感器精度的主要因素。在此基础上，针对影响因素开展传感器结构优化设计工作，为定量指导优化工作的开展，设计了专用的信号质量评价函数及结构尺寸描述函数，最终求解出较优的传感器结构。考虑到传感器结构加工可能带来的误差，详细讨论了传感器响应信号的组成，经深入研究获得了传感器高精度测量的一整套数据处理方法。最后，介绍传感器实际电路设计过程，并通过搭建的测试平台，验证传感器设计过程的有效性。
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| 關於作者： |
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北京航空航天大学博士毕业,讲师,主要研究方向为复杂机电设备建模及控制、系统测试等。近年发表论文8篇,其中被SCI收录1篇,EI收录3篇。作为第一发明人申请并授权专利1项,作为合作发明人授权专利2项。省科技进步三等奖1项（排名2）,参编教材1部。主持省青年基金1项，横向课题6项，参与课题多项。
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| 目錄：
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目 录
第1章 绪论（1）
1.1 引言（1）
1.2 国内外研究现状（2）
1.2.1 位移传感器的发展现状（2）
1.2.2 液压缸位移传感器国内外发展现状（3）
1.2.3 类磁栅集成位移传感器理论分析及精度提升国内外研究现状（15）
1.2.4 栅式位移传感器精确测量的国内外发展现状（16）
1.3 研究内容及章节安排（18）
1.4 小结（20）
第2章 类磁栅集成位移传感器的数学模型（21）
2.1 类磁栅集成位移传感器结构分析（21）
2.2 类磁栅集成位移传感器分立器件数学模型（21）
2.2.1 永磁体数学模型（22）
2.2.2 永磁体与铁磁性活塞杆联合作用时的磁场分布模型（33）
2.2.3 敏感元件响应模型（47）
2.3 类磁栅集成位移传感器工作过程仿真（50）
2.4 小结（53）
第3章 类磁栅集成位移传感器的结构优化（54）
3.1 传感器结构优化总体方案（54）
3.1.1 简谐信号提高测量精度的原理（54）
3.1.2 传感器结构优化流程（56）
3.2 优化理论基础（57）
3.2.1 响应信号质量评价（57）
3.2.2 各结构尺寸变化时的数学模型描述（61）
3.2.3 优化算法的确定（64）
3.3 活塞杆标尺形状优化（65）
3.3.1 不同结构尺寸对传感器输出的影响（65）
3.3.2 活塞杆标尺形状优化（71）
3.4 敏感头结构优化（77）
3.5 小结（80）
第4章 类磁栅集成位移传感器信号处理关键技术（81）
4.1 传感器信号预处理（81）
4.1.1 响应信号描述（81）
4.1.2 直流分量去除（83）
4.1.3 滤除脉冲干扰（85）
4.1.4 高次谐波分析（88）
4.2 正余切细分法位移测量（90）
4.2.1 正余切细分法原理（90）
4.2.2 正余切细分法误差（93）
4.3 基于支持向量机的位移测量（95）
4.3.1 信号预处理（95）
4.3.2 基于支持向量机的位移求解（99）
4.4 小结（103）
第5章 类磁栅集成位移传感器实物设计（104）
5.1 敏感头总体设计（104）
5.2 硬件电路设计（106）
5.2.1 电源设计（106）
5.2.2 传感器电路模块设计（112）
5.2.3 调理电路模块设计（113）
5.2.4 信号处理及细分模块设计（117）
5.2.5 信号隔离输出模块设计（118）
5.3 软件设计（118）
5.4 传感器功能验证（119）
5.5 小结（121）
第6章 类磁栅集成位移传感器实验研究（122）
6.1 实验平台（122）
6.1.1 传感器实验样件（122）
6.1.2 实验平台搭建（123）
6.2 类磁栅集成位移传感器性能测试（124）
6.2.1 类磁栅集成位移传感器静态性能测试（125）
6.2.2 类磁栅集成位移传感器动态性能测试（131）
6.3 小结（134）
第7章 类磁栅集成位移传感器的实际应用（135）
7.1 类磁栅集成位移传感器位移测量应用原理（135）
7.2 类磁栅集成位移传感器速度测量应用原理（136）
7.2.1 M法测速（136）
7.2.2 T法测速（137）
7.2.3 MT法测速（138）
7.3 类磁栅集成位移传感器在电液伺服加载实验台上的应用（139）
7.3.1 实验台结构（139）
7.3.2 系统数学模型（139）
7.3.3 系统前馈控制器设计（142）
7.3.4 系统试验及分析（142）
7.4 类磁栅集成位移传感器在摩擦参数识别中的应用（144）
7.4.1 快速辨识LuGre模型改进（144）
7.4.2 LuGre参数辨识（146）
7.4.3 LuGre仿真计算（148）
7.5 小结（150）
参考文献（151）
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| 內容試閱：
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前 言
液压缸作为电液控制系统的关键执行部件，其位移的高精确、高可靠测量性一直是人们追求的目标。随着技术的进步和对系统性能要求的提高，液压缸位移检测技术也在不断向前发展。当前成熟的液压缸位移测量方式主要有传感器外部安装和传感器内部安装两种方式。然而受限于工作原理，外部安装方式占用空间大、易损坏、测量精度低；内部安装方式虽具有较高的测量精度，但其结构复杂、可维护性较差，在高度集成的应用场合也无法很好地使用。
随着新型液压作动机构（如电动静液作动器 Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）、单出杆对称缸等的不断涌现，传统液压缸位移测量方式在高集成、易维护等方面暴露出越来越多的局限性。虽然具有独特结构优势的类磁栅液压缸集成位移传感器（以下简称类磁栅集成位移传感器）能较好应用于新型液压作动机构，然而受限于已有的分析和设计方法，该传感器还存在定量分析困难、测量精度不高等方面的不足，其独特的结构优势无法得到充分发挥。为此，深入开展该传感器在定量分析、高精度测量等方面的一系列关键技术研究已势在必行。
在类磁栅集成位移传感器分析、研制、试验中，影响性能的因素错综复杂，涉及多门学科技术，如电磁学、机械优化、信号处理、电力电子、数值计算等。因此，多学科的综合分析与应用是类磁栅集成位移传感器分析和设计的显著特点。类磁栅集成位移传感器由于涉及磁场分析，因此数值仿真与试验研究的相互促进与补充是该传感器设计的必要手段。
在类磁栅集成位移传感器分析设计过程中，国外研究始终走在前列，从该类传感器结构出现到第一个实用的产品问世，均产生于国外。国内也仅有少量的科研院校有过短期研究，其效果并不尽如人意。综观国内外的研究现状，该传感器还存在工作机理不清晰、测量精度较低等实际问题。由于涉及技术保密及传感器分析本身所具有的难度，现有的一些公开资料仅有一些粗浅的分析和介绍，均未见该类传感器的详细理论推导，整个传感器分析还处于初级阶段。
为突破该类传感器的关键技术，近年来，作者借助中北大学提供的良好环境，依托北京航空航天大学流体传动与控制技术研发中心的大力支持，从该类传感器数学模型建立到结构优化设计等多个角度，对传感器的关键技术细节开展了研究，并取得了一系列关键进展。
为此，本书结合作者多年来的科研积累，从类磁栅集成位移传感器的理论机理、结构优化设计、传感器信号处理、传感器实物制作及实验等多个方面予以论述，以使读者获得对类磁栅集成位移传感器的全面了解，为从事液压缸结构设计及位移测量方面的相关工程技术人员、高等院校师生及科研人员提供参考。
全书共7章，第1章阐述类磁栅集成位移传感器的相关技术及应用现状；第2章详细求解传感器数据模型，通过对传感器的详细分析，得出传感器结构尺寸对系统测量精度影响较大的结论；为此，第3章针对传感器结构尺寸进行优化设计，通过建立专用的响应信号评价函数和活塞杆标尺结构自动描述模型，获得求解传感器结构的最优化算法，并最终求出几种较优的传感器结构，为传感器的优化设计奠定坚实的基础；考虑到传感器结构等环节可能引入的误差，第4章针对传感器的响应信号从信号预处理到信号细分理论开展全面的论述，并提出了一种基于SVM（Support Vector Machine）的高精度信号细分方法，解决传感器信号的高精度处理难题；为验证相应理论的准确性，第5章开展传感器的电路设计工作，通过对传感器信号处理过程的电路实现，最终完成传感器电路设计；第6章通过建立专用的测试平台，对传感器的性能进行多方面的测试，得出所设计传感器可达到设计目标的结论；第7章从应用角度对传感器的实际应用开展讨论，论述传感器在实际应用时的一些情况。
本书是在参阅大量专业文献，总结作者近年来科研成果的基础上撰写而成的，可供从事相关科研的研究生参考，也可供从事液压缸位移传感器设计的工程技术人员阅读。
由于涉及范围广，而时间和篇幅有限，在分析和论述方面难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。
本书内容得到了航空科学基金（2012ZD51055）和山西省青年科技研究基金（2015021123）的资助，同时得到了北京航空航天大学付永领教授、陈陆曦硕士，航天六所曹纯硕士，以及中北大学姚竹亭教授、李闯闯、李志宾等研究生的热情帮助和大力支持，在此对他们表示真诚的感谢。
郭彦青
2016年8月
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