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第Ⅸ篇 机动学 1

第36章 机构的基本概念及分析方法 1

1 基本概念 1

1.1 机构 1

1.2 构件及运动副 1

1.3 机构简图 2

1.4 机构的传动函数 3

2 机构的结构分析 4

2.1 平面机构的自由度 4

2.2 空间机构的自由度 6

2.3 平面机构中的基本杆组 7

2.3.1 基本杆组的类型和分级 8

2.3.2 将平面机构分解为基本杆组 8

3 平面机构的运动分析 9

3.1 运动分析的解析方法 9

3.1.1 只包括Ⅱ级杆组机构的运动分析 9

3.1.2 包括Ⅲ、Ⅳ级杆组机构的运动分析 15

3.2 运动分析的图解方法 17

3.2.1 图解方法所依据的原理 17

3.2.2 平面四杆机构运动分析的图解方法 17

4 空间机构的运动分析 20

4.1 RSSR机构的运动分析 21

4.2 RSSP机构的运动分析 21

5 平面机构的动态静力分析 22

5.1 机械工作过程中所受的力 22

5.2 Ⅱ级杆组的动态静力分析 22

第37章 常用机构的设计方法 27

1 凸轮机构设计 27

1.1 常用凸轮机构的类型和特点 27

1.2 凸轮机构的闭锁装置 28

1.3 凸轮机构从动件的运动规律 28

1.3.1 无因次运动参数 29

1.3.2 从动件运动规律的特性值及选用原则 29

1.3.3 通用凸轮从动件运动曲线及其算法 30

1.3.4 多项式运动规律 34

1.4 凸轮机构的压力角，凸轮廓线的曲率半径及凸轮基圆半径 35

1.4.1 凸轮机构的压力角 35

1.4.2 凸轮廓线的曲率半径 37

1.4.3 凸轮的基圆半径 37

1.4.4 滚子从动件滚子半径Rr的选择 41

1.5 凸轮廓线设计 41

1.5.1 作图法设计凸轮廓线 41

1.5.2 用计算法设计凸轮廓线 42

1.5.3 圆柱凸轮和圆锥凸轮 43

1.5.4 圆弧凸轮 45

1.6 凸轮及滚子的结构设计、材料及热处理方法的选择 47

1.6.1 凸轮及滚子的结构设计 47

1.6.2 凸轮和从动件接触部位材料及热处理方法 48

2 实现函数要求的连杆机构设计 48

2.1 按预期主、从动件一对对应转角或位移设计四杆机构 49

2.1.1 只按主、从动件同向或反向摆过预定角度的设计 49

2.1.2 附加传动角控制的设计(同向摆动) 49

2.1.3 附加传动角控制的设计(反向摆动) 50

2.1.4 给定对应转角且从动件处于两个极限位置的设计 51

2.1.5 按给定转角和从动件位移设计四杆机构 52

2.1.6 给定主动件位移和从动件转角设计四杆机构 52

2.1.7 按滑块两极限位置设计曲柄滑块机构 53

2.2 按给定主、从动件两对对应转角或位移设计四杆机构 53

2.2.1 给定两对对应转角设计铰接四杆机构 53

2.2.2 按两对对应转角设计导杆机构 54

2.2.3 按给定两对转角、位移设计 54

2.3 按给定主、从动件三对对应转角设计四杆机构 55

2.4 局部区间内近似等传动比传动机构设计 56

2.4.1 扇形齿轮的替代机构 56

2.4.2 串接导杆机构实现局部近似等传动比传动 58

2.4.3 串接回转导杆机构驱动正弦机构 59

2.4.4 串接双曲柄机构驱动曲柄滑块机构 60

2.4.5 椭圆导杆机构 60

2.5 带有停歇工作段的传动机构设计 61

2.5.1 一个极限位置停歇的函数机构 62

2.5.1.1 四杆机构极限位置串接形成的六杆机构 62

2.5.1.2 四杆机构极限位置串接形成的八杆机构 63

2.5.1.3 利用四杆机构连杆曲线设计停歇机构 65

2.5.2 往复行程两个极限位置近似停歇机构 69

2.5.2.1 三个串接的四直机构 69

2.5.2.2 应用具有两段相同曲率半径的连杆曲线 69

2.5.3 在往复行程中间有停歇的机构 70

2.5.4 利用齿轮连杆机构设计停歇机构 71

2.6 周期变速比的齿轮传动 71

2.6.1 非圆齿轮的节曲线 72

2.6.2 一对全等的椭圆齿轮传动 73

2.6.3 卵形齿轮传动 74

2.6.4 一对全等的偏心圆齿轮传动 76

3 导引机构设计 77

3.1 点的平面曲线导引 78

3.1.1 四杆机构的连杆曲线 78

3.1.2 谢尔维司特仿图仪 79

3.1.3 罗伯茨--切贝舍夫定理 79

3.1.4 四杆机构的对称连杆曲线 80

3.1.5 行星轮系及齿轮连杆机构实现点的导引 81

3.1.6 凸轮连杆曲线导引机构 83

3.2 点的直线导引 83

3.2.1 精确的直线导引机构 83

3.2.2 点的近似直线导引机构 83

3.2.2.1 “λ”型机构 83

3.2.2.2 等腰梯形近似直线导引机构 85

3.2.2.3 曲柄滑块近似直线导引机构 86

3.2.2.4 曲柄导杆近似直线导引机构 88

3.3 刚体的平行导引机构 89

3.3.1 直线平行导引机构 89

3.3.2 曲线平行导引机构 90

3.4 刚体转动导引机构 91

3.4.1 精确的转动导引机构 91

3.4.2 近似的转动导引机构 92

3.5 刚体的一般平面导引机构 92

3.5.1 预期序列位置数n=2、3的设计 92

3.5.2 预期序列位置数n=4的设计 93

3.5.2.1 构件序列位置表示方法 93

3.5.2.2 圆点及圆心点的求角 93

3.5.2.3 保证顺序性和位置状态一致性 95

4 步进传动机构设计 98

4.1 棘轮机构 98

4.2 摩擦自锁式步进机构 100

4.3 槽轮机构 101

4.3.1 典型槽轮机构 101

4.3.2 多锁槽轮机构 102

4.3.3 改进动力学性能的槽轮机构 102

4.3.3.1 外槽轮机构 102

4.3.3.2 内槽轮机构 103

4.4 蜗杆凸轮步进传动机构 104

4.5 齿轮-连杆步进机构 107

4.5.1 对心曲柄滑块机构控制差动轮系 107

4.5.2 用行星轮驱动铰接四杆机构或导杆机构 108

4.5.3 三齿轮连杆机构 108

4.6 不完全齿轮机构 109

第38章 机械系统动力学分析与设计 113

1 机械系统的等效模型 113

2 等效参量的求法 113

3 等效构件的运动方程式及其求解 115

4 飞轮设计 118

4.1 飞轮转动惯量的计算 118

4.1.1 运动方程式迭代求解法 118

4.1.2 盈亏功方法 119

4.2 飞轮的结构尺寸设计 120

4.3 飞轮在传动系统中安装位置 121

5.刚性转子的平衡 122

5.1 刚性转子的平衡要求和平衡方法 122

5.2 动平衡机的选择 123

5.3 转子的许用不平衡度 123

6 平面机构的平衡 123

6.1 对称机构法 123

6.2 配重平衡法 124

第39章 机构图例 126

1 等传动比传动机构 126

1.1 传动效率高的增、减速机构 126

1.2 具有很大传动比的减速机构 126

1.3 传动比等于1的传动机构 129

1.4 机器人操作手的手腕机构 131

2 周期变传动比传动机构 131

2.1 连杆机构 131

2.2 非圆齿轮机构和不完全齿轮机构 133

2.3 齿轮连杆机构和齿轮凸轮机构 135

3 变速和调速机构 136

3.1 有级变速机构 136

3.2 无级变速装置 136

4 往复运动机构 138

4.1 连续转动变换为往复移动 138

4.2 连续转动变换为往复摆动 140

5 行程放大和可调节机构 142

5.1 行程放大机构 142

5.2 运动参数可调节机构 143

6 增力及夹持机构 145

6.1 斜面及螺旋式增力机构 145

6.2 利用连杆机构极限位置附近增力、夹持机构 146

7 步进运动机构 147

8 轨迹机构 149

9 可变结构机构 151

10 差动机构 152

10.1 差动螺旋机构 152

10.2 差速齿轮机构 152

10.3 连杆或柔性构件组成差速机构 153

11 换向机构 154

12 伸缩机构 155

13 定位及联锁机构 156

第Ⅹ篇 生产机械的电力传动与控制 158

第40章 电力传动控制系统基础资料 158

1 电气技术中常用文字符号和图形符号 158

1.1 电气技术中常用文字符号(摘自GB/T5094-1985，GB/T7159-1987) 158

1.2 电气图中常用图形符号(摘自GB/T4728.2、GB/T4728.3-1984) 160

2 电气制图一般规则(摘自GB/T6988.2-1986) 166

3 电工常用计算公式及定理、定律 169

4 常用电路性质 174

4.1 基本电路性质 174

4.2 三相电源和三相负载电路性质 176

4.3 晶体管基本电路性质 177

4.4 运算放大器理想性能及其基本电路性质 178

第41章 电力传动系统古典控制理论基础 180

1 控制系统概述 180

1.1 自动控制系统基本概念 180

1.1.1 响应特性 180

1.1.2 控制指标 180

1.1.3 控制系统中常用术语 181

1.2 自动控制系统分类 181

1.2.1 前馈控制系统和反馈控制系统 181

1.2.2 线性系统和非线性系统 181

1.2.3 随动系统(伺服系统) 181

1.3 古典控制理论主要问题 181

1.3.1 系统研究问题 181

1.3.2 系统设计方法(线性系统数学模型) 182

2 控制系统数学模型 182

2.1 控制系统数学模型的建立 182

2.2 控制系统建模举例 182

2.3 拉普拉斯变换 184

2.3.1 拉普拉斯变换概念 184

2.3.2 常见函数的拉普拉斯变换 184

2.3.3 拉普拉斯变换基本定理 185

2.3.4 拉普拉斯反变换 185

2.3.5 用拉普拉斯变换方法解线性微分方程 186

2.4 传递函数与方框图 187

2.4.1 传递函数基本概念 187

2.4.2 控制系统典型环节的传递函数 187

2.4.3 方框图 188

2.4.4 方框图变换法则 188

2.4.5 系统方框图的变换和简化 189

2.5 线性系统传递函数数学模型举例 191

3 控制系统时域分析法 192

3.1 系统典型输入函数 192

3.1.1 阶跃函数 192

3.1.2 斜坡函数 192

3.1.3 加速度函数 193

3.1.4 脉冲函数 193

3.1.5 正弦函数 193

3.2 线性定常系统的时域响应 193

3.2.1 线性定常高阶微分方程的解 193

3.2.2 线性控制系统的时域响应 193

3.2.3 用拉普拉斯变换法求解高阶微分方程 193

3.3 一阶系统响应 194

3.3.1 一阶系统的过渡过程 194

3.3.2 一阶系统的特征参量对过渡过程的影响 194

3.3.3 一阶系统特征参量的实验确定 194

3.4 二阶系统响应 194

3.4.1 二阶系统过渡过程 194

3.4.2 二阶系统特征参量对过渡过程的影响 195

3.4.3 二阶系统特征参量的实验确定 196

3.5 高阶系统响应 196

3.6 线性系统的稳定性 197

3.6.1 稳定的基本概念 197

3.6.2 线性定常系统稳定的充分必要条件 197

3.6.3 赫尔维茨稳定判据 197

4 控制系统复域分析法 198

4.1 根轨迹的基本概念 198

4.2 绘制根轨迹的基本法则 198

4.3 利用根轨迹法分析系统的暂态响应 202

5 控制系统频域分析法 203

5.1 频率特性的基本概念 204

5.2 频率特性的几种表示方法 204

5.2.1 幅频特性和相频特性 204

5.2.2 幅相频率特性 204

5.2.3 实频特性和虚频特性 204

5.2.4 对数频率特性(又称伯德图) 205

5.3 典型环节频率特性 205

5.3.1 比例环节(放大环节) 205

5.3.2 积分环节 206

5.3.3 微分环节 206

5.3.4 惯性环节(非周期环节) 207

5.3.5 一阶微分环节(比例微分环节) 208

5.3.6 振荡环节(二阶环节) 209

5.3.7 二阶微分环节 213

5.3.8 延迟环节(滞后环节，也称纯时滞环节) 213

5.4 系统开环对数频率特性绘制 215

5.5 系统闭环对数频率特性绘制 216

5.5.1 单位反馈的闭环系统 217

5.5.2 非单位反馈的闭环系统 219

5.6 稳定性的频率特性判据及稳定性分析 219

5.6.1 奈魁斯特稳定判据 219

5.6.2 对数频率特性稳定判据 220

5.7 频域响应与时域响应的关系 221

5.7.1 频域性能指标 221

5.7.2 频域性能指标与时域性能指标的关系 221

5.7.3 开环对数频率特性与时域响应的关系 222

6.控制系统静态误差 222

6.1 静态误差的概念 222

6.2 静态误差的计算 222

6.3 静态误差计算举例 223

7 控制系统设计与校正 223

7.1 控制系统设计问题 224

7.2 校正装置及其特性 224

7.2.1 串联校正 224

7.2.2 反馈校正 226

7.3 依照根轨迹法计算校正装置 233

7.3.1 串联超前校正 233

7.3.2 串联滞后校正 234

7.4 依照频率特性计算校正装置 235

7.4.1 串联超前校正 235

7.4.2 串联滞后校正 236

7.4.3 串联滞后一超前校正 237

8 控制系统设计举例 238

8.1 方案制定 238

8.2 静态计算 238

8.3 动态计算 238

8.4 校正装置选择 239

8.5 反馈校正装置计算 239

第42章 继电接触控制系统设计 240

1 继电接触控制系统设计步骤及要求 240

2 继电接触控制系统基本电路 240

2.1 电动机起动控制电路 240

2.1.1 电动机的直接起动 240

2.1.2 电动机的降压起动 241

2.2 电动机正反转控制电路 244

2.3 电动机制动控制电路 246

2.4 双速电机控制电路 247

2.5 行程控制电路 247

2.6 控制系统的保护 250

2.6.1 人身安全保护 250

2.6.2 电路的短路保护和过电流保护 250

2.6.3 电动机过载保护 251

2.6.4 电路的失电压与欠电压保护 251

2.6.5 电动机断相保护 251

3 继电接触控制系统设计实例 253

第43章 电力传动控制系统设计 256

1 电力传动控制方案选择 256

1.1 风机、水泵类 256

1.2 简单调速类 256

1.3 稳速运转类 256

1.4 宽调速类 256

1.5 快速正反转类 256

1.6 位置控制类 256

1.7 位能负载类 256

2 直流电力传动控制系统方案选择 257

2.1 直流传动不可逆调速系统 257

2.1.1 直流传动调压控制系统 257

2.1.2 直流传动调压、调磁控制系统 258

2.2 直流传动可逆调速系统 259

2.2.1 电枢用切换开关反向可逆调速系统 259

2.2.2 电枢不反向，而磁场反向的可逆调速系统 259

2.2.3 有环流可逆调速系统 259

2.2.4 给定环流可逆系统 260

2.2.5 可控环流的可逆调速系统 260

2.2.6 无环流可逆调速系统 260

2.3 直流传动位置随动系统 263

2.3.1 位置随动系统结构 263

2.3.2 自整角机位置随动系统 263

2.3.3 数字式位置随动系统 264

2.4 直流传动计算机控制系统 264

2.4.1 晶闸管整流器供电计算机设定值控制 264

2.4.2 晶闸管整流器供电计算机状态反馈闭环控制 265

3 直流电力传动控制系统电路元器件计算与选择 265

3.1 晶闸管整流电路与有源逆变电路选择及参数计算 265

3.1.1 晶闸管常用整流电路方案选择 265

3.1.2 晶闸管常用整流电路及常用计算参数 266

3.1.3 重叠角计算 266

3.1.4 换相电抗压降△Ux 267

3.1.5 最小超前角βmin和最小滞后角αmin 267

3.2 整流变压器计算及选择 268

3.2.1 整流器输出电压方程 268

3.2.2 整流变压器二次相电压Uvφ 268

3.2.3 整流变压器二次和一次相电流 269

3.2.4 整流变压器的容量计算 269

3.3 交流进线电抗器计算 269

3.4 晶闸管的容量、电流和电压计算与选择 269

3.4.1 晶闸管额定电压URRM的选择 269

3.4.2 晶闸管额定电流IFAV的选择 270

3.4.3 晶闸管额定电流IFAV选择举例 271

3.5 直流电路电抗器的选择与计算 271

3.5.1 电动机电枢电感LM和变压器漏感LT 271

3.5.2 限制直流电流脉动率的电感值 272

3.5.3 使电枢电流连续的电感值 272

3.5.4 限制均衡电流的电感值 274

3.6 晶闸管整流装置的保护及参数整定 274

3.6.1 交流阻容式保护回路 275

3.6.2 交流侧整流阻容保护回路 275

3.6.3 压敏电阻保护电路 275

3.6.4 变压器静电感应过电压保护回路 276

3.6.5 晶闸管换相过电压保护回路 276

3.6.6 整流回路直流侧过电压保护回路 276

3.6.7 桥臂电感参数选择 277

3.6.8 过电流保护 277

3.6.9 晶闸管控制系统谐波干扰及防止办法 277

4 直流电力传动控制系统动态参数工程设计方法 278

4.1 工程设计方法与控制系统性能指标 278

4.1.1 工程设计方法 278

4.1.2 控制系统性能指标 278

4.2 二阶典型系统 279

4.2.1 二阶典型系统跟随性能分析 279

4.2.2 二阶典型系统抗扰性能分析 280

4.2.3 二阶典型系统计算举例 280

4.3 三阶典型系统 281

4.3.1 三阶典型系统跟随性能分析 281

4.3.2 三阶典型系统抗扰性能分析 282

4.3.3 三阶典型系统计算举例 282

4.4 电力传动控制系统工程设计方法步骤 283

4.4.1 典型系统结构的选择 283

4.4.2 系统调节器类型选择 283

4.4.3 系统工程最佳参数选择(依4.2及4.3节分析结果) 285

4.4.4 控制系统调节器元件参数计算(具体计算请见4.6节双闭环调速系统设计举例) 285

4.5 电力传动双闭环系统最佳工程设计 285

4.5.1 电流环的工程设计 285

4.5.2 转速环的工程设计 286

4.6 电力传动双闭环调速系统设计举例 286

4.6.1 电流环设计 287

4.6.2 速度环设计 287

5 直流电力传动最优控制规律 287

5.1 时间最小最优控制规律 288

5.1.1 电流受限，转速不受限时间最小最优控制规律 288

5.1.2 电流、转速同时受限时间最小最优控制规律 289

5.2 电流变化率受限条件下时间最小最优控制规律 290

5.2.1 电枢电流和角速度均不受限时平稳快速最优控制规律 291

5.2.2 电流变化率及电流、角速度同时受限、平稳快速最优控制规律 292

5.3 能量消耗最小最优控制 293

5.3.1 系统参数不受限能耗最小最优控制规律 293

5.3.2 电流单独受限能耗最小最优控制规律 295

5.3.3 速度(状态量)单独受限能耗最小最优控制规律 295

5.3.4 正反向电流同时受限能耗最小最优控制规律 296

5.3.5 正向电流与转速同时受限能耗最小最优控制规律 297

5.3.6 速度和电流正反向均受限情况能耗最小最优控制 298

5.4 平稳快速准确定位控制规律 299

5.4.1 平稳快速准确定位的意义 299

5.4.2 最优准确定位控制规律 299

5.5 最优控制工程应用举例 300

5.5.1 系统原始参量与电机及机械系统数据 300

5.5.2 压下装置最优控制规律及中间变量计算 301

5.5.3 几种不同工艺参数情况的最优控制规律 303

5.5.4 微型机状态反馈闭环控制系统 304

5.5.5 压下装置晶闸管供电微机最优控制直流传动系统传递函数框图 306

6 直流电力传动晶闸管调速装置 307

6.1 ZC1系列0.4～200kW直流电动机晶闸管调速装置 307

6.1.1 产品系列及技术参数 307

6.1.2 装置基本性能说明 309

6.1.3 装置设计选用说明 309

6.1.4 系统操作和保护 309

6.1.5 外形尺寸及安装尺寸 309

6.1.6 调速装置使用环境条件 309

6.1.7 ZC1系列调速装置原理线路图 310

6.2 TZS1系列88--1050kW直流电动机晶闸管调速装置 320

6.2.1 产品系列及技术参数 320

6.2.2 装置基本性能说明 320

6.2.3 装置设计选用说明 320

6.2.4 系统操作和保护 321

6.2.5 外形尺寸及安装尺寸 321

6.2.6 TZS1系列调速装置原理线路图 322

6.3 A系列直流电动机晶闸管调速装置 326

6.3.1 产品系列及技术参数 326

6.3.2 A系列装置规格数据 326

6.3.3 A系列变流装置使用条件 327

6.3.4 外型尺寸及安装尺寸 327

6.3.5 A系列装置原理线路框图 327

6.4 SZ系列直流电动机晶闸管调速装置 330

6.4.1 产品系列及技术参数 330

6.4.2 SZ系列变流装置规格数据 333

6.4.3 SZ系列变流装置使用条件 333

6.4.4 外型尺寸及安装尺寸 334

6.4.5 SZ系列调速装置原理线路框图 334

6.5 直流电力传动调速装置的控制单元 337

6.5.1 通用控制单元品种与规格 337

6.5.2 型号说明 337

6.5.3 控制单元结构及尺寸 337

6.5.4 控制单元使用条件 338

6.5.5 ZWY-1～3稳压电源控制单元 338

6.5.6 Y(W)G-1给定指令控制单元 338

6.5.7 LT-1～4电流调节器运算单元 340

6.5.8 ST-1～3速度调节器运算单元 342

6.5.9 YT-1电压调节器运算单元 343

6.5.10 LLT-1励磁电流调节器 343

6.5.11 CSR-1，CSR-2触发装置输入及保护单元 344

6.5.12 CF1～CF4触发脉冲单元 344

6.5.13 GJ-1，GJ-2给定积分器 347

7 交流电力传动控制系统方案选择 348

7.1 交流电力传动串级调速系统 348

7.1.1 低同步串级调速控制系统 348

7.1.2 超同步串级调速控制系统 348

7.2 交流传动变频调速系统中的变频器选择 350

7.2.1 变频器的分类及特点分析 350

7.2.2 正弦交-交电压型变频器 351

7.2.3 方波交-交电流型变频器 352

7.2.4 交-直-交电压型三相串联电感式逆变器 352

7.2.5 交-直-交电压型电感储能式逆变器 352

7.2.6 交-直-交电压型辅助晶闸管式逆变器 352

7.2.7 交-直-交电流型串联整流器式逆变器 353

7.3 交流电力传动变频调速系统选择 353

7.3.1 交流电力传动变频调速控制方式 353

7.3.2 交-直-交电压型变频调速控制系统 353

7.3.3 交-直-交电流型变频调速控制系统 354

7.3.4 交-直-交电流型转差频率控制变频调速系统 354

7.4 异步电动机脉宽调制(PWM)交流变频控制系统 354

7.4.1 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器 354

7.4.2 脉宽调制(PWM)变频调速控制系统 355

7.5 矢量变换控制的变频调速控制系统 355

7.6 无换向器电动机变频调速控制系统 356

7.6.1 无换向器电动机 356

7.6.2 无换向器电动机调速控制特点 356

7.6.3 交-直-交电流型逆变器无换向器电动机调速控制系统 356

7.6.4 交-交电压型变频器无换向器电动机调速控制系统 357

7.6.5 无换向器电动机调速控制的优缺点及应用范围 358

8 交流电力传动控制系统部件选择及参数计算 358

8.1 串级调速装置主要参数计算与部件选择 358

8.1.1 串级调速装置容量计算 358

8.1.2 逆变变压器计算 358

8.1.3 直流滤波电抗器的选择 358

8.1.4 串级调速用变流器元件选择 359

8.2 交-直-交电压型逆变换流线路部件选择与参数计算 359

8.2.1 串联电感式换流线路的主要参数计算 359

8.2.2 串联整流器式换流线路主要参数计算 360

8.2.3 电感储能式换流线路主要参数计算 360

8.2.4 电压型变频器中间滤波环节的参数计算 361

8.2.5 交-直-交电压型逆变器换流线路选择的一般原则 361

8.3 交-直-交电流型逆变器换流线路主要参数计算 361

8.3.1 串联整流器式电流型逆变器参数计算 362

8.3.2 滤波电抗器的选择与参数计算 362

8.4 交-交变频器主回路参数计算 362

8.4.1 整流变压器参数 362

8.4.2 晶闸管电压裕量检验 363

8.5 无换向器电动机变频调速系统主电路参数计算 363

8.5.1 交-直-交电流型无换向器电机主电路参数计算 363

8.5.2 交-交电流型无换向器电机主回路参数计算 364

第44章 单片机应用系统 365

1 单片机应用系统概述 365

1.1 单片机应用系统 365

1.2 单片机种类及性能简介 366

1.3 单片机应用系统的开发方式及步骤 370

1.3.1 单片机应用系统的开发方式 370

1.3.2 单片机应用系统的开发步骤 370

2 单片机硬件及指令系统 370

2.1 MCS--51单片机 371

2.1.1 MCS--51单片机总体结构 371

2.1.2 MCS--51单片机存储器及特殊功能寄存器 371

2.1.3 MCS--51单片机定时/计数器 375

2.1.4 MCS--51单片机串行口 376

2.1.5 MCS--51单片机中断系统 377

2.1.6 MCS--51CHMOS单片机特点 378

2.1.7 MCS--51单片机指令系统 379

2.2 8XC552单片机 383

2.2.1 8XC552单片机总体结构 384

2.2.2 8XC552存储器及特殊功能寄存器 387

2.2.3 8XC552模数转换及脉宽调制输出 388

2.2.4 8XC552定时/计数器 390

2.2.4.1 定时器T2和捕捉比较逻辑 390

2.2.4.2 监视定时器T3 392

2.2.5 8XC552I2C总路线接口 392

2.2.6 8XC552中断系统 400

2.3 其他常用单片机 400

2.3.1 8098单片机 400

2.3.2 MC68HC11单片机 407

2.3.3 μPD7811单片机简介 421

2.3.4 Z8系列单片机简介 422

3 单片机系统扩展 423

3.1 复位电路及地址译码方法 424

3.1.1 复位电路 424

3.1.2 地址译码方法 425

3.2 程序存储器的扩展 426

3.2.1 程序存储器扩展基本方法 426

3.2.2 EPROM扩展 427

3.2.3 EEPROM扩展 429

3.3 数据存储器扩展 431

3.3.1 数据存储器扩展基本方法 431

3.3.2 数据存储器扩展 432

3.4 外部I/O扩展 434

3.4.1 通用TTL电路扩展I/O口 434

3.4.2 8255可编程并行接口 435

3.4.3 8155可编程RAM/IO接口 438

3.4.4 8279可编程键盘/显示接口 441

3.4.5 8253可编程定时/计数器 445

3.4.6 MC146818实时时钟/RAM接口 447

3.5 通用扩展芯片PSD311 450

4 单片机系统配置 458

4.1 单片机人机及通讯接口 458

4.1.1 按键、开关和拨盘接口 458

4.1.2 LED显示接口 463

4.1.3 LCD显示接口 473

4.1.4 打印机接口 479

4.1.5 串行通讯接口 483

4.2 模拟量输入通道接口 502

4.2.1 信号调理、多路开关及采样保持电路 503

4.2.2 A/D转换器 505

4.2.3 A/D转换器接口 508

4.3 模拟量输出通道接口 516

4.3.1 D/A转换器 516

4.3.2 D/A转换器接口 517

4.4 开关量输入输出及功放接口 519

4.4.1 电平转换 520

4.4.2 信号隔离 521

4.4.3 输出功放接口 524

5 单片机应用软件设计 530

5.1 系统资源分配 530

5.2 软件整体设计 531

5.2.1 自检和初始化 531

5.2.2 监控程序结构 533

5.3 数据处理及计算软件设计 535

5.4 可靠性设计 539

6 单片机在工业过程控制及智能化仪器中的应用 541

6.1 单片机在顺序控制中的应用 541

6.1.1 自动剪板机工作原理 541

6.1.2 硬件接口电路 542

6.1.3 软件设计 544

6.2 单片机多功能转速表 546

6.2.1 单片机功能转速表系统组成及工作原理 546

6.2.2 转速的测量 548

6.2.3 串行显示接口及程序 549

6.2.4 其它软件的设计 549

第45章 总线工业控制机应用系统 552

1 总线工业控制机概述 552

2 工业控制机常用总线 553

2.1 常用总线 553

2.2 STD总线标准 553

2.3 PC/XT总线规范 555

2.4 PC/AT总线规范 559

3 STD总线工业控制机 562

3.1 STD总线工业控制机概述 562

3.2 STD总线工业控制机系统组合 563

3.2.1 系统模式 563

3.2.2 输入/输出子系统 564

3.3 康拓STD总线工业控制机 564

3.4 沈阳计算所STD总线工业控制机 568

3.5 方圆STD总线工业控制机 573

4 PC/XT/AT/104总线工业控制机 574

4.1 PC总线工业控制机概述 574

4.2 PC总线工业控制机系统组合 575

4.3 研华PC总线工业控制机 575

4.4 艾讯PC总线工业控制机 584

4.5 方圆PC总线工业控制机 586

4.6 RTD PC/104总线工业控制机 587

4.7 AMPRO PC/104总线工业控制机 588

4.8 励源PC/104总线模块 589

第46章 可编程序控制器应用设计 590

1 可编程序控制器概述 590

1.1 可编程序控制器主要功能及特点 590

1.2 可编程序控制器的发展 590

2 可编程序控制器硬件结构及工作原理 591

2.1 中央处理机单元(CPU及存储器) 591

2.2 输入/输出(I/O)接口 592

2.2.1 输入模块 592

2.2.2 输出模块 592

2.3 PC电源及外部设备(编程器) 593

2.4 可编程序控制器工作原理 593

3 可编程序控制器编程语言 594

3.1 可编程序控制器编程语言概述 594

3.2 西门子STEP-5编程语言 594

3.2.1 STEP-5编程语言三种基本方式 594

3.2.2 STEP-5编程语言程序 594

3.2.3 STEP-5编程语言的语句(指令) 595

3.3 STEP-5编程语言基本功能符号一览表 595

3.3.1 流程图(CSF)基本功能符号 595

3.3.2 梯形图(LAD)基本功能符号 596

3.3.3 流程图和梯形图共同(相同)的基本功能符号 596

3.3.4 语句表语言表示的操作指令基本功能符号 598

3.3.5 补充操作指令基本功能符号 600

3.4 STEP-5语言CRT编程显示 603

3.4.1 梯形图语言的屏幕编制方法 603

3.4.2 流程图语言屏幕编制方法 603

3.4.3 语句表语言屏幕编制方法 603

4 可编程序控制器编程语言基本操作功能 603

4.1 二进制逻辑操作功能 603

4.1.1 “与”功能操作A 604

4.1.2 “或”功能操作O 605

4.1.3 程序块(控制多个输出) 606

4.1.4 先“与”后“或”功能操作O 607

4.1.5 带有括号表达式的“与”功能操作A(，) 608

4.1.6 带有括号表达式的“与”功能操作O(，) 609

4.1.7 “与非”AN、“或非”ON语句功能操作 609

4.1.8 输入设备传感器的编程问题 610

4.1.9 传统逻辑控制电路(TLC)与梯形图语言编程(LAD)的区别 612

4.2 存储(记忆)操作功能 613

4.2.1 R--S存储器编程 613

4.2.2 自保持(自锁)存储器 614

4.2.3 二进制逻辑操作中间结果的存储功能 615

4.2.4 信号边沿的脉冲标志 618

4.2.5 二进制分频器 619

4.2.6 断电后具有记忆特性的存储器 620

4.3 计时功能 620

4.3.1 延时闭合时间功能 621

4.3.2 延时断开(压缩)时间功能 621

4.4 计数功能 622

4.4.1 计数操作功能 622

4.4.2 计数器的程序表示 622

4.5 装入和传送功能 623

4.5.1 装入指令L 624

4.5.2 传送指令T 625

4.5.3 计数值从计数器往累加器装入 626

4.5.4 时间值从计时器往累加器装入 627

4.5.5 编程举例 627

4.6 转移功能 628

4.7 数字的表示法 628

4.7.1 16位定点数 628

4.7.2 32位定点数 628

4.7.3 浮点数 628

4.8 比较功能 629

4.8.1 比较“相等” 629

4.8.2 比较“不等” 629

4.8.3 比较“大于” 630

4.8.4 比较“大于等于” 630

4.8.5 比较“小于” 630

4.8.6 比较“小于-等于” 631

4.8.7 编程举例 631

4.9 二进制数值计算功能 631

4.9.1 加法功能 632

4.9.2 减法功能 632

4.9.3 乘法功能 632

4.9.4 除法功能 632

4.9.5 组合计算功能举例 632

4.10 STEP-5编程语言操作指令 633

5 可编程序控制器用户程序 635

5.1 用户程序结构 635

5.2 用户程序执行 635

5.3 用户程序模块 636

5.3.1 功能模块FB 636

5.3.2 步进模块SB 637

5.3.3 组织模块OB 637

5.3.4 数据模块DB 637

5.4 用户程序模块参数表 638

6 可编程序控制器数据通信 638

6.1 通信系统配置 638

6.1.1 点对点通信系统 638

6.1.2 多点通信系统 639

6.1.3 局部网络 639

6.2 串行接口通信协议 639

6.2.1 对等协议 639

6.2.2 主从协议 639

6.2.3 RTU(Remote Terminal Unit)协议 639

6.3 主从通信示例 639

7 可编程序控制器类型及选择 641

7.1 PC机的类型 641

7.2 PC机的选择条件 641

7.3 PC机选型示例 641

7.3.1 西门子公司PC机 642

7.3.2 哥德公司PC机 643

7.3.3 立石(OMRON)公司PC 644

8 可编程序控制器应用举例 644

8.1 断电接触控制线路PC编程 644

8.1.1 语句表语言编程 645

8.1.2 梯形图语言编程 645

8.1.3 流程图语言编程 645

8.2 煤码头装卸设备PC控制 645

8.2.1 控制系统的控制、监视和管理功能 645

8.2.2 系统的操作方式 645

8.2.3 PC控制系统组成 645

8.3 轧钢厂PC控制 646

8.4 PC工程整体流程框图 647

9 可编程序控制器产品技术数据 648

9.1 日本OMRON公司C系列(P型)可编程序控制器 648

9.2 西门子SIMATIC S5-115U可编程序控制器 651

第47章 控制系统常用器件 659

1 低压电器 659

1.1 控制电路保护器件 659

1.1.1 熔断器 659

1.1.2 热继电器 660

1.1.3 自动开关 661

1.2 控制电路的开关器件 662

1.2.1 转换开关和组合开关 662

1.2.2 按钮 664

1.2.3 行程开关 666

1.3 控制继电器 676

1.4 接触器、磁力起动器 679

1.5 控制变压器 682

1.6 电磁铁 684

1.7 辅助元器件及常用材料 685

1.7.1 信号灯 685

1.7.2 接线座 687

1.7.3 电线 688

1.7.4 电缆 689

2 常用集成电路 690

2.1 TTL集成电路 690

2.1.1 TTL集成电路参数 690

2.1.2 逻辑门 691

2.1.3 缓冲器及线驱动器 693

2.1.4 单稳态触发器 694

2.1.5 锁存器 696

2.1.6 D触发器 698

2.1.7 J-K触发器 700

2.1.8 译码器 703

2.1.9 编码器 706

2.1.10 数据选择器 707

2.1.11 计数器 710

2.1.12 移位寄存器 714

2.2 CMOS集成电路 718

2.2.1 CMOS集成电路参数 718

2.2.2 逻辑门 718

2.2.3 单稳态触发器 721

2.2.4 触发器 721

2.2.5 译码器及编码器 722

2.2.6 数据选择器 726

2.2.7 计数器 727

2.3 集成运算放大器及电压比较器 732

2.3.1 通用型集成运算放大器 732

2.3.2 高精度集成运算放大器 732

2.3.3 低功耗集成运算放大器 735

2.3.4 集成电压比较器 737

第48章 常用检测方法及传感器 739

1 常用检测方法 739

2 传感器的分类及主要性能指标 739

2.1 传感器的分类 739

2.2 传感器的主要性能指标 739

2.2.1 基本特性指标 739

2.2.2 稳定性、可靠性指标 739

2.2.3 环境参数指标 740

3 电阻应变片和电阻应变仪 740

3.1 金属丝式应变片 740

3.2 箔式应变片 740

3.3 半导体应变片 741

3.4 电阻应变仪 742

4 直线位移和角位移传感器 742

4.1 电感型直线位移传感器 742

4.2 电位计型直线位移传感器 742

4.3 霍尔效应直线位移传感器 747

4.4 直线感应同步器 748

4.5 光栅传感器 749

4.6 旋转变压器 750

4.7 自整角机 753

4.8 电位计型角位移传感器 755

4.9 圆感应同步器 756

4.10 旋转编码器 756

5 直线速度和转速传感器 757

5.1 直线速度传感器 757

5.2 测速发电机 757

5.2.1 直流测速发电机 757

5.2.2 交流测速发电机 760

5.3 数字式转速传感器 761

6 测力传感器及转矩传感器 762

6.1 弹性式力传感器 762

6.2 压电式力传感器 762

6.3 应变式转矩传感器 762

6.4 相位差式转矩传感器 763

7 振动传感器 764

7.1 惯性式加速度传感器 764

7.2 惯性式速度传感器 765

7.3 激振器 766

8 压力传感器 766

8.1 应变式压力传感器 766

8.2 压阻式压力传感器 768

8.3 压电式压力传感器 768

9 流量传感器 768

9.1 涡轮流量计 768

9.2 椭圆齿轮流量计 769

9.3 电磁流量计 770

10 温度传感器 772

10.1 电阻式温度计 772

10.1.1 热电阻温度计 772

10.1.2 热敏电阻温度计 774

10.2 热电偶传感器 774

10.3 幅射高温计 778

11 湿度传感器 780

12 光纤传感器 781

12.1 调相光纤传感器 781

12.2 强度调制光纤传感器 782

12.3 光纤线性加速度计 782

第49章 电动机 783

1 控制电动机 783

1.1 直流伺服电动机 783

1.1.1 SZ系列直流伺服电动机 783

1.1.2 SY系列永磁式直流伺服电动机 788

1.2 交流伺服电动机 790

1.2.1 SL系列交流伺服电动机 791

1.2.2 SD型交流伺服电动机 794

1.2.3 SA型交流伺服电动机 795

1.3 步进电动机 795

1.4 力矩电动机 797

1.4.1 直流力矩电动机 797

1.4.2 交流力矩电动机 798

2 驱动电动机 798

2.1 电机的工作制，安装型式和外壳防护的代号 798

2.1.1 电机的定额及工作制 798

2.1.2 电机结构及安装型式代号(摘自GB/T997-1981 neq IEC34-8-1979) 800

2.2.3 电机外壳防护分级的选择 802

2.2 电动机类型的选择 802

2.2.1 根据工作环境 802

2.2.2 根据工作机负载情况 802

2.2.3 电压的选择 803

2.2.4 电动机转速的选择 803

2.3 电动机容量选择 806

2.3.1 常用机械电动机功率的计算 806

2.3.2 电动机容量的确定、散热、过载的验算 806

2.3.3 电动机容量选择例题 808

2.4 一般异步电动机的规格 811

2.4.1 Y系列(IP44)三相异步电动机(摘自ZB/T K22 007-1988、JB/T 5274-1991) 811

2.4.2 Y系列(IP23)三相异步电动机(摘自JB/T5271-1991，JB/T5272-1991) 816

2.4.3 YH系列高转差率三相异步电动机(摘自JB/T6449-1992) 819

2.4.4 YEJ系列电磁制动三相异步电动机(摘自JB/T6456-1992) 820

2.4.5 YEP系列旁磁制动三相异步电动机(摘自JB/T6448-1992) 822

2.5 变速和减速异步电动机 822

2.5.1 YD系列(IP44)变极多速三相异步电动机(摘自JB/T7127-1993) 822

2.5.2 YCTD系列电磁调速电动机(摘自JB/T6450-1992) 828

2.5.3 YCJ系列齿轮减速三相异步电动机(摘自JB/T6447-1992) 829

2.6 YZ、YZR系列起重及冶金用三相异步电动机 833

2.6.1 YZ系列起重及冶金用三相异步电动机(摘自ZB/T K26 007-1989) 833

2.6.2 YZR系列起重及冶金用绕线转子三相异步电动机(摘自ZB/T K26 008-1989) 836

2.7 YB系列隔爆型三相异步电动机(摘自ZB/T K25002-1989) 837

2.8 微型电动机(摘自JB/T1009～1012-1991) 840

2.9 Z4系列直流电动机(摘自JB/T6316-1992) 844

第50章 调节器 849

1 自力式调节器 849

2 气动基地式调节仪表 850

3 电动调节仪表 850

3.1 DDZ-Ⅱ系列仪表调节器 850

3.2 DDZ-Ⅲ系列仪表调节器 854

3.3 EK系列仪表调节器 855

3.4 其它类型电动调节器 856

4 动圈式指示调节仪 857

5 温度控制器 860

6 简易电子调节器 860

参考文献 862

补充篇 866

1 平面二次包络环面蜗杆传动精度(摘自GB/T199445-1996) 866

1.1 蜗杆、蜗轮及传动误差的定义及代号 866

1.2 精度等级 869

1.3 齿坯要求 869

1.4 蜗杆、蜗轮及蜗杆副的检验 870

1.4.1 蜗杆的检验 870

1.4.2 蜗轮的检验 870

1.4.3 蜗杆副的检验 870

1.5 蜗杆传动的侧隙规定 870

1.6 图样标注 870