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第1章 概述1

1.1 机电控制系统的概念和发展概况1

1.1.1 控制的基本概念1

1.1.2 机械与控制2

1.1.3 机电控制系统的发展概况2

1.1.4 机电一体化系统(产品)3

1.2 机电控制系统的一般构成4

1.3.1 反馈控制方式5

1.3 机电控制系统的基本控制方式5

1.3.2 开环控制方式7

1.3.3 复合控制方式8

1.4 对机电控制系统的基本要求8

第2章 机电控制系统的静、动态特性10

2.1 机电控制系统的数学模型10

2.1.1 数学模型的概念10

2.1.2 机电控制系统数学模型的种类11

2.1.3 微分方程11

2.1.4 传递函数12

2.1.5 系统结构图14

2.1.6 频率特性16

2.1.7 状态变量与状态方程22

2.2 机电控制系统的动态性能和稳态性能25

2.2.1 典型输入信号25

2.2.2 动态性能与稳态性能26

2.2.3 对数频率稳定判据与稳定裕量27

2.3 机械特性31

2.3.2 离心式通风机型机械特性32

2.3.1 恒转矩型机械特性32

2.3.3 直线型机械特性33

2.3.4 恒功率型机械特性33

2.4 机电控制系统稳定运行的条件34

第3章 机电控制系统中的检测元件36

3.1 检测传感器的分类及对传感器的基本要求36

3.1.1 传感器的分类36

3.1.2 对传感器的基本要求37

3.2 常用的位移测量传感器38

3.2.1 电位计38

3.2.2 电涡流传感器39

3.2.3 差动变压器式位移传感器40

3.2.4 光电脉冲发生器41

3.2.5 感应同步器43

3.2.6 CCD46

3.2.7 光栅式数字位移传感器49

3.3 常用的速度测量传感器50

3.3.1 测速发电机50

3.3.2 利用位移测量传感器测速度52

4.1 驱动元件的种类及特点54

第4章 机电控制系统中的驱动元件54

4.1.1 机电控制系统对执行元件的基本要求56

4.1.2 常用的控制用电动机56

4.2 步进电动机的驱动与控制57

4.2.1 步进电动机工作原理57

4.2.2 步进电动机基本特性58

4.2.3 步进电动机的驱动59

4.3 直流伺服电动机与驱动61

4.3.1 直流伺服电动机工作原理61

4.3.2 直流伺服电动机的驱动63

4.4.1 交流伺服电动机工作原理70

4.4 交流伺服电动机及其驱动70

4.4.2 交流伺服电动机驱动与控制72

4.5 SMA作为驱动器的研究75

第5章 机电伺服系统的常规设计方法79

5.1 随动系统的典型结构及稳定特性79

5.2 随动系统频率法设计80

5.2.1 串联校正80

5.2.2 反馈校正(并联校正)86

5.3.1 复合控制的概念及不变性原理90

5.3 复合控制法设计90

5.3.2 复合控制设计法91

5.4 PID数字控制器的设计94

5.4.1 PID控制算法94

5.4.2 数字PID控制算法的改进97

5.4.3 数字PID控制器的参数整定100

第6章 微机控制系统105

6.1 微型计算机的组成105

6.1.1 计算机的基本结构105

6.1.2 微型计算机软件107

6.2 机电控制系统中常用微处理器简介110

6.2.1 MCS系列单片机简介110

6.2.2 MCS-51单片机111

6.2.3 MCS-96系列单片机简介113

6.2.4 DSP简介115

6.2.5 面向电动机数字控制的DSP芯片——TMS320F240简介119

6.2.6 PLC简介128

7.1.1 编程的步骤132

7.1 编程的步骤、方法和技巧132

第7章 汇编语言程序设计知识132

7.1.2 编程的方法和技巧134

7.2 汇编语言程序的基本结构135

7.3 汇编语言源程序的编辑和汇编137

7.3.1 源程序的编辑137

7.3.2 源程序的汇编138

7.3.3 伪指令138

7.4.2 Franklin C51和A51接口所涉及的几个主要问题141

7.4.1 C语言与汇编语言141

7.4 Franklin C51和A51函数的相互调用141

7.4.3 应用举例144

第8章 机电控制系统中的通信技术157

8.1 串行通信基本知识157

8.1.1 数据通信157

8.1.2 串行通信的传输方式157

8.1.3 异步通信和同步通信158

8.2.1 RS-232C159

8.2 串行通信标准接口总线159

8.2.2 信号电气特性与电平转换161

8.2.3 RS-232C的应用162

8.2.4 RS-422A标准总线164

8.3 单片机与PC机通信的接口电路165

8.3.1 采用1488和1489电平转换芯片实现8031与PC机通信165

8.3.2 采用MAX232芯片实现MCS-51单片机与PC机的RS-232C标准接口通信电路166

8.4 基于PComm Pro的串口通信编程168

8.5 PC机与多个单片机间的通信172

8.5.2 多个单片机与PC机通信协议的约定173

8.5.3 PC机的通信软件173

8.5.1 采用MAX232芯片的RS-232C接口的通信电路173

8.5.4 单片机的通信软件175

8.6 USB总线和IEEE1394总线简介175

8.6.1 USB总线简介176

8.6.2 IEEE1394总线简介176

8.7 现场总线176

8.7.1 现场总线产生背景176

8.7.2 现场总线的要求及特点177

8.7.3 CAN总线178

8.7.4 LonWorks控制网络183

第9章 机电控制系统设计实例之一187

9.1 技术要求187

9.2 方案设计187

9.2.1 有关尺寸计算188

9.2.2 机械本体的设计189

9.2.3 电气系统设计191

9.3 系统控制结构介绍195

9.4 负载情况分析及系统的整体建模197

9.5.1 对前馈环节的分析199

9.5 控制算法199

9.5.2 库仑摩擦问题200

9.5.3 积分饱和问题204

9.6 控制系统软件设计205

9.6.1 软件设计思想205

9.6.2 上位软件结构及程序流程206

9.6.3 控制卡下位软件209

第10章 机电控制系统设计实例之二212

10.1 多指灵巧手212

10.2 控制系统要求214

10.3 控制系统构成215

10.4 基于DSP的伺服运动控制器硬件设计215

10.4.1 DSP核心系统设计216

10.4.2 DSP接口电路设计219

10.4.3 电动机光电码盘四倍频及可逆计数器设计223

10.5 控制系统软件构成227

10.5.1 上层软件结构228

10.5.2 伺服控制器软件设计231

10.6 灵巧手控制实验及实验结果233

参考文献235