光機電一體化理論基礎

目錄
第1篇光電子學理論基礎
第1章輻射度學與光度學基礎理論1
11輻射度學和光度學基本物理量1
111輻射度學基本物理量1
112光度學基本物理量2
12輻射度學與光度學中的基本定律3
121余弦定律3
122距離平方反比定律4
123亮度守恒定律5
13黑體輻射基本定律6
131基爾霍夫定律6
132普朗克輻射公式7
133維恩位移定律7
134斯蒂芬玻耳茲曼定律7
135色溫7
第2章晶體半導體能帶模型與光電效應理論8
21晶體半導體能帶模型8
22熱平衡下的載流子濃度11
221能級密度12
222費米能級和電子占據(jù)能態(tài)的概率12
223平衡載流子濃度12
224本征半導體中的載流子濃度13
225摻雜半導體載流子濃度14
23半導體中的非平衡載流子14
231本征吸收15
232雜質(zhì)吸收15
233非平衡載流子濃度16
24載流子的擴散與漂移16
241擴散16
242漂移17
25半導體的光電效應17
251光電導效應17
252pn結(jié)光伏效應18
26光電導探測器——光敏電阻19
261光敏電阻的工作原理19
262光敏電阻的主要特性參數(shù)21
27光生伏特探測器——光電池和光電二極管22
271光伏探測器的工作模式23
272光伏探測器的伏安特性23
273光電池24
274光電二極管25
28發(fā)光二極管與光電耦合器27
281發(fā)光二極管27
282發(fā)光二極管的特性27
283光電耦合器的結(jié)構(gòu)與工作原理28
29半導體色敏器件及應用28
291半導體色敏器件的工作原理28
292雙色硅色敏器件測色電路29
210紅外探測器31
2101紅外輻射的基本知識31
2102紅外探測器分類31
第3章固體成像理論基礎35
31固體電荷耦合成像器件35
311CCD工作的基本原理簡介35
312CCD的特性參數(shù)40
32電荷耦合攝像器件40
321一維線陣CCID41
322二維面陣CCID41
323三相驅(qū)動一維CCID器件42
第２篇信號與系統(tǒng)分析理論基礎
第4章信號與系統(tǒng)概述45
41信號概述45
411信號的分類45
412典型連續(xù)信號47
413典型離散信號49
42連續(xù)信號的正交分解54
421分解正交函數(shù)分量54
422函數(shù)分解為三角函數(shù)55
43系統(tǒng)概述56
431連續(xù)時間系統(tǒng)的描述56
432離散時間系統(tǒng)的描述57
433系統(tǒng)的分類58
第5章信號的積分變換61
51非周期信號的傅里葉變換61
511周期信號的頻譜61
512非周期信號的傅里葉變換62
513常用非周期信號的頻譜63
514奇異函數(shù)的傅里葉變換65
52傅里葉變換的性質(zhì)68
521線性特性68
522奇偶性68
523對稱性69
524尺度變換特性69
525時移特性69
526頻移特性69
527微分特性71
528積分特性71
53卷積定理71
531時域卷積定理71
532頻域卷積定理72
54周期信號的傅里葉變換72
55抽樣信號的傅里葉變換73
551抽樣信號及其頻譜73
552抽樣定理75
56拉普拉斯變換75
561拉普拉斯變換基本概念75
562拉普拉斯變換的性質(zhì)77
563線性系統(tǒng)的拉普拉斯變換79
564系統(tǒng)傳遞函數(shù)81
565傳遞函數(shù)的零點和極點82
566傳遞函數(shù)的零極點分布與系統(tǒng)響應形式之間的關系85
57連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析85
571系統(tǒng)的穩(wěn)定性85
572羅斯判據(jù)86
第6章信號的離散變換88
61離散傅里葉變換的概念88
611周期序列離散傅里葉級數(shù)88
612離散傅里葉變換89
613離散傅里葉變換的主要特性90
62Z變換90
621Z變換的定義90
622Z變換的性質(zhì)92
63離散系統(tǒng)的Z域分析95
631用Z變換解線性常系數(shù)差分方程95
632離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)97
633傳遞函數(shù)的零極點分布與單位樣值響應的關系98
634離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性定義98
第7章系統(tǒng)的狀態(tài)空間99
71系統(tǒng)的狀態(tài)方程99
72傳遞函數(shù)描述的系統(tǒng)狀態(tài)空間100
721直接法100
722串聯(lián)法101
723并聯(lián)法102
73離散系統(tǒng)狀態(tài)空間105
731連續(xù)狀態(tài)空間的離散化105
732狀態(tài)空間的差分方程式106
733由z傳遞函數(shù)求狀態(tài)空間表達式107
第3篇現(xiàn)代機械設計理論基礎
第8章行星變速系統(tǒng)綜合理論基礎108
81概述108
82復雜行星傳動系統(tǒng)的解析運動學110
821差速機構(gòu)運動學基本方程式110
822差速機構(gòu)運動學實例分析112
832自由度行星變速箱角速度平面圖117
第9章2自由度行星傳動運動學分析120
91行星傳動運動學簡圖120
92行星傳動的靜力學和動力學123
93確定行星傳動效率的理論方法126
931力的位移法126
932嚙合功率法127
933轉(zhuǎn)換機構(gòu)法128
第10章相似理論基礎131
101相似概念131
102相似方法的基本原理134
1021相似的實質(zhì)134
1022相似的數(shù)學表達式135
1023相似準則136
1024準則方程138
1025模擬的一般原理139
103相似方法的數(shù)學工具142
1031求相似準則的方法142
1032準則方程的推導方法145
104相似性設計計算146
1041幾何相似系列設計146
1042散熱翅片傳熱能力的相似計算146
105相似理論的意義及應用148
第11章機械優(yōu)化設計150
111優(yōu)化設計概論150
1111引言150
1112兩個簡單的優(yōu)化事例151
112優(yōu)化設計的數(shù)學模型153
1121優(yōu)化問題的數(shù)學描述153
1122優(yōu)化設計數(shù)學模型155
1123優(yōu)化問題的幾何解釋158
113優(yōu)化設計基本理論160
1131目標函數(shù)的方向?qū)?shù)和梯度160
1132目標函數(shù)的無約束極值165
1133約束問題的最優(yōu)解條件168
114一維搜索170
1141搜索區(qū)間的確定（進退法）170
1142黃金分割法172
1143二次插值法174
115無約束優(yōu)化方法176
1151無約束優(yōu)化方法概述176
1152主要無約束優(yōu)化方法176
116約束優(yōu)化方法181
1161約束優(yōu)化問題的懲罰函數(shù)法——序列無約束極小化法181
1162多目標優(yōu)化方法185
1163建立約束優(yōu)化設計模型實例——平面鉸鏈四桿機構(gòu)再現(xiàn)運動規(guī)律的優(yōu)化
設計問題187
117模糊理論在優(yōu)化設計中的運用189
1171模糊評價方法概述189
1172模糊優(yōu)化方法的執(zhí)行步驟193
1173具有模糊約束條件的優(yōu)化設計實例——振動機槽體質(zhì)量的模糊優(yōu)化
算法193
1174齒輪傳動系統(tǒng)模糊優(yōu)化設計實例197
第12章有限元分析201
121有限元法概論201
1211有限元法的要點201
1212有限元法的特性201
122有限元法的基本理論202
1221加權(quán)余量法202
1222變分原理和里茲法205
1223彈性力學平面問題基本方程208
123彈性力學平面問題的有限元分析213
1231彈性力學平面問題的有限元法格式213
1232基于最小位能原理的有限元方程218
1233三角形單元的等效結(jié)點載荷列陣222
1234引入位移邊界條件224
1235三角形單元應力計算實例225
124單元類型與插值函數(shù)229
1241一維單元230
1242三角形單元233
1243矩形單元235
125等參單元和數(shù)值積分236
12514結(jié)點四邊形等參單元237
1252高斯數(shù)值積分法240
12538結(jié)點曲邊四邊形等參單元241
126桿系結(jié)構(gòu)的有限元法243
1261局部坐標系下的單元剛度矩陣243
1262平面桿單元的坐標轉(zhuǎn)換244
第4篇機器人設計理論基礎
第13章機器人運動學247
131數(shù)學基礎247
1311手坐標系和基坐標系247
1312位置和姿態(tài)的描述——齊次變換247
1313齊次坐標變換250
1314齊次坐標變換的逆變換254
1315變換方程的概念255
1316通用旋轉(zhuǎn)變換256
132機器人的位姿分析258
1321機器人的位姿與運動描述259
13226自由度機器人運動方程262
133機器人的速度分析269
1331機器人的微分運動269
1332機器人的雅可比矩陣274
13336關節(jié)機器人的雅可比矩陣276
第14章機器人動力學283
141拉格朗日方程283
142機器人連桿系統(tǒng)拉格朗日方程283
1421連桿上一點的運動學分析284
1422連桿上一點的動能和位能285
1423動力學方程的推導287
143機器人連桿系統(tǒng)動力學方程的簡化289
1431慣量項的簡化289
1432重力項的簡化290
144機器人連桿系統(tǒng)動力學方程分析實例290
145機器人的穩(wěn)態(tài)負荷295
1451靜力和靜力矩的表示296
1452不同坐標系間靜力的變換296
1453關節(jié)力矩的確定298
第15章軌跡規(guī)劃299
151軌跡規(guī)劃概述299
152機器人軌跡的插值計算300
1521軌跡插值的概念300
1522定時插補與定距插補301
1523直線插補算法301
1524圓弧插補算法302
1525其他插補技術(shù)304
153機器人手部操作路徑的軌跡規(guī)劃309
1531物體對象的描述309
1532作業(yè)的描述309
第16章機器人控制314
161機器人的位置控制314
1611直流電動機伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學模型315
1612單關節(jié)位置控制器的傳遞函數(shù)317
162機器人控制理論及算法320
1621機器人的分解運動速度控制320
1622分解運動加速度控制323
1623計算力矩控制324
1624變結(jié)構(gòu)控制327
1625機器人的人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制328
1626基于遺傳算法的機器人神經(jīng)網(wǎng)絡控制332
參考文獻340