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第1章 绪论1

1.1机电一体化基本概念1

1.2机电一体化系统构成1

1.2.1机械本体1

1.2.2动力能源单元2

1.2.3传感与检测单元2

1.2.4执行与驱动单元3

1.2.5控制与信息处理单元3

1.2.6接口3

1.3机电一体化关键技术4

1.3.1机械技术4

1.3.2计算机信息处理技术4

1.3.3传感检测技术4

1.3.4自动控制技术5

1.3.5伺服驱动技术5

1.3.6系统总体技术5

1.4机电一体化典型产品5

1.4.1数控机床5

1.4.2工业机器人7

1.4.3新型MEMS系统8

1.5机电一体化发展趋势10

1.5.1机电一体化技术发展趋势10

1.5.2机电一体化产品发展趋势11

习题与思考题13

第2章 机械机构与系统14

2.1概述14

2.1.1机电一体化对机械系统的要求14

2.1.2机械系统的构成15

2.2机械传动机构15

2.2.1齿轮传动机构及其设计16

2.2.2丝杠螺母机构及其选用22

2.2.3动力参数的匹配计算29

2.3导向与支承机构32

2.3.1导轨副概述32

2.3.2移动型支承导向部件37

2.4机械执行机构44

2.4.1数控机床回转刀架45

2.4.2工业机器人末端执行器45

2.5机械系统的精度49

2.5.1误差和精度概念49

2.5.2机械产品精度名称的含义49

2.5.3随机误差和系统误差的评定50

2.5.4数控机床的精度分析51

习题与思考题53

第3章 执行元件与驱动系统55

3.1概述55

3.1.1执行元件的分类及特点55

3.1.2机电一体化系统对执行元件的要求57

3.2步进电机的驱动控制57

3.2.1步进电机的工作原理58

3.2.2步进电机的特点及性能指标59

3.2.3步进电机的驱动与控制63

3.2.4步进电机的选用方法66

3.3直流伺服电机的驱动控制67

3.3.1直流伺服电机的原理及特点67

3.3.2直流伺服电机的分类68

3.3.3直流伺服电机的驱动与控制70

3.3.4直流电动机的选用方法73

3.4交流伺服电机的驱动控制75

3.4.1交流伺服电动机的种类和结构特点75

3.4.2交流伺服电动机的控制方法76

3.4.3交流伺服电动机的选用方法80

3.5控制用电动机性能比较84

习题与思考题87

第4章 计算机与控制系统88

4.1概述88

4.1.1机电一体化系统的控制对象88

4.1.2计算机控制系统的组成及原理89

4.1.3控制计算机的特点与分类90

4.2总线型工控机92

4.2.1总线型工控机概述92

4.2.2 STD总线94

4.2.3 PC总线97

4.3单片微型计算机99

4.3.1单片机的特点100

4.3.2单片机的类型100

4.3.3 MCS -51系列单片机102

4.4可编程控制器103

4.4.1可编程控制器概述104

4.4.2可编程控制器的组成106

4.4.3可编程控制器的选用109

4.5计算机接口技术114

4.5.1数字量输入输出接口与过程通道115

4.5.2模拟量输入输出接口与过程通道119

习题与思考题127

第5章 传感器与检测系统128

5.1概述128

5.1.1传感器的组成128

5.1.2传感器的分类129

5.1.3传感器的静态和动态特性130

5.2常用机械量传感器132

5.2.1位置传感器132

5.2.2位移传感器134

5.2.3速度传感器143

5.2.4加速度传感器144

5.3常用传感器的性能指标146

5.4传感器与计算机的接口148

5.4.1传感器的测量电路148

5.4.2传感器与计算机的接口149

习题与思考题151

第6章 低压电器与动力源152

6.1低压电器的选择152

6.1.1按钮、刀开关等元件的选择152

6.1.2熔断器的计算与选择153

6.1.3交流接触器的选择154

6.1.4继电器的选择155

6.2开关电源及电源柜158

6.2.1开关电源简介159

6.2.2电源柜简介161

习题与思考题162

第7章 机电系统动态特性分析163

7.1概述163

7.1.1自动控制理论简介163

7.1.2拉普拉斯变换与传递函数164

7.2机电部件的动态特性165

7.2.1机械部件的动态特性165

7.2.2传感器的动态特性167

7.2.3执行元件的动态特性169

7.3 PID调节方法171

7.3.1 PID调节器及其传递函数172

7.3.2调节作用分析173

7.4闭环伺服系统的设计与性能分析175

7.4.1系统方案设计176

7.4.2系统性能分析177

7.4.3系统参数设计185

习题与思考题188

第8章 机电一体化技术应用实例189

8.1工作台自动往返的PLC控制系统189

8.1.1工作台自动往返PLC控制系统的工作描述189

8.1.2任务要求189

8.1.3 PLC控制系统的设计190

8.2普通车床的机电一体化系统改造191

8.2.1机械传动系统的改造192

8.2.2进给系统的设计计算192

8.2.3经济型数控系统的设计196

8.3运动目标模拟器和干扰器的设计204

8.3.1设计任务204

8.3.2方案设计205

8.3.3系统控制结构设计210

8.3.4负载情况分析及系统的整体建模211

8.3.5控制算法212

习题与思考题218

主要参考文献219