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目录 1

总序 1

前言 1

第1章　绪论 1

1.1 自动控制系统与控制器件 2

1.1.1 自动控制系统的定义 2

1.1.2　控制器件的基本概念 2

1.1.3　控制器件涉及的知识结构 4

1.2　传感器概述 4

1.2.1　传感器的定义与分类 4

1.2.2　传感器的特性 6

1.2.3　现代传感器的发展动态 9

1.3　执行机构概述 11

1.3.1　执行机构的定义与分类 11

1.3.2　执行机构的特性 11

1.3.3　执行机构的选用 12

1.4　本书的主要内容及学习方法 13

1.4.1　本书的主要内容 13

1.4.2　本课程的特点 13

1.4.3　本课程的学习方法 14

小结 15

思考题与习题 15

第2章　位置传感器 17

2.1　电阻式位置传感器 18

2.1.1　线性电位器 18

2.1.2　函数电位器 19

2.1.3　环形电位器 20

2.2　电容式位置传感器 21

2.2.1 电容式位置传感器的原理和应用 21

2.2.2　电容值的读取方法 22

2.3.1 自整角机 26

2.3　感应式位置传感器 26

2.3.2　旋转变压器 29

2.3.3　感应同步器 32

2.3.4　其他感应式位置传感器 34

2.4　磁敏式位置传感器 37

2.4.1 干簧管 37

2.4.2　霍尔元件 37

2.4.3　磁敏电阻 41

2.4.4　磁敏二极管和磁敏三极管 43

2.5　光电式位置传感器 46

2.5.1　光电池 46

2.5.2　光敏电阻 47

2.5.3　光敏二极管和光敏三极管 48

2.5.4　光栅传感器 48

2.5.5　光电码盘 51

小结 52

思考题与习题 53

第3章　力与惯性传感器 55

3.1 力传感器 56

3.1.1　力一位移转换装置 56

3.1.2　压电式传感器 57

3.1.3　压频式传感器 60

3.2　加速度表 61

3.2.1　加速度表基本原理 61

3.2.2　液浮摆式加速度表 61

3.2.3　挠性加速度表 62

3.2.4　硅微加速度表 63

3.3 陀螺仪 64

3.3.1　陀螺仪的基本特性 64

3.3.2　机械框架式陀螺仪 66

3.3.3　挠性陀螺仪 67

3.3.4　光学陀螺仪 69

3.3.5　陀螺仪的应用 72

小结 75

思考题与习题 76

第4章　环境参数传感器 77

4.1　温度传感器 78

4.1.1　双金属片 78

4.1.2　热电阻 78

4.1.3　热电偶 79

4.1.4　热敏电阻 80

4.1.5　热敏二极管和热敏三极管 81

4.2　湿度传感器 82

4.2.1　湿度的概念 82

4.2.2　电解质式湿度传感器 83

4.2.3 半导体陶瓷湿度传感器 83

4.2.4　高分子湿度传感器 84

4.2.5　湿敏二极管和湿敏MOS场效应管 85

4.2.6　湿度传感器的使用注意事项 85

4.3　气敏传感器 86

4.3.1 固态气敏传感器 86

4.3.2　液态气敏传感器 88

4.3.3　光学气敏传感器 89

小结 89

思考题与习题 90

第5章　特殊传感器 91

5.1　颜色与图像传感器 92

5.1.1　色敏光电传感器 92

5.1.2　光固态图像传感器 92

5.2　辐射传感器 95

5.2.1　红外辐射传感器 95

5.2.3　超声波传感器 96

5.2.2　声音传感器 96

5.3　新型传感器 97

5.3.1　光纤传感器 98

5.3.2　激光探测器 99

5.3.3　生物分子传感器 99

5.3.4　智能传感器 100

小结 101

思考题与习题 101

第6章　测速发电机 103

6.1　交流测速发电机 104

6.1.1 交流测速发电机的结构和工作原理 104

6.1.2　交流测速发电机的主要性能指标 105

6.1.3　交流测速发电机的应用 106

6.2　直流测速发电机 109

6.2.1 直流测速发电机的工作原理和结构 110

6.2.2　直流测速发电机的特性 113

6.2.3　直流测速发电机误差分析 117

6.2.4　直流测速发电机的性能指标 120

小结 122

思考题与习题 123

第7章　直流伺服电动机 125

7.1　直流伺服电动机的原理和特性 126

7.1.1　直流伺服电动机的工作原理 126

7.1.2　直流伺服电动机的稳态特性 126

7.1.3　直流伺服电动机的动态特性 129

7.1.4　直流伺服电动机的传递函数 133

7.2　直流伺服电动机的控制方法 134

7.2.1　直流伺服电动机的起动 134

7.2.2　直流伺服电动机的励磁方式 134

7.2.3　直流伺服电动机的调速 135

7.2.5　影响直流伺服电动机性能的因素 136

7.2.4　直流伺服电动机的停转 136

7.3.1　额定电压 137

7.3.2　额定电流 137

7.3.3　额定功率 137

7.3.4　额定转速 137

7.3　直流伺服电动机的性能指标 137

7.3.5　定额 138

7.3.6　额定输出力矩 138

小结 138

思考题与习题 139

第8章　交流伺服电动机 141

8.1　交流伺服电动机的原理和结构 142

8.1.1　交流伺服电动机的基本工作原理 142

8.1.2　交流伺服电动机的结构特点 142

8.2.1　对称两相绕组的圆形旋转磁场 143

8.2.2　旋转磁场的转动方向 143

8.2　两相绕组的圆形旋转磁场 143

8.2.3　旋转磁场的转速 144

8.2.4　产生圆形旋转磁场的条件 145

8.3　圆形旋转磁场下的运行分析 145

8.3.1　转差与转差率 145

8.3.2　电压平衡方程式 146

8.3.3　电磁力矩 147

8.3.4　机械特性 148

8.4　椭圆形旋转磁场下的运行分析 149

8.4.1　椭圆形旋转磁场的产生 149

8.4.2　椭圆形旋转磁场的分解 150

8.4.3　椭圆形旋转磁场的机械特性 150

8.5　交流伺服电动机的控制 151

8.5.1　转速控制与调节特性 151

8.5.2　相位控制方法 153

8.6.3　堵转电流和堵转力矩 155

8.6.2　频率 155

8.6.4　额定输出功率、额定输出力矩和额定转速 155

8.5.3　起动和停转控制 155

8.6.1　额定电压 155

8.6　交流伺服电动机的主要性能指标 155

8.6.5　空载始动电压 156

8.6.6　非线性度 156

8.6.7　机电时间常数 157

8.7　变频调速技术简介 157

8.7.1　变频调速原理 157

8.7.2　变频技术 158

8.7.3　变频调速控制 159

小结 160

思考题与习题 161

第9章　步进电动机 163

9.1.2　步进电动机的工作原理 164

9.1.1　步进电动机的结构 164

9.1　步进电动机的结构和原理 164

9.1.3　转速和步距角 166

9.2　步进电动机的工作特性 166

9.2.1　力矩特性 166

9.2.2　单步运行和静态特性 168

9.2.3　连续运行和动态特性 170

9.2.4　步进电动机的起动和调速 171

9.3　步进电动机的主要性能指标 172

9.3.1　步距角和静态步距角误差 172

9.3.2　最大静力矩 172

9.3.3　起动频率和起动矩频特性 172

9.3.4　运行频率和运行矩频特性 172

9.3.5　额定电流和额定电压 172

9.4.2　步距角的细分 173

9.4　步进电动机的使用 173

9.4.1　步进电动机驱动器 173

9.4.3　实用控制方案 174

小结 175

思考题与习题 176

第10章　液压驱动系统 177

10.1　液压驱动系统基本原理 178

10.1.1　液压驱动系统的特点 178

10.1.2　液压驱动相关理论 178

10.1.3　液压驱动系统基本原理 180

10.2　液压控制元件 182

10.2.1　液压泵 182

10.2.2　液压缸 184

10.2.3　液压阀 186

10.2.4　辅助装置 191

10.3　常用液压控制回路原理 193

10.3.1　压力控制回路 193

10.3.2　速度控制回路 195

10.3.3　方向控制回路 198

10.3.4　多缸控制回路 199

10.4　液压驱动系统设计方法 200

10.4.1　液压系统工作状况分析 200

10.4.2　液压驱动系统的总体设计 201

10.4.3　液压控制元件的选取 201

10.4.4　液压驱动系统的性能验算 202

小结 202

思考题与习题 203

第11章　其他执行机构 205

11.1.1　直线型直流电动机 206

11.1.2　无刷直流电动机 206

11.1　其他电动机 206

11.1.3　交流同步电动机 207

11.2　液压（气动）马达和膜片式驱动装置 208

11.2.1　液压（气动）马达 208

11.2.2　膜片式驱动机构 209

11.3　电磁式执行机构 209

11.3.1 电磁铁 209

11.3.2　电磁离合器 210

11.3.3　磁致伸缩驱动器 210

11.4　特殊执行机构 211

11.4.1　压电驱动器 211

11.4.2　形状记忆合金驱动器 211

小结 212

思考题与习题 212

第12章　控制器件应用设计实例 213

12.1.2　控制器件选用 214

12.1　角位置控制系统 214

12.1.1　总体方案设计 214

12.1.3　控制系统详细设计 215

12.2　机床工作台液压驱动系统 216

12.2.1　工况分析和参数计算 216

12.2.2　液压控制回路设计 217

12.2.3　液压元件选取 217

12.2.4　液压系统性能验算 219

12.3　车载惯性导航系统 220

12.3.1　总体方案设计 220

12.3.2　控制器件选择和分系统设计 220

12.3.3　惯性导航系统的标定和测试 221

小结 222

思考题与习题 222

参考文献 223