電子裝備機電耦合理論、方法及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　本書以高性能復(fù)雜電子裝備研制的關(guān)鍵技術(shù)為主線，全面、系統(tǒng)地闡述了機電耦合技術(shù)的建模理論、求解策略與方法。全書共9章，包括電子裝備機電耦合的理論基礎(chǔ)與發(fā)展現(xiàn)狀、電子裝備機、電、熱(結(jié)構(gòu)位移場、電磁場、溫度場)場耦合理論建模、機電熱場耦合問題的求解策略與方法、機械結(jié)構(gòu)因素對天伺饋系統(tǒng)性能的影響機理、機電耦合的綜合測試技術(shù)與評價方法、基于機電耦合理論模型的機電耦合優(yōu)化設(shè)計以及機電耦合分析與設(shè)計的軟件系統(tǒng)及其研制，并給出了一些應(yīng)用機電耦合理論與方法的典型工程案例。
　　本書可作為高等院校電子機械工程專業(yè)教師、研究生及高年級本科生的教材和參考書，也可供從事電子裝備設(shè)計、生產(chǎn)、維修等工作的技術(shù)人員參考。

作者簡介

段寶巖，1955年生于河北省冀州市。1981、1984與1989年在西安電子科技大學(xué)(前身為中國人民解放軍軍事電信工程學(xué)院、西北電訊工程學(xué)院)先后獲工學(xué)學(xué)士、碩士與博士學(xué)位。1991—1994年在英國利物浦大學(xué)做博士后研究，2000年在美國康奈爾大學(xué)訪問?，F(xiàn)為西安電子科技大學(xué)電子機械學(xué)科教授。
長期從事電子機械工程的科研與工程實踐工作，致力于電子裝備機電耦合技術(shù)的研究與應(yīng)用：系統(tǒng)建立了大型微波反射面天線結(jié)構(gòu)位移場與電磁場的場耦合理論模型，提出了反射面保型的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法；針對雷達天線伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因素對波束指向等電性能的影響，系統(tǒng)提出了結(jié)構(gòu)與控制集成設(shè)計方法；建立了典型電子裝備結(jié)構(gòu)位移場、電磁場、溫度場的場耦合理論模型，得出了機械結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響機理。上述成果已成功應(yīng)用于探月工程、載人航天、深空探測及主力戰(zhàn)艦等國家重大工程中。以第一完成人獲國家科技進步二等獎2項，省部級科技進步一等獎3項。論文被SCI、E1分別檢索31、139篇，著書3部，論著他引986(SCI他引136)次。以第一完成人申請國家發(fā)明專利20項，其中授權(quán)9項。
現(xiàn)為我國電子學(xué)會會士、電子學(xué)會電子機械工程分會主任、教育部科技委工程技術(shù)學(xué)部委員、總裝備部衛(wèi)星有效載荷及應(yīng)用技術(shù)專業(yè)組成員、工業(yè)和信息化部電子科技委委員及英國IET
Fellow等。任《電子機械工程》編委會主任，《計算力學(xué)學(xué)報》與《電子學(xué)報(英文版)》等學(xué)術(shù)刊物的編委。
曾被授予全國“五一”勞動獎?wù)?2003)、全國師德先進個人(2004)、全國先進工作者(2005)、全國優(yōu)秀科技工作者(2010)等稱號。

書籍目錄

序
前言
第1章  緒論
  1.1 電子裝備的定義與特點
  1.2 電子裝備的基本組成
    1.2.1 電子裝備的結(jié)構(gòu)部分
    1.2.2 電子裝備的電氣部分
  1.3 電子裝備機電耦合研究的現(xiàn)狀與發(fā)展
    1.3.1 電子裝備機電耦合研究的國外現(xiàn)狀
    1.3.2 電子裝備機電耦合研究的國內(nèi)現(xiàn)狀
    1.3.3 電子裝備的發(fā)展趨勢
  1.4 電子裝備傳統(tǒng)設(shè)計中存在的問題
    1.4.1 電子裝備的傳統(tǒng)設(shè)計方法及存在問題
    1.4.2 電子裝備的機電耦合問題及解決方法
  1.5 電子裝備設(shè)計的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題
    1.5.1 電子裝備系統(tǒng)設(shè)計的整體論
    1.5.2 電子裝備的機電耦合理論
    1.5.3 電子裝備的測試與評價方法
    1.5.4 電子裝備的環(huán)境防護與組裝
    1.5.5 特種電子裝備
    1.5.6 電子裝備的機電耦合設(shè)計
  參考文獻
第2章  電子裝備的機電熱場耦合理論模型
  2.1電磁場、結(jié)構(gòu)位移場、溫度場、流場的場描述方程
    2.1.1 電磁場
    2.1.2 結(jié)構(gòu)位移場
    2.1.3 溫度場
    2.1.4 流場
  2.2 各物理場之間的相互關(guān)系
  2.3 多物理場耦合問題數(shù)學(xué)模型建立的思考
  2.4 反射面天線機電兩場耦合模型
    2.4.1 主反射面變形的影響
    2.4.2 饋源位置誤差的影響
    2.4.3 饋源指向誤差的影響
    2.4.4 機電兩場耦合模型
    2.4.5 雙反射面天線
    2.4.6 試驗驗證
  2.5 平板裂縫天線機電兩場耦合模型
    2.5.1 輻射縫位置偏移的影響
    2.5.2 輻射縫指向偏轉(zhuǎn)的影響
    2.5.3 縫腔變形對輻射縫電壓的影響
    2.5.4 機電兩場耦合模型
    2.5.5 試驗驗證
  2.6 有源相控陣天線機電熱三場耦合模型
    2.6.1 輻射單元位置偏移的影響
    2.6.2 輻射單元指向偏轉(zhuǎn)的影響
    2.6.3 溫度對T／R組件電流幅度的影響
    2.6.4 溫度對T／R組件電流相位的影響
    2.6.5 機電熱三場耦合模型
  2.7 高密度組裝系統(tǒng)機電熱三場耦合模型
    2.7.1 接觸縫隙的影響
    2.7.2 散熱孔和結(jié)構(gòu)變形的影響
    2.7.3 機電熱三場耦合模型
    2.7.4 試驗驗證
  參考文獻
第3章  機電熱場耦合問題的求解策略與方法
  3.1 多物理場耦合問題的求解策略
  3.2 多物理場耦合問題的求解方法
  3.3 多物理場網(wǎng)格匹配的一般方法
  3.4 機電兩場之間的網(wǎng)格轉(zhuǎn)換與信息傳遞
  3.5 機電熱三場之間的網(wǎng)格轉(zhuǎn)換與信息傳遞
    3.5.1 變形信息的傳遞
    3.5.2 變形網(wǎng)格的提取
  參考文獻
第4章  機械結(jié)構(gòu)因素對天伺饋系統(tǒng)性能的影響
  4.1 結(jié)構(gòu)因素對電性能影響的數(shù)據(jù)挖掘方法
    4.1.1 數(shù)據(jù)建模方法
    4.1.2 數(shù)據(jù)樣本的獲取
    4.1.3 數(shù)據(jù)挖掘的多核回歸方法
    4.1.4 數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用
  4.2 反射面天線結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響
    4.2.1 數(shù)據(jù)收集與挖掘
    4.2.2 影響機理分析模型的建立
    4.2.3 試驗驗證
  4.3 平板裂縫天線結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響
    4.3.1 結(jié)構(gòu)因素和電性能的層次化關(guān)系模型
    4.3.2 輻射功能構(gòu)成件中結(jié)構(gòu)因素對單元幅相的影響
    4.3.3 耦合功能構(gòu)成件中結(jié)構(gòu)因素對單元幅相的影響
    4.3.4 激勵功能構(gòu)成件中結(jié)構(gòu)因素對駐波的影響
    4.3.5 樣件制作與試驗驗證
  4.4 微波饋線與濾波器結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響
    4.4.1 結(jié)構(gòu)因素對諧振腔濾波器影響的層次化關(guān)系模型
    4.4.2 結(jié)構(gòu)因素對諧振腔無載Q值的影響
    4.4.3 結(jié)構(gòu)因素對耦合系數(shù)的影響
    4.4.4 調(diào)諧螺釘對諧振頻率和耦合系數(shù)的影響
    4.4.5 結(jié)構(gòu)因素對微波濾波器功率容量的影響
    4.4.6 樣件制作與試驗驗證
  4.5 雷達天線伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因素對系統(tǒng)性能的影響
    4.5.1 間隙對伺服系統(tǒng)性能的影響
    4.5.2 摩擦對伺服系統(tǒng)性能的影響
    4.5.3 伺服試驗臺的研制與試驗驗證
  參考文獻
第5章  電子裝備機電耦合的測試技術(shù)
  5.1 機電耦合測試因素分析
    5.1.1 客觀耦合度計算方法——數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法
    5.1.2 主觀耦合度計算方法——主觀評分方法
    5.1.3 主、客觀耦合度／權(quán)重的綜合
  5.2 典型案例機電耦合的測試技術(shù)
    5.2.1 平板裂縫天線測試技術(shù)
    5.2.2 三維天線座測試技術(shù)
    5.2.3 電調(diào)雙工濾波器測試技術(shù)
  5.3 典型案例機電耦合綜合測試系統(tǒng)
    5.3.1 平板裂縫天線綜合測試平臺
    5.3.2 三維天線座綜合測試平臺
    5.3.3 電調(diào)雙工濾波器綜合測試平臺
  參考文獻
第6章  電子裝備機電耦合的評價方法
  6.1 耦合理論和影響機理的正確性驗證
    6.1.1 模糊-灰色綜合檢驗方法
    6.1.2 吻合度
  6.2 耦合理論與影響機理的有效性評價
  6.3 某平板裂縫天線應(yīng)用的評價
  6.4 某機載雷達三維天線座應(yīng)用的評價
  6.5 某電調(diào)雙工濾波器應(yīng)用的評價
  參考文獻
第7章  基于機電耦合理論模型的機電耦合優(yōu)化設(shè)計
  7.1 反射面天線機電耦合優(yōu)化設(shè)計
    7.1.1 機電耦合優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)描述
    7.1.2 數(shù)值仿真與工程應(yīng)用
  7.2 高密度機箱機電熱耦合優(yōu)化設(shè)計
    7.2.1 機電熱耦合優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)描述
    7.2.2 某實際機箱的優(yōu)化設(shè)計
  7.3 雷達天線伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制集成優(yōu)化設(shè)計
    7.3.1 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)設(shè)計方法
    7.3.2 伺服系統(tǒng)控制分系統(tǒng)設(shè)計方法
    7.3.3 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制集成設(shè)計方法
    7.3.4 數(shù)值仿真與試驗驗證
  7.4 基于統(tǒng)一設(shè)計向量的多場耦合問題的優(yōu)化設(shè)計方法
  參考文獻
第8章  電子裝備機電耦合分析與設(shè)計的原型軟件系統(tǒng)
  8.1 總體思路與系統(tǒng)方案
  8.2 專業(yè)軟件的集成
  8.3 機電熱場耦合理論分析的原型軟件系統(tǒng)
    8.3.1 基本思路與框架
    8.3.2 場耦合分析的交互界面
    8.3.3 數(shù)據(jù)交換接口
    8.3.4 原型軟件系統(tǒng)
  8.4 結(jié)構(gòu)因素對電性能影響機理的原型軟件系統(tǒng)
    8.4.1 基本思路與框架
    8.4.2 天饋系統(tǒng)影響機理的原型軟件系統(tǒng)
    8.4.3 伺服系統(tǒng)影響機理的原型軟件系統(tǒng)
  8.5 機電耦合測試與評價的原型軟件系統(tǒng)
    8.5.1 基本思路與框架
    8.5.2 工作流程
    8.5.3 數(shù)據(jù)庫
    8.5.4 測試數(shù)據(jù)接口
    8.5.5 綜合測評原型軟件系統(tǒng)
  參考文獻
第9章  電子裝備機電耦合理論與方法的應(yīng)用
  9.1 探月工程40m口徑S／X雙頻段反射面天線
  9.2 某艦載近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)火控雷達伺服系統(tǒng)
  9.3 某敵我識別系統(tǒng)
  9.4 某電調(diào)雙工濾波器
  參考文獻

章節(jié)摘錄

　　電子裝備的機電耦合理論包括兩個方面：一是場耦合理論，二是影響機理?！　∷^場耦合理論，是指電子裝備中存在的電磁場、結(jié)構(gòu)位移場以及溫度場之間的相互影響關(guān)系。如反射面天線，在自重、風(fēng)等外載荷作用下，結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，從而引起天線反射面形狀的改變，最終體現(xiàn)為天線電性能的改變，所以，就需要研究電磁場與位移場之間的兩場耦合關(guān)系。又如，高密度機箱，除了有電磁場和結(jié)構(gòu)位移場之外，還需考慮熱的問題，也就是需要建立電磁場、位移場與溫度場之間的三場耦合關(guān)系。建立場耦合關(guān)系的目的是揭示場之間的內(nèi)在關(guān)系，將電性能表示為結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的函數(shù)，為機電耦合設(shè)計奠定堅實的理論基礎(chǔ)?！　《^影響機理，是指發(fā)現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響規(guī)律。因為存在這樣一類問題，即電性能難以用場的形式表示出來，如制造的不平行度、不垂直度、粗糙度等，這些量多與加工工藝路線有關(guān)，帶有較大的隨機性，一般統(tǒng)稱為制造精度。材料特性、加強筋、凸臺、凹槽等屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計中需考慮的問題，一般統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)參數(shù)。上述制造精度和結(jié)構(gòu)參數(shù)可統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)因素。研究結(jié)構(gòu)因素對電性能的影響機理的途徑有兩條，一是歸納，二是演繹。歸納是基于已有的海量數(shù)據(jù)，利用支撐向量回歸方法得出滿足輸入與輸出樣本的規(guī)律來。演繹的辦法則是基于可以建立仿真模型的問題而采納的方法。不管是歸納還是演繹，最終給出的影響機理是經(jīng)驗公式、圖表等形式的設(shè)計規(guī)范。　　……

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