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第1章　概论 1

1.1　机电一体化的定义 1

1.2　机电一体化系统的基本构成 2

1.3　机电一体化相关技术 4

1.4　机电一体化系统的设计 7

1.4.1 机电一体化系统的分类 7

1.4.2 机电一体化系统开发的类型 8

1.4.3 机电一体化系统设计方案的常用方法 8

1.4.4　机电一体化系统设计 9

1.4.5　机电一体化系统的设计流程 9

1.5　机电一体化技术的发展历程和发展趋势 11

1.5.1 机电一体化技术发展历程 11

1.5.2　机电一体化技术发展趋势 12

本章小结 14

思考题 15

第2章　机械技术 16

2.1　概述 16

2.2　机械传动 17

2.2.1 同步带传动 17

2.2.2 齿轮传动 20

2.2.3　谐波齿轮传动 25

2.2.4　滚珠螺旋传动 29

2.2.5 滑动螺旋传动 42

2.3　支承部件 49

2.3.1 轴系的支承部件 49

2.3.2 支承件 57

2.4　导轨副 64

2.4.1 导轨副的种类、基本要求和材料选择 64

2.4.2　滚动摩擦导轨副 68

2.4.3 滑动摩擦导轨副 73

本章小结 81

思考题 81

第3章 自动化控制技术 83

3.1 自动控制技术概述 83

3.1.1 自动控制系统的组成 84

3.1.2 自动控制系统的组成和性能指标 85

3.1.3 开环控制和闭环控制 87

3.2　PID控制技术 89

3.2.1 数字PID控制 90

3.2.2 智能PID控制方法 93

3.3　模糊控制理论 96

3.3.1 模糊集合的基本概念 97

3.3.2　模糊推理 98

3.3.3 模糊控制器原理及设计 99

3.4　计算机控制系统 102

3.4.1 计算机控制系统的组成 103

3.4.2 计算机在控制中的应用方式 105

3.4.3 工业控制计算机 108

3.5　先进控制方法简介 117

3.5.1 模型预测控制 118

3.5.2 自适应控制 121

3.5.3 智能控制 123

3.5.4 神经控制 125

本章小结 127

思考题 128

第4章　检测技术与传感器 129

4.1　概述 129

4.1.1 检测系统的组成 129

4.1.2　传感器的概念及基本特性 129

4.1.3 信号传输与处理电路 132

4.2　位移检测 133

4.2.1 模拟式位移传感器 133

4.2.2　数字式位移传感器 138

4.3　速度、加速度检测 145

4.3.1 直流测速机速度检测 145

4.3.2 光电式转速传感器 146

4.3.3　加速度传感器 147

4.4　力、扭矩和流体压强检测 147

4.4.1 力检测 148

4.4.2 力矩测量 150

4.4.3　流体压强传感器 151

4.5　其他传感器 153

4.5.1 固态图像传感器（CCD） 153

4.5.2 激光检测 156

4.5.3　超声波检测 157

4.6　传感器的正确选择和使用 158

4.6.1　传感器的选择 158

4.6.2　传感器的正确使用 159

4.7　传感器前级信号处理 160

4.7.1 测量放大器 161

4.7.2 程控增益放大器 162

4.7.3 隔离放大器 164

4.8　传感器接口技术 165

4.8.1　传感器信号的采样／保持 165

4.8.2 多通道模拟信号输入 167

本章小结 170

思考题 171

第5章　伺服控制系统 172

5.1　概述 172

5.1.1 伺服系统的结构组成 172

5.1.2　伺服系统类型 173

5.1.3 伺服系统的基本要求 174

5.2　执行元件 174

5.2.1 执行元件的类型及其特点 175

5.2.2　伺服电动机及其控制 175

5.2.3 步进电动机 183

5.3 电力电子变流技术和PWM型变频电路 189

5.3.1 开关器件特性 189

5.3.2 变流技术 190

5.3.3 变频技术 194

5.4　伺服系统设计 198

5.4.1 方案设计 198

5.4.2 系统稳态设计 199

5.4.3 伺服系统动态设计 203

本章小结 208

思考题 208

第6章　接口技术 210

6.1　接口技术概述 210

6.1.1 接口的定义 210

6.1.2 接口的分类 210

6.2　人机交互接口技术 211

6.2.1 人机接口类型及特点 211

6.2.2 输入接口 212

6.2.3 输出接口 215

6.3　模拟量输入／输出通道接口技术 220

6.3.1 A/D转换接口 220

6.3.2 D/A转换接口 224

6.3.3　控制量输出接口 226

6.4　总线接口技术 232

6.4.1 串行通信基本概念 232

6.4.2 串行通信标准总线（RS-232-C） 235

6.4.3 SPI总线 238

6.4.4　I2C总线 244

本章小结 251

思考题 251

第7章　典型机电一体化系统 253

7.1　机器人 253

7.1.1　机器人的由来 253

7.1.2　机器人的组成 253

7.1.3　机器人的分类 254

7.1.4　机器人技术的进展 257

7.2　数控机床 258

7.2.1 数控机床的产生 258

7.2.2　数控机床的组成 259

7.2.3 数控机床的基本工作原理 260

7.2.4 数控机床的分类 260

7.2.5 数控机床的加工特点 261

7.2.6 数控机床的发展趋势 262

7.2.7 Roeders RHP800三轴数控超高速加工中心 262

7.3　雷达跟踪系统 265

7.3.1 雷达光电跟踪液压伺服系统的技术指标和要求 265

7.3.2 雷达光电跟踪液压伺服系统的特点分析 266

7.3.3 雷达无线伺服系统框图 266

7.3.4　实现方式 267

7.4　自动化制造系统 268

7.4.1 刚性自动化生产 268

7.4.2　柔性制造单元FMC 271

7.4.3 柔性制造系统FMS 273

7.4.4　柔性制造线FML 275

7.4.5 柔性装配线FAL 276

7.4.6 计算机集成制造系统（CIMS） 277

本章小结 279

思考题 280

参考文献 281