第1章 机电一体化概论 1
1.1机电一体化的概念 1
1.1.1机电一体化的发展历史 1
1.1.2机电一体化系统的特征 2
1.1.3机电一体化的意义 5
1.2机电一体化的技术基础 6
1.2.1机械设计和制造技术 6
1.2.2微电子技术 6
1.2.3传感器技术 6
1.2.4软件技术 7
1.2.5通信技术 7
1.2.6驱动技术 7
1.2.7自动控制技术 7
1.2.8系统技术 8
1.3机电一体化的发展及应用概况 8
习题与思考题 10
第2章 精密机械技术 11
2.1概述 11
2.1.1机电一体化对机械系统的基本要求 11
2.1.2机械系统的主要组成 12
2.2传动机构 12
2.2.1传动机构的性能要求 12
2.2.2精密传动机构——滚珠丝杠副 12
2.2.3齿轮传动 18
2.2.4同步带传动 20
2.2.5间歇传动 22
2.3导向机构 23
2.3.1导轨副的组成及种类 23
2.3.2导轨的基本要求 24
2.3.3滑动导轨副 27
2.3.4滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副 31
2.3.5静压导轨副 33
2.4执行机构 34
2.4.1执行机构及其技术特点 34
2.4.2电磁执行机构 34
2.4.3压电驱动器与超声电机 39
2.4.4微动机构 47
2.4.5液压机构 51
2.4.6气动机构 57
习题与思考题 62
第3章 工业控制计算机 64
3.1概述 64
3.1.1机电一体化对控制系统的基本要求 64
3.1.2机电一体化控制系统的类型、特点与选用 64
3.2工控机的特点、组成及总线 67
3.2.1工控机及其特点 67
3.2.2工控机的组成 67
3.2.3工控机的ISA总线和PCI总线 69
3.3工控机的主板 79
3.4工控机的接口卡 79
3.4.1模拟量输入／输出卡 79
3.4.2数字量输入／输出卡 85
3.4.3运动控制卡 85
3.4.4 RS-232／RS-485模块 89
3.4.5 CAN总线接口卡 91
3.5工业组态软件 94
3.5.1工业组态软件简介 94
3.5.2工业组态软件设计的基本步骤 96
3.5.3工业组态软件的设备连接与测试 96
3.5.4工业组态软件的报警显示 97
3.5.5工业组态软件实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示 97
3.5.6工业组态软件的工程安全机制 97
3.6工控机与组态软件的应用 98
习题与思考题 99
第4章 基于单片机的控制器 101
4.1 MCS-51单片机 101
4.2模拟数据采集 101
4.2.1传感器 102
4.2.2多路模拟开关 102
4.2.3放大器 103
4.2.4采样／保持器 103
4.2.5 A／D转换器及其与单片机接口 103
4.3模拟数据输出 112
4.4功率输出 115
4.4.1功率晶体管接口 115
4.4.2光电耦合器隔离 116
4.4.3双向晶闸管接口 117
4.5单片机现场控制器 117
4.6其他嵌入式处理器 119
习题与思考题 120
第5章 可编程序控制器 122
5.1顺序控制系统及其实现 122
5.1.1顺序控制系统 122
5.1.2顺序控制系统的实现 124
5.2可编程序控制器基础 124
5.2.1可编程序控制器的结构及分类 124
5.2.2可编程序控制器的输入／输出模块 127
5.2.3可编程序控制器的工作机制 130
5.2.4可编程序控制器的编程语言 131
5.2.5与其他顺序逻辑控制系统的比较 134
5.2.6可编程序控制器的应用概况 135
5.3三菱FX2N系列可编程序控制器及其指令系统 136
5.3.1三菱可编程序控制器概述 136
5.3.2三菱FX2N系列可编程序控制器的软组件及其功能 138
5.3.3三菱FX2N系列可编程序控制器的指令系统 147
5.4可编程序控制器的基本应用 159
5.4.1 PLC控制系统设计的基本内容和步骤 159
5.4.2编程方法及编程规则与技巧 160
5.4.3常用和基本环节编程 163
5.4.4应用实例 168
5.5可编程序控制器的高级应用 173
5.5.1可编程序控制器的通信及网络 173
5.5.2可编程序控制器的人机界面 175
习题与思考题 176
第6章 传感器与计算机接口 179
6.1概述 179
6.1.1传感检测装置在机电一体化系统中的作用 179
6.1.2传感检测装置的组成 179
6.2机电一体化系统中的常用传感器 180
6.2.1传感器的定义与分类 180
6.2.2机电一体化系统中的常用传感器 180
6.2.3智能传感器 193
6.3传感器与计算机接口技术 194
6.3.1数字型传感器与计算机的接口及实例 194
6.3.2模拟型传感器与计算机的接口 195
习题与思考题 197
第7章 动力驱动及其计算机控制 198
7.1概述 198
7.1.1机电一体化系统中执行装置的特点 198
7.1.2电力电子技术在执行装置中的应用 198
7.1.3机电传动系统建模 199
7.2电力电子技术应用基础 203
7.2.1晶闸管及其驱动电路 203
7.2.2功率晶体管及其驱动电路 206
7.2.3功率场效应晶体管及其驱动电路 208
7.2.4 IGBT及其驱动电路 211
7.3直流传动控制系统 213
7.3.1直流电机的晶闸管驱动控制 213
7.3.2直流电机的全桥驱动控制 216
7.3.3直流电机调速和伺服控制 217
7.4交流传动控制系统 218
7.4.1交流电机控制原理 218
7.4.2交流伺服电机的驱动原理 219
7.5步进传动控制系统 221
7.5.1步进电机的原理和结构 221
7.5.2步进电机控制 223
习题与思考题 226
第8章 生产过程自动化技术 228
8.1概述 228
8.1.1基本概念 228
8.1.2自动化制造系统的常见类型 229
8.2自动化加工设备 231
8.2.1组合机床 231
8.2.2一般数控机床 231
8.2.3车削中心 232
8.2.4加工中心 233
8.3工件储运系统 234
8.3.1存储设备 234
8.3.2工件输送装置 239
8.4检验过程自动化 253
8.4.1概述 253
8.4.2加工过程中的自动检验装置 255
8.4.3自动补偿装置 259
8.4.4检验自动机 261
8.5辅助设备 264
8.5.1提升装置 264
8.5.2分路装置 265
8.5.3小零件的转向和定向装置 267
8.5.4大零件的转位装置 269
8.5.5断屑装置 271
8.6自动化制造系统的控制系统 273
8.6.1 FMS的信息流 273
8.6.2制造过程的协调控制 275
8.6.3加工过程监控 279
8.7计算机集成制造系统 279
8.7.1基本定义 279
8.7.2计算机集成制造系统的基本组成 279
8.7.3计算机集成制造系统的递阶控制模式 282
习题与思考题 284
第9章 机电一体化系统的常用控制策略 285
9.1模拟PID调节器 285
9.2数字PID控制器 286
9.2.1数字PID位置型控制算法 286
9.2.2数字PID增量型控制算法 288
9.3数字PID控制算法的改进 290
9.3.1积分分离PID控制算法 290
9.3.2遇限削弱积分PID控制算法 292
9.3.3不完全微分PID控制算法 293
9.3.4微分先行PID控制算法 295
9.3.5带死区的PID控制算法 296
9.4数字PID控制技术的应用实例 297
9.4.1直线电机的数字PID控制 297
9.4.2运动控制系统中位置环数字PID控制算法的改进实现 300
9.5其他智能控制 302
9.5.1模糊控制 302
9.5.2专家智能控制 317
9.5.3自学习智能控制系统 318
9.5.4基于神经网络的智能控制 318
习题与思考题 319
第10章 机电一体化系统设计方法与实例 320
10.1机电一体化系统设计方法学概论 320
10.1.1机电一体化系统设计原则 320
10.1.2机电一体化系统设计类型 321
10.1.3机电一体化系统设计方法 321
10.1.4机电一体化系统设计步骤 322
10.1.5机电一体化系统的性能评价 325
10.2基于单片机的机电一体化控制系统设计案例 327
10.2.1基于89C52单片机的连续纸胶印机控制系统 327
10.2.2基于P87C591单片机的温室控制单元 329
10.2.3基于压力平衡原理的汽车燃油检漏仪 330
10.3基于PC机的机电一体化控制系统设计案例 332
10.3.1基于机器视觉的晶振外壳缺陷在线抽检系统 332
10.3.2基于PC的并联机床控制系统 334
10.3.3基于PC的开放式数控系统 336
10.4基于PLC的机电一体化控制系统设计案例 338
10.4.1锅炉膜式水冷壁管屏自动焊接生产线控制系统 338
10.4.2气动机械手控制系统 340
10.5机器人及其控制系统设计案例 343
10.5.1液压挖掘机器人分布式测控系统 343
10.5.2多自由度机器人的结构与控制系统 345
10.5.3高速并联机械手位置控制系统 346
10.6机电一体化系统的综合设计实例 349
10.6.1数控五轴联动激光加工机 349
10.6.2机器人智能关节 354
习题与思考题 363
参考文献 365