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第一章 机电一体化导论1

1.1 传统机械工业的技术革命--机电一体化1

1.1.1 高新技术与传统机械工业的技术革命1

1.1.2 机电一体化的基本概念2

1.2 机电一体化系统构成与产品分类3

1.2.1 机电一体化系统的功能构成3

1.2.2 机电一体化系统的结构要素4

1.2.3 机电一体化产品分类4

1.3.1 机电一体化相关技术和学科5

1.3 机电一体化的关键技术5

1.3.2 机电一体化的关键技术6

第二章 机电一体化系统中的常用电路8

2.1 模拟信号处理电路8

2.1.1 基本放大电路8

2.1.2 模拟运算电路10

2.1.3 检波电路12

2.1.4 模拟开关14

2.1.5 采样保持电路15

2.2 接口电路16

2.2.1 电平转换电路16

2.2.2 外围驱动电路18

2.3 线电路20

2.3.1 长线传输简述20

2.3.2 RS-232C、RS-422A、RS-423A、RS-485接口21

2.3.3 20mA电流环接口22

2.3.4 光纤通讯接口23

2.4 电源28

2.4.1 整流电路28

2.4.2 滤波电路29

2.4.3 并联式直流稳压电源31

2.4.4 串联式直流稳压电源32

2.4.5 开关稳压电源33

第三章 传感器及检测技术35

3.1 传感器基本知识35

3.1.1 传感器及其组成35

3.1.2 传感器的分类35

3.1.3 传感器的性能指标38

3.1.4 传感器的输入、输出特性和对环境的要求39

3.1.5 传感器的标定与校准40

3.2 位移检测传感器41

3.2.1 感应同步器41

3.2.2 磁尺45

3.2.3 光电编码器46

3.2.4 激光编码器49

3.2.5 光栅位移传感器49

3.2.6 旋转变压器51

3.3 速度传感器52

3.3.1 相关测速法52

3.3.2 栅格式空间滤波器测速54

3.3.3 利用位移传感器或加速度传感器测速54

3.4 力、力矩和压力传感器54

3.5.1 放射性同位素物位传感器56

3.5 物位传感器56

3.5.2 超声物位传感器57

3.5.3 超声界面传感器57

3.5.4 微波物位传感器58

3.6 接近传感器59

3.7 传感器与微机的接口技术60

第四章 伺服电机驱动与控制64

4.1 概述64

4.1.1 机电一体化系统对伺服电机的要求64

4.1.3 伺服电机的特点及应用65

4.1.2 伺服电机的分类65

4.2 步进电机的驱动与控制66

4.2.1 反应式步进电机66

4.2.2 磁路混合式步进电机68

4.2.3 步进电机的基本工作状态69

4.2.4 环形分配器72

4.2.5 步进电机驱动电路72

4.3 交流伺服电机85

4.3.1 分类及产品名称代号85

4.3.3 基本工作原理86

4.3.2 结构与特点86

4.3.4 控制方式87

4.3.5 性能特点与运行特点88

4.3.6 运行特性89

4.3.7 应用举例91

4.4 直流伺服电机91

4.4.1 分类及产品名称代号91

4.4.2 结构与特点92

4.4.3 工作原理93

4.4.4 主要特性94

4.4.5 交、直流伺服电机的比较95

4.4.6 应用与选择96

4.5.1 PWM功率放大器工作原理98

4.5 伺服电机的PWM功率放大器98

4.5.2 PWM功率放大器的结构及数学模型100

4.5.3 PWM功率放大器切换频率的选择104

4.5.4 标准PWM功率放大器105

4.6 伺服电机的控制系统107

4.6.1 伺服电机控制系统结构107

4.6.2 电机伺服系统实例107

5.1.1 自动控制技术在机电一体化产品中的应用112

5.1.2 机电一体化产品的控制形式112

5.1 概述112

第五章 自动控制技术112

5.1.3 自动控制技术的发展113

5.2 经典控制技术114

5.2.1 经典控制的基本概念114

5.2.2 经典控制系统的分析和设计115

5.3 计算机控制技术118

5.3.1 计算机控制技术的基本概念118

5.3.2 计算机控制系统的分析121

5.4.1 准连续PID控制算法130

5.4 数字PID控制算法130

5.4.2 对标准PID算法的改进133

5.4.3 PID调节器参数选择140

5.5 智能自适应控制方法145

5.6 模糊控制148

5.6.1 模糊控制概论148

5.6.2 模糊控制的基本原理149

5.6.3 模糊控制器的设计155

5.6.4 模糊控制器的应用156

5.7.1 PLC概述157

5.7 PLC控制器157

5.7.2 PLC控制器的硬件结构159

5.7.3 PLC控制器的软件技术164

5.7.4 PLC控制器应用系统设计172

第六章 机电一体化机械技术178

6.1 概述178

6.1.1 机电一体化产品对机械部件的基本要求178

6.1.2 机电一体化机械系统的组成178

6.2 机电一体化系统中常用的机械传动机构179

6.2.1 无侧隙齿轮传动机构179

6.2.2 滚珠丝杠副传动机构181

6.2.3 锥形环无键联轴器187

6.2.4 其他传动机构189

6.3 机电一体化导向机构191

6.3.1 导轨的分类、特点和基本要求191

6.3.2 滚动直线导轨192

6.3.3 塑料导轨197

6.4 机电一体化执行机构199

6.4.1 机电一体化执行机构的特点及要求199

6.4.2 定位机构200

6.4.3 数控机床动力卡盘与回转刀架201

6.4.4 工业机械手末端执行器203

第七章 机电一体化系统设计207

7.1 机电一体化系统设计概述207

7.1.1 优化设计在机电一体化系统设计中的应用207

7.1.2 可靠性设计在机电一体化系统设计中的应用210

7.1.3 机电一体化产品发工程路线213

7.2 机电一体化系统总体设计213

7.2.1 机电一体化系统原理方案设计215

7.2.2 机电一体化系统结构方案设计217

7.2.3 机电一体化系统总体布局与环境设计217

7.2.4 机电一体化系统主要技术参数与技术指标220

7.2.5 制定机电一体化系统总体方案的一般步骤221

7.3 机电一体化产品的控制系统设计223

7.3.1 控制系统的基本构成223

7.3.2 控制系统的控制方式和动作控制形式224

7.3.3 控制系统的设计步骤225

7.4 机电一体化系统接口设计226

7.4.1 接口的分类和特点226

7.4.2 人机接口设计227

7.4.3 机电接口设计234

7.5.1 干扰的基本概念252

7.5 机电一体化系统抗干扰设计252

7.5.2 电源干扰的抑制256

7.5.3 感性负载于扰的抑制260

7.5.4 机械振动干扰的抑制263

7.5.5 隔离、屏蔽和接地技术264

7.5.6 模拟量抗干扰的其他措施268

7.5.7 软件的抗干扰设计270

7.6 机电一体化产品设计实例273

7.6.1 LC-1数控全自动拉槽机273

7.6.2 钻床数控改造283

参考文献288