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第1章 机电控制系统的基本概念 1

1.1 自动控制系统 1

1.1.1 控制的基本概念 1

1.1.2 机械与控制 1

1.1.3 工业生产过程自动化 2

1.1.4 自动控制系统术语 3

1.2 机电控制系统 4

1.2.1 机电控制系统的发展概况 4

1.2.2 机电控制系统的一般构成 5

1.3 控制系统的分类 6

1.3.1 按控制类型分类 6

1.3.2 按给定量的运动规律分类 8

1.3.3 按元件特性分类 9

1.3.4 按控制元件的物理性能分类 9

1.3.5 按信号作用特点分类 9

1.3.6 按自动控制系统的功能分类 10

1.4 对机电控制系统的基本要求 10

本章小结 11

习题与思考题 12

第2章 机电控制系统的分析方法 13

2.1 控制系统的数学模型 13

2.1.1 数学模型的概念 13

2.1.2 系统微分方程的建立 14

2.1.3 系统微分方程式的列写举例 16

2.2 系统分析 17

2.2.1 线性系统的稳定性分析 17

2.2.2 系统的时域分析 18

2.2.3 稳态误差分析 19

本章小结 19

习题与思考题 19

第3章 自动控制的基本规律和调节器 20

3.1 双位控制 20

3.1.1 双位控制规律及其特点 20

3.1.2 实际的双位控制 21

3.1.3 双位控制应用实例 22

3.2 比例控制 22

3.2.1 比例控制规律及其特点 23

3.2.2 比例控制输出特性 23

3.2.3 比例度及其对控制过程的影响 23

3.2.4 比例控制应用实例 25

3.3 积分控制 25

3.3.1 积分控制规律及其特点 25

3.3.2 积分控制输出特性 26

3.4 比例积分控制 26

3.4.1 比例积分控制规律及其特点 26

3.4.2 比例积分控制输出特性 27

3.5 微分控制 27

3.5.1 微分控制规律及其特点 27

3.5.2 微分控制输出特性 28

3.6 比例积分微分控制 28

3.6.1 比例积分微分控制规律 28

3.6.2 比例积分微分控制输出特性 29

本章小结 29

习题与思考题 30

第4章 单回路控制系统 31

4.1 单回路控制系统的设计 31

4.1.1 被控参数的选择 31

4.1.2 控制参数的选择 32

4.1.3 控制规律的选择 32

4.1.4 执行器（调节阀）的选择 34

4.1.5 调节器作用方向的选择 34

4.1.6 单回路控制系统的设计实例 35

4.2 单回路控制系统的投运及调节器参数的整定 36

4.2.1 单回路控制系统的投运 36

4.2.2 单回路控制系统调节器参数的整定 37

本章小结 40

习题与思考题 40

第5章 检测器与传感器 41

5.1 概述 41

5.1.1 检测的概念 41

5.1.2 传感器的定义和组成 41

5.1.3 传感器的分类 41

5.1.4 传感器的基本特性 42

5.1.5 传感器的发展 44

5.2 参量传感器 44

5.2.1 电阻式传感器 44

5.2.2 电感式传感器 46

5.2.3 电容式传感器 49

5.3 发电传感器 52

5.3.1 压电式传感器 52

5.3.2 热电式传感器 54

5.3.3 磁电式传感器 57

5.4 光电式传感器 58

5.4.1 光电效应 58

5.4.2 光电管 59

5.4.3 光电倍增管 59

5.4.4 光敏电阻 60

5.4.5 光敏晶体管 60

5.4.6 光电式传感器应用 61

5.5 数字传感器 62

5.5.1 光栅传感器 62

5.5.2 感应同步器 64

5.6 现代新型传感器 65

5.6.1 光纤传感器 65

5.6.2 气敏传感器 66

5.6.3 湿敏传感器 66

5.6.4 超声波传感器 67

5.6.5 红外探测器 67

5.6.6 仿生传感器 68

5.7 传感器信号的处理 69

5.7.1 信号处理及原因 69

5.7.2 信号处理的方式 69

5.8 自动检测技术的应用 70

5.8.1 磁感应传感器在自动检测中的应用 70

5.8.2 光电传感器在自动检测中的应用 71

5.8.3 电感式传感器在自动检测中的应用 72

5.8.4 电容式传感器在自动检测中的应用 72

本章小结 73

习题与思考题 74

第6章 单片微型计算机简介 75

6.1 单片机的基本结构和工作原理 75

6.1.1 MCS-51单片机的基本结构 75

6.1.2 MCS-51单片机引脚定义及功能 76

6.1.3 MCS-51单片机外部总线的结构 78

6.1.4 MCS-51单片机存储器的结构 78

6.1.5 MCS-51单片机时钟电路与复位方式 82

6.2 单片机的指令系统 83

6.2.1 指令格式 83

6.2.2 指令助记符常用符号的意义 83

6.2.3 寻址方式 83

6.2.4 指令系统 85

6.3 单片机的内部功能部件及应用 94

6.3.1 MCS-51单片机中断系统 94

6.3.2 MCS-51单片机定时器／计数器 98

6.3.3 MCS-51单片机串行接口 102

6.4 单片机系统的扩展 106

6.4.1 系统扩展概述 106

6.4.2 程序存储器的扩展 108

6.4.3 数据存储器的扩展 110

6.4.4 并行I/O接口的扩展 111

6.5 VHDL概述 114

6.5.1 VHDL语言的产生 114

6.5.2 VHDL语言的种类 115

6.5.3 VHDL的特点 115

本章小结 116

习题与思考题 117

第7章 微型计算机工业控制系统 119

7.1 微型计算机工业控制系统的发展概况 119

7.1.1 发展概况 119

7.1.2 发展趋势 120

7.2 微型计算机工业控制系统的组成 120

7.2.1 微型计算机工业控制系统的概念 120

7.2.2 微型计算机控制系统的组成 121

7.3 微型计算机工业控制系统的分类 122

7.3.1 数据采集与检测系统 123

7.3.2 直接数字控制系统 123

7.3.3 计算机监督控制系统 123

7.3.4 集散控制系统 124

7.3.5 现场总线控制系统 125

7.4 微机控制系统应用举例 126

7.4.1 控制系统的控制要求 126

7.4.2 控制系统的硬件系统 126

7.4.3 控制系统的软件系统 127

7.5 数字PID的实现 128

7.5.1 PID算法的数字化 129

7.5.2 位置式PID的控制算式 129

7.5.3 增量式PID的控制算式 130

7.5.4 PID算法程序设计 131

7.6 PID算法的几种发展 131

7.6.1 遇限削弱积分的PID算法 132

7.6.2 积分分离的PID算法 133

7.6.3 变速积分的PID算法 133

7.6.4 带死区的PID算法 134

7.7 PID参数的整定 134

7.7.1 PID控制器参数对系统性能的影响 134

7.7.2 采样周期的选择 135

7.7.3 控制规律的选择 136

7.7.4 凑试法确定PID调节参数 136

7.7.5 优选法确定PID调节参数 137

本章小结 138

习题和思考题 138

第8章 电动机控制技术 139

8.1 直流电动机控制技术 139

8.1.1 直流电机的结构 139

8.1.2 直流电机的工作原理 141

8.1.3 直流电机的分类 143

8.1.4 直流电动机的启动 144

8.1.5 直流电动机的制动 146

8.1.6 直流电动机的调速 146

8.1.7 直流电动机的反转 147

8.2 交流电动机控制技术 147

8.2.1 交流电机的分类 147

8.2.2 三相异步电动机的结构 148

8.2.3 三相异步电动机的工作原理 149

8.2.4 三相异步电动机的启动 151

8.2.5 三相异步电动机的调速 153

8.2.6 三相异步电动机的反转 154

8.2.7 三相异步电动机的制动 154

8.3 步进电动机控制技术 155

8.3.1 步进电动机的分类 155

8.3.2 步进电动机的特点 156

8.3.3 反应式步进电动机的结构 156

8.3.4 反应式步进电动机工作原理 157

8.3.5 步进电动机步距角与转速 159

8.3.6 步进电机的驱动电源 159

8.4 伺服电机的控制技术 160

8.4.1 伺服电机的基本要求 160

8.4.2 直流伺服电动机 160

8.4.3 交流伺服电动机 162

本章小结 164

习题与思考题 164

第9章 变频调速技术及应用 165

9.1 概述 165

9.1.1 变频技术 165

9.1.2 变频调速的优点 165

9.1.3 变频器的构成 168

9.2 变频器的分类 170

9.2.1 按脉冲调制方式分类 171

9.2.2 按工作原理分类 172

9.2.3 按用途分类 173

9.2.4 按变换环节分类 174

9.2.5 按直流环节的储能方式分类 175

9.2.6 按输入电源相数分类 175

9.2.7 按变频器的供电电压的高低分类 175

9.3 变频器的选择 175

9.3.1 根据使用变频器的用途、目的，选择不同类型的变频器 176

9.3.2 根据使用电压选择变频器 176

9.3.3 根据驱动电动机的容量和数量来选择变频器 176

9.4 变频技术的应用 177

本章小结 179

习题与思考题 179

第10章 自动机与自动生产线 180

10.1 自动机械概述 180

10.1.1 自动制造系统定义 180

10.1.2 制造自动化的意义 180

10.1.3 制造自动化的优点 181

10.1.4 自动机械的特点 183

10.1.5 自动机与自动线的特点和分类 186

10.1.6 自动机与自动线的组成及选择 187

10.1.7 自动线的组成方式 189

10.2 自动机与自动生产线的控制系统 190

10.2.1 概述 190

10.2.2 可编程序控制装置 191

10.2.3 PLC控制与其他控制方式的比较 196

10.3 自动机与自动生产线应用举例 197

10.3.1 FESTO MPS模块化生产加工系统 197

10.3.2 广州造纸厂PM8包装机 201

本章小结 206

习题与思考题 207

第11章 工业机器人控制系统 208

11.1 工业机器人控制系统的组成和分类 208

11.1.1 工业机器人作业特点 208

11.1.2 工业机器人的特点 208

11.1.3 工业机器人的组成 209

11.1.4 工业机器人的分类 211

11.1.5 工业机器人技术参数 214

11.1.6 工业机器人的控制系统 216

11.2 工业机器人应用实例 218

本章小结 224

习题与思考题 224

第12章 机床数控技术 225

12.1 数控机床概述 225

12.1.1 数控机床的构成 225

12.1.2 数控机床的工作原理 228

12.1.3 数控机床的分类 229

12.2 开环数值控制及插补 232

12.2.1 开环系统数值控制原理 232

12.2.2 加工轮廓插补原理 233

12.2.3 基准脉冲插补 234

12.3 常用机床数控系统简介 236

12.3.1 FANUC公司数控装置概述 236

12.3.2 SIEMENS数控系统概述 238

12.3.3 华中数控HNC数控系统概述 239

12.3.4 广州数控GSK数控系统概述 241

本章小结 242

习题与思考题 243

参考文献 244