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第1章 机械电子学概论 1

1.1　机械电子学的基本内涵 1

1.1.1 学科内涵 1

1.1.2　科学／学科及知识框架 2

1.1.3　机械电子系统特点 3

1.2　机械电子系统的构成 3

1.2.1 机械电子系统基本构成 3

1.2.2　机电系统构成要素之间的连接 4

1.2.3　机械电子系统的评价 5

1.3　典型的机械电子系统 6

1.4　本章小结 7

第2章　机械电子系统的基本原理与方法 8

2.1　机械电子产品系统的系统观点与一体化方法 8

2.1.1 机械电子产品设计中的系统观点 9

2.1.2　机械电子产品的一体化设计方法 10

2.2　机械电子产品的设计思想 11

2.2.1　公理化设计原理 11

2.2.2　机械电子产品设计原理 12

2.3　机械电子系统的设计步骤、特点及发展趋势 18

2.3.1 机电一体化系统（或产品）的设计流程 18

2.3.2　机械电子技术体现在产品、设计、制造及生产经营管理等方面的特点 20

2.3.3　械电子系统的发展趋势 20

2.4　机械电子产品的结构层次及总体设计 22

2.4.1 机械电子产品结构层次 22

2.4.2　产品设计总体结构图 24

2.4.3　设计制造流程分析 25

2.5 目标分析和参数分析 27

2.5.1 目标分析 27

2.5.2　参数分析 31

2.6　解耦与耦合 33

2.6.1 解耦 34

2.6.2　耦合 36

2.7 单元化设计 44

2.7.1 力单元 44

2.7.2　温度单元 47

2.7.3　位移单元 48

2.8　本章小结 49

第3章　物理系统建模 51

3.1　机电系统建模 51

3.1.1 机电系统中的机械系统建模 51

3.1.2 自由刚体动力学特性的键合图表达 69

3.1.3 多体系统基于拉格朗日动力学的键合图表达 73

3.2　电系统键合图模型 78

3.2.1 基本电路元件键合图模型 78

3.2.2 电路的键合图模型 81

3.3　物理系统模型类比的物理基础 82

3.3.1 力—电流类比：交叉—通过变量 83

3.3.2　麦克斯韦的力—电压类比：作用力与速度变量 84

3.3.3 类比的热力学基础 84

3.3.4　绘图表述 86

3.4　本章小结 86

第4章　传感器与执行器 88

4.1　传感器与执行器导论 88

4.2　传感器分类与特性 89

4.2.1　传感器分类 89

4.2.2　典型传感器工作原理 91

4.2.3　传感器特性 94

4.3　执行元件的种类与特性 96

4.3.1　执行元件分类 96

4.3.2　典型执行器工作原理 98

4.3.3　执行元件的特性 100

4.3.4　执行器的选择准则 107

4.4　机电系统常用的控制电机 107

4.5　本章小结 108

第5章　系统和控制 109

5.1　控制在机械电子学的角色 109

5.1.1 引言 109

5.1.2 可控机电系统的主要元素 110

5.2 建模在机电系统设计中的作用 110

5.2.1 作为设计过程一部分的建模 110

5.2.2　建模的目的 113

5.2.3 系统和信号建模方法 114

5.2.4 集成建模、设计和控制的实现 115

5.2.5　机电系统设计的特殊需求 118

5.3　应用于机械电子学中的数字信号处理 120

5.3.1　信号处理基础 120

5.3.2 连续时间域到离散时间域的映射 122

5.3.3　数字滤波器设计 125

5.3.4　数字控制设计 129

5.4　机电系统优化设计 130

5.4.1　介绍 130

5.4.2　优化方法 131

5.5　嵌入式计算机和可编程逻辑控制器的控制 134

5.5.1 介绍 134

5.5.2　嵌入式计算机 135

5.5.3　可编程逻辑控制器 137

5.5.4　结论 140

5.6　本章小结 141

第6章　系统接口与数据采集 142

6.1 系统接口 142

6.1.1 系统接口的定义与应用 142

6.1.2 系统接口的分类 143

6.2　信息接口 143

6.2.1 背景 143

6.2.2　信息接口的常用术语与定义 144

6.2.3 TIA/EIA串行接口标准 147

6.2.4　IEEE 488——通用接口总线（GPIB） 150

6.3　数据采集 153

6.3.1 A/D和D/A转换 156

6.3.2　信号调理 162

6.3.3　数据记录与存储 165

6.3.4　数据采集系统 171

6.4　本章小结 174

第7章　基于计算机的机电系统构建与故障分析 175

7.1　基于计算机的机械电子系统构建 175

7.1.1 计算机在机电系统的应用 175

7.1.2 系统的建模和仿真 177

7.1.3 计算机实时技术 178

7.2　基于计算机的虚拟测试系统 182

7.2.1 测试软件 183

7.2.2　数字信息处理 184

7.2.3　虚拟测试系统举例 185

7.3　机电系统故障分析 188

7.3.1　介绍 188

7.3.2　故障／可靠性分析工具 188

7.3.3　机电系统的故障分析 189

7.3.4　智能故障检测技术 190

7.3.5　机电系统举例——并联结构机械手和并联机械臂机构 191

7.4　本章小结 193

参考文献 194