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第1章 绪论 1

1.1 机电一体化概念 1

1.1.1 我国对机电一体化的理解 2

1.1.2 机电一体化技术的主要特征 2

1.1.3 机电一体化技术与其他技术的区别 3

1.2 机电一体化的共性关键技术 4

1.3 机电一体化的功能构成原理及其组成要素 5

1.3.1 机电一体化的功能构成原理 5

1.3.2 机电一体化的功能构成要素 7

1.4 机电一体化系统设计、广义接口和控制软件的作用 8

1.4.1 机电一体化系统设计 8

1.4.2 广义接口和控制软件的作用 11

1.4.3 机电一体化系统的技术评价 13

1.5 机电一体化产品的分类 13

1.6 机电一体化的特点及发展趋势 14

1.7 本课程的目的和要求 15

习题与思考题 16

第2章 机电传动系统的运动学基础 17

2.1 机电传动系统的运动方程式 17

2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 19

2.2.1 负载转矩的折算 20

2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算 21

2.3 生产机械的机械特性 22

2.3.1 恒转矩型机械特性 22

2.3.2 离心式通风型机械特性 23

2.3.3 直线型机械特性 23

2.3.4 恒功率型机械特性 23

2.4 机电传动系统稳定运行的条件 24

习题与思考题 25

第3章 机械学基础 26

3.1 基本功能与要求 26

3.2 机械参数对伺服系统性能的影响 26

3.2.1 摩擦的影响 27

3.2.2 传动间隙的影响 29

3.2.3 系统固有频率ωn和系统阻尼比ξ 32

3.3 传动机构 34

3.3.1 传动机构的主要功能与分类 34

3.3.2 几种典型传动机构 35

3.4 导向支承机构 51

3.4.1 主要功能与分类 51

3.4.2 几种典型导轨 52

3.5 执行机构 63

3.5.1 主要功能与分类 63

3.5.2 几种典型执行机构 64

3.6 机座或机架 72

3.6.1 机座或机架的作用及基本要求 72

3.6.2 机座或机架的结构设计要点 73

习题与思考题 78

第4章 电学基础 79

4.1 测量 79

4.1.1 测量系统概述 79

4.1.2 测量系统的组成 80

4.1.3 测量方法 80

4.2 传感器及其基本特征 81

4.2.1 传感器及其组成 82

4.2.2 传感器分类 83

4.2.3 传感器的静态特性 84

4.2.4 传感器的动态特性 85

4.3 位移传感器 86

4.3.1 电感式传感器 86

4.3.2 电容式位移传感器 91

4.3.3 光栅 94

4.3.4 感应同步器 95

4.4 速度、加速度传感器 97

4.4.1 直流测速机 97

4.4.2 光电式转速传感器 98

4.4.3 磁电式转速传感器 99

4.4.4 加速度传感器 100

4.5 力、压力和转矩传感器 102

4.5.1 测力传感器 102

4.5.2 压力传感器 104

4.5.3 转矩传感器 106

4.6 位置传感器 107

4.6.1 接触式位置传感器 107

4.6.2 接近式位置传感器 107

4.7 温度传感器 109

4.7.1 热电偶传感器 109

4.7.2 热电阻传感器 110

4.7.3 半导体PN结 111

4.8 其他传感器 112

4.8.1 霍尔式传感器 112

4.8.2 光纤传感器 113

4.8.3 超声波传感器 114

4.9 测试信号调理电路 116

4.9.1 滤波电路 116

4.9.2 比例电路 122

4.9.3 积分电路 124

4.9.4 微分电路 125

4.9.5 信号隔离 126

4.9.6 几种典型传感器的信号调理电路 126

4.1 0电力电子器件 131

4.1 0.1 电力电子器件的特点 131

4.1 0.2 电力电子器件的分类 131

4.1 0.3 结型功率二极管 132

4.1 0.4 晶闸管 134

4.1 0.5 门极可关断晶闸管 138

4.1 0.6 电力晶体管 139

4.1 0.7 功率场效应晶体管 141

4.1 0.8 绝缘栅双极型晶体管 144

习题与思考题 146

第5章 控制与计算机基础 147

5.1 控制的基本功效与要求 147

5.2 控制系统的性能指标 148

5.3 控制系统中的典型环节 149

5.3.1 一阶环节 149

5.3.2 二阶环节 150

5.4 集成电路与计算机 153

5.4.1 集成电路与常用芯片 153

5.4.2 处理器 156

5.5 计算机接口 159

5.5.1 数据缓冲接口 160

5.5.2 CPU命令接口 161

5.5.3 信号转换接口 161

5.5.4 设备选择接口 162

5.5.5 中断管理接口 163

5.5.6 数据宽度变换接口 174

5.5.7 功能可编程接口 174

习题与思考题 188

第6章 伺服系统基础 190

6.1 基本结构、性能指标 190

6.1.1 伺服系统及其分类 190

6.1.2 伺服系统的结构 192

6.1.3 伺服系统的性能指标 194

6.2 步进伺服驱动 196

6.2.1 步进电动机结构 197

6.2.2 步进电动机工作原理 197

6.2.3 环形分配器 199

6.2.4 驱动电路 202

6.2.5 工程中需要注意的问题 203

6.3 直流伺服驱动 206

6.3.1 直流电动机结构 206

6.3.2 直流电动机工作原理 208

6.3.3 直流电动机机械特性 209

6.3.4 直流电动机的启动 213

6.3.5 直流电动机的调速 214

6.3.6 直流电动机的制动 217

6.3.7 ACR有静差直流调速系统 223

6.3.8 ACR无静差直流调速系统 230

6.3.9 PWM直流调速系统 237

6.4 交流伺服驱动 245

6.4.1 感应电动机结构 245

6.4.2 感应电动机工作原理 248

6.4.3 感应电动机的旋转磁场 249

6.4.4 定子绕组线端连接方式 252

6.4.5 感应电动机的定子电路和转子电路 253

6.4.6 感应电动机的转矩与机械特性 258

6.4.7 感应电动机的调速方式 263

6.4.8 感应电动机的矢量变换变频调速系统 266

6.5 伺服系统 292

6.5.1 系统性能分析 293

6.5.2 位置指令信号分析 297

6.5.3 位置指令值的修正 298

6.5.4 脉冲比较的进给伺服系统 299

6.5.5 相位比较的进给伺服系统 304

6.5.6 幅值比较的进给伺服系统 309

习题与思考题 315

参考文献 319