第一章 机电一体化的概念与由来 1
第一节 概述 1
第二节 机电一体化的基本概念及主要特征 4
一．机电一体化的基本概念 4
二．机电一体化的主要特征 6
1．整体结构最佳化 7
2．系统控制智能化 7
3．操作性能柔性化 8
第三节 机电一体化的发展史 9
一．机电一体化是社会生产力发展的需要 9
二．机电一体化产生的技术背景 11
1．机械技术的发展 11
2．微电子技术和计算机技术的发展 12
3．控制理论的发展 16
4．系统工程与机电一体化工程 17
第二章 机电一体化的共性关键技术 19
第一节 检测传感技术 19
一．传感器的定义及其发展 19
二．传感器的组成及其主要指标 22
1．传感器的组成 22
2．传感器的性能指标 23
（1）基本特性指标 23
（2）环境参数指标 24
（3）稳定性、可靠性指标 25
（4）传感器的静态特性 26
（5）传感器的动态特性 29
三．传感器的分类与实例 29
1．传感器的分类 29
（1）按传感器的机理分 29
（2）按传感器的输出量分 30
（3）按有无外加电源分 30
（4）根据能源转换原理分 30
（5）按工作原理分 30
（6）按被测量分 30
2．传感器实例及其工作原理 30
（1）电阻式温度传感器 30
（2）电动势式温度传感器 31
（3）应变式压力传感器 32
四．传感器在机电一体化技术中的地位及需要研究的问题 34
1．传感器在机电一体化技术中的地位 34
2．需要进一步研究的问题 35
第二节 信息处理技术 36
一．信息技术的定义及其发展 36
二．信息系统的组成环节及其作用 38
1．信息系统的组成环节 38
2．信息系统中四大环节的功能 39
（1）信息采集 39
（2）信息传递 39
（3）信息处理 39
（4）信息实施 40
三．几种常用的信息技术简介 40
1．接口技术 40
（1）接口的概念及功能 40
（2）接口的分类及原理 41
2．数据传输技术 47
（1）数据传输系统的组成 47
（2）数据传输的过程 49
（3）数据传输的基本性能指标 50
3．计算机技术 51
（1）计算机的定义与发展 51
（2）计算机的分类 55
（3）计算机的组成 57
（4）计算机的简单工作原理 62
四．信息处理技术在机电一体化技术中的地位及需要研究的问题 74
1．信息处理技术在机电一体化技术中的地位 74
2．信息处理技术中需要进一步研究的问题 75
第三节 自动控制技术 75
一．控制技术的发展 75
二．控制系统的组成及性能指标 76
1．控制系统的组成 76
（1）给定值发生器 77
（2）检测变换元件 77
（3）比较器 77
（4）驱动与执行机构 77
2．控制系统的性能指标 78
（1）精度 78
（2）稳定度 78
（3）动态品质 78
三．控制系统的分类 79
1．按控制理论分 79
2．按控制方式分 79
3．按控制作用与时间的关系分 80
4．按控制的结构和层次分 80
5．按被控量是否对系统的控制起作用分 80
四．现代控制理论简介 80
1．现代控制理论的主要内容 81
（1）最优控制 81
（2）自适应控制 81
（3）最优估计与动态辨识 81
2．现代控制理论的研究方法 82
3．现代控制理论的数学工具 82
五．几种控制技术简介 82
1．数控技术 82
（1）数控技术的基本概念及发展 82
（2）计算机数控系统（CNC）简介 86
（3）数控编程技术简介 89
2．可编程序控制器 92
（1）可编程序控制器的定义及发展 92
（2）可编程序控制器的特点 94
（3）可编程序控制器的组成与工作原理 99
3．STD总线工业控制机 105
（1）总线的一般概念 105
（2）STD总线的发展与标准 107
（3）STD总线的技术特点 109
（4）STD总线工控机基本系统的组成 110
（5）STD总线工业控制系统与通用微型计算机和PLC的比较 112
六．自动控制技术领域中需要研究的问题 113
第四节 伺服传动技术 114
一．伺服传动技术的概念及发展 114
1．伺服传动技术的概念 114
2．伺服传动技术的发展 115
二．伺服系统的分类 116
1．按伺服系统的控制方式分 116
（1）开环伺服系统 116
（2）闭环伺服系统 116
（3）半闭环伺服系统 116
2．按伺服系统的操作方式分 117
（1）点位控制伺服系统 117
（2）连续控制伺服系统 117
3．按反馈信号的比较方式分 118
（1）幅值比较系统 118
（2）相位比较系统 118
4．按伺服系统中驱动部件的作用原理分 119
（1）电气伺服系统 119
（2）液压伺服系统 119
三．伺服传动的基本组成及几种伺服系统简介 120
1．伺服系统的基本组成 120
2．以步进电机为驱动部件的伺服系统 121
（1）步进电机的工作原理 121
（2）步进电机伺服系统的原理 124
3．直流伺服系统 125
（1）直流伺服电机的调速原理 125
（2）直流伺服电机的特点 126
（3）直流测速电机的特点 127
（4）位置传感器的特点 127
（5）直流伺服系统的速度控制原理 127
4．交流伺服系统 128
（1）交流伺服电机的调速原理 128
（2）永磁同步交流电动机的特点 129
（3）永磁同步交流伺服系统的速度反馈元件 129
（4）永磁同步交流伺服系统的位置检测传感器 130
（5）永磁同步交流伺服系统速度控制原理 130
四．伺服传动技术在机电一体化技术中的地位和需要研究的问题 135
第五节 精密机械技术 136
一．机械技术在各种技术的相互渗透中前进 136
二．精密加工技术 137
1．精密切削技术 137
（1）研制超精密机床 138
（2）采用金刚石刀具 138
2．模具成型技术 138
3．超精密研磨技术 139
（1）非接触研磨 139
（2）机械化学研磨 139
（3）利用磁场的研磨 139
4．微细加工技术 139
（1）电子光刻技术 139
（2）超微细高亮度离子束技术 139
5．纳米技术 139
三．微机械技术 142
1．微机械的产生和发展 142
2．微机械技术的主要内容 143
（1）微机械技术的理论研究 143
（2）微机械的驱动技术 143
（3）微机械的传感技术 143
（4）微机械用的材料技术 144
（5）微机械的制造工艺技术 144
四．精密机械技术在机电一体化技术中的地位及需要研究的问题 144
1．精密机械技术在机电一体化技术中的地位 144
2．精密机械技术中需要研究的问题 145
第六节 系统总体技术 145
一．系统总体技术的基本概念及涉及的内容 145
二．系统设计技术 146
1．系统设计的目的和原则 146
（1）系统设计的目的 146
（2）系统设计的原则 146
2．系统设计的类型 148
（1）开发性设计 148
（2）适应性设计 148
（3）变异性设计 148
3．系统设计方法 148
（1）功能分析法 148
（2）控制系统的设计 152
（3）可靠性设计 154
三．系统的调试 155
1．系统调试的主要任务 155
（1）硬件系统的调试 155
（2）软件系统的调试 155
（3）功能调试 155
2．调试方法 155
（1）台架实验法 155
（2）计算机仿真法 155
（3）现场调试法 157
四．机电一体化系统的评价 157
1．机电一体化系统的评价目标 157
（1）技术评价目标 157
（2）经济评价目标 157
（3）社会评价目标 157
2．机电一体化系统的评价方法 157
（1）名次计分法 157
（2）评分法 158
（3）技术经济评价法 158
五．系统总体技术在机电一体化技术中的地位及需要研究的问题 160
第三章 机电一体化技术的主要应用领域 161
第一节 机电一体化技术在单机自动化方面的应用 161
一．机械技术与电子技术结合的形式 161
1．功能替代型 161
2．功能提高型 162
3．功能结合型 163
二．机电一体化对机电产品和耐用消费品的影响 163
1．提高了生产效率 163
2．提高了加工精度 164
3．提高了柔性，实现大、中、小各种批量生产的自动化 164
4．提高产品的可靠性 164
5．简化了机械结构 164
6．可以合理利用资源 165
三．机电一体化产品的分类 165
1．按机械产品的主要功能分类 165
（1）工具机 165
（2）动力机 165
（3）信息机 165
2．按机电一体化产品的用途分类 165
（1）投资类机电一体化产品 165
（2）消费类机电一体化产品 166
四．机电一体化产品发展的趋势 167
1．复合化、融合化 167
2．小型化、轻量化 168
3．高速化 168
4．移动化 169
5．智能化 170
第二节 机电一体化技术在过程控制中的应用 170
一．过程控制的一般概念 170
二．过程控制系统的特点及组成 173
1．过程控制系统的工作特点 173
2．过程控制系统的组成 174
（1）硬件系统的组成 174
（2）软件系统的组成 176
三．几种典型的过程控制系统简介 177
1．数据采集和数据处理系统 177
2．直接数字控制系统（DDC） 178
3．监督控制系统（SCC） 179
4．集散型控制系统（DCS） 180
第三节 机电一体化技术在企业自动化方面的应用 183
一．计算机集成制造的概念与发展 184
1．计算机集成制造的概念 184
2．CIM的由来 184
3．CIM的发展 185
二．CIMS的体系结构 189
1．管理信息分系统 190
2．技术信息分系统 190
3．制造自动化分系统 190
4．计算机辅助质量保证分系统 190
三．CIMS相关技术简介 192
1．管理信息系统（MIS） 192
（1）企业计算机辅助管理技术的发展 192
（2）管理信息系统的定义及主要功能 193
（3）企业计算机辅助管理信息系统MRPⅡ简介 194
2．CAD技术简介 201
（1）CAD技术的概念及发展 201
（2）CAD系统的基本组成及功能 204
3．CAPP的基本含义及典型介绍 215
（1）CAPP的产生与作用 215
（2）CAPP的原理 215
4．柔性制造系统简介 219
（1）柔性制造系统的定义及其发展 219
（2）柔性制造系统的类型及特点 220
（3）柔性制造系统的组成及其作用 222
第四节 机电一体化技术在行业技术中的应用 230
一．机电一体化技术为农业现代化服务 230
1．机电一体化是农业机械发展的必然趋势 230
2．支援气象与灾害预报提高农业抗灾能力 231
3．利用专家系统优化农田管理 232
二．机电一体化技术在钢铁工业中的应用 232
1．交流变频调速技术在钢铁工业中的应用 233
2．可编程序控制器与集散型控制系统在钢铁工业中的应用 234
3．机械手与机器人在钢铁工业中的应用 234
4．计算机辅助管理技术在钢铁工业中的应用 235
三．机电一体化技术在纺织工业中的应用 236
1．机电一体化技术在纺织过程中的应用 236
2．机电一体化技术在织造机械上的应用 236
3．机电一体化技术在染整机械上的应用 237
4．机电一体化技术在化纤设备上的应用 237
5．机电一体化技术在服装行业中的应用 237
四．机电一体化技术在建材行业中的应用 238
1．用计算机控制机立窑可以提高产品质量 238
2．用计算机控制窑炉可以节约能源 238
3．用计算机控制窑炉可以减少污染 239
五．机电一体化技术在化工行业中的应用 239
1．机电一体化技术在生产过程控制方面的应用 239
2．机电一体化技术在化工机械设备上的应用 240
3．集散型控制系统的应用日趋发展 240
4．CAD/CAM技术的应用 241
六．机电一体化技术与医疗设备 241
1．机电一体化技术与诊断仪器 241
2．机电一体化技术与临床检验仪器 242
3．机电一体化技术与监护仪器 242
4．机电一体化技术与治疗设备 242
七．机电一体化技术在军事方面的应用 243
1．机电一体化技术在地面火力控制方面的应用 243
2．机电一体化技术在空中打击方面的应用 244
3．机电一体化技术在海战中的应用 244
4．机电一体化技术在军事训练方面的应用 244
第四章 发展机电一体化的基本策略 246
第一节 结合国情理清思路 246
一．什么是我国的国情 246
1．设备的老化阻碍了社会生产力的发展 246
2．产品的老化造成了我国机电产品进出口的长期逆差 247
3．技术的老化使我国的企业缺乏竞争力 248
二．发展机电一体化的总体思路 248
第二节 用电子技术改造传统产业势在必行 250
一．传统产业的基本概念及其改造的必要性 250
1．传统产业的基本概念 250
2．用电子技术改造传统产业的必要性 251
二．我国用电子技术改造传统产业的动态 252
三．我国用电子技术改造传统产业的工作重点 255
1．用电子技术改造传统产业提高劳动生产率和产品质量 255
2．节约能源是电子技术改造传统产业的重要任务 256
3．用电子技术改造传统产业节约原材料是合理利用资源的重要途径 257
4．用电子技术实现企业的科学管理 259
（1）企业管理的发展趋势 259
（2）当前我国企业管理中存在的问题 260
5．发挥企业的主体作用搞好我国传统产业的改造 263
（1）企业应积极采用计算机辅助设计 264
（CAD）技术 264
（2）企业应积极采用计算机辅助管理技术提高管理水平 264
（3）企业要继续抓紧用电子技术改造现有设备 265
（4）企业要用电子技术改造落后的机电产品 265
（5）企业要抓紧普及与生产有关的电子技术知识 265
（6）要把电子技术改造传统产业工作与企业的技术改造结合起来 266
第三节 发展机电一体化产品刻不容缓 267
一．逆差带来的反思 267
二．发展机电一体化产品已成为世界潮流 268
三．我国机电一体化产品的开发取得进展 270
四．机电一体化产品的优先发展领域 272
五．发展机电一体化产品的基本策略 278
第四节 关于机电一体化工作的战略措施 282
一．加强宣传转变观念 282
二．充分发挥中央、地方和企业三个积极性 285
三．加强机电一体化人才的培养 287
四．狠抓机电一体化产品的质量开拓机电一体化产品的市场 292
第五章 机电一体化技术应用实例 295
一．CK3225系列数控车床 295
二．PJ—1系列喷漆机器人 301
三．机场行李输送系统 306
四．自动化立体仓库 314
五．HS—GG2工业锅炉微型计算机控制系统 318
六．青霉素发酵过程控制系统（HS—DCS—1000） 322
七．单片机控制模糊洗衣机 327
八．心律监护仪 337
九．LQ—1600K汉字打印机 343
参考文献 354