第1章 概论 1
本章导读 1
1.1机电一体化的基本概念 1
1.1.1机电一体化系统的功能构成及定义 1
1.1.2机电一体化系统的结构要素 3
1.1.3机电一体化产品的分类 7
1.2机电一体化关键技术 8
1.2.1机械设计技术 8
1.2.2计算机与信息处理技术 8
1.2.3自动控制技术 9
1.2.4传感与检测技术 9
1.2.5执行与驱动技术 9
1.2.6机电一体化总体设计技术 10
1.3机电一体化的发展概况 10
1.3.1机械技术发展的总趋势 11
1.3.2国内外机电一体化发展状况 11
1.3.3机电一体化技术的发展趋势 12
本章小结 13
思考练习 14
第2章 机械系统设计技术 15
本章导读 15
2.1机械设计概述 15
2.1.1机电一体化对机械系统的要求 16
2.1.2机械系统的组成 16
2.1.3机械参数对系统性能的影响 17
2.2传动机构的设计 18
2.2.1机械传动装置 19
2.2.2传动方式的选择 27
2.3支撑导向部件的设计 29
2.3.1导向支撑部件 29
2.3.2轴系支撑部件 34
2.3.3旋转支撑部件 43
2.3.4机架与机座 46
2.4执行机构的设计 48
2.4.1微动机构 48
2.4.2定位机构 50
2.5部件应用实例 51
2.5.1齿轮变速机构电动机的选择 51
2.5.2数控机床回转刀架 52
2.5.3工业机器人末端执行器 54
本章小结 57
思考练习 57
第3章 机电一体化检测与传感技术 58
本章导读 58
3.1概述 58
3.1.1检测系统的组成 58
3.1.2信号的传输与处理 59
3.2传感器的组成和分类 59
3.2.1传感器的组成 59
3.2.2传感器的分类 60
3.2.3传感器的性能指标及选用原则 62
3.3常见传感器及其工作原理 64
3.3.1光电编码器 64
3.3.2光栅尺 68
3.3.3电阻应变计 70
3.3.4温度传感器 73
3.3.5霍尔效应线位移传感器 77
3.3.6超声波传感器 78
3.3.7智能传感器 78
3.4检测信号的采集与处理 80
3.4.1传感信号的采样／保持 81
3.4.2模拟信号的采集与处理 81
3.4.3数字信号处理 83
3.4.4信号调制与解调 86
3.5传感器的应用 92
3.5.1传感器信号的计算机检测技术 93
3.5.2车载信息系统 99
本章小结 101
思考练习 102
第4章 接口设计概述 103
本章导读 103
4.1接口设计概述 103
4.1.1接口的基本概念 103
4.1.2接口设计的任务及主要类型 104
4.1.3接口设计的基本原则及要求 105
4.2常用系统总线 106
4.3人机接口设计 107
4.3.1输入接口 107
4.3.2输出接口 110
4.4机电接口设计 112
4.4.1输入接口 113
4.4.2输出接口 113
本章小结 114
思考练习 115
第5章 机电一体化控制系统设计技术 116
本章导读 116
5.1控制系统概述 116
5.1.1控制系统的组成及其特点 117
5.1.2控制系统的分类 118
5.1.3控制系统的设计步骤 119
5.2控制系统数学模型 120
5.2.1输入／输出模型 120
5.2.2状态模型 122
5.2.3传递函数 124
5.2.4方框图 127
5.3系统的控制策略 130
5.3.1传统控制策略 130
5.3.2现代控制策略 131
5.3.3智能控制策略 134
5.3.4控制策略的相互渗透和结合 137
5.4计算机控制技术系统设计 139
5.4.1计算机控制技术的组成及特点 139
5.4.2计算机控制系统的基本功能 139
5.4.3计算机控制系统的基本组成 140
5.4.4计算机控制装置及微机的选择 141
5.4.5提高计算机控制装置的可靠性 143
5.5数字控制器的设计 145
5.5.1 PID数字控制器 145
5.5.2 Smith数字控制器 150
5.5.3最少拍无差系统的设计 151
本章小结 154
思考练习 154
第6章 机电液一体化系统的执行与伺服驱动技术 156
本章导读 156
6.1概述 156
6.1.1伺服系统简要介绍 157
6.1.2执行元件的特点及类型 159
6.1.3机电控制系统对执行元件的要求 160
6.2液压执行元件的特性与选择方法 161
6.2.1液压泵 161
6.2.2液压缸 164
6.2.3液压电动机 166
6.2.4液压执行元件的选择方法 167
6.3伺服系统中的驱动元件 170
6.3.1驱动元件的分类和特点 170
6.3.2步进电动机的工作原理及驱动方法 171
6.3.3直流伺服电动机的工作原理及驱动方法 178
6.3.4交流伺服电动机的工作原理及驱动方法 184
6.3.5机电一体化系统常用控制用电动机性能比较 190
本章小结 192
思考练习 192
第7章 多机网络与通信技术 193
本章导读 193
7.1概述 193
7.1.1基本概念和功能 193
7.1.2分类 194
7.1.3性能参数 195
7.2多机系统总线 196
7.2.1单总线 197
7.2.2 I2C总线 200
7.2.3 ULAN总线 204
7.2.4位总线 208
7.2.5 CAN总线 214
7.2.6以太网体系结构与网络协议 214
7.3工业控制网 219
7.3.1工业控制网概述 219
7.3.2工业控制网的网络协议分层结构 221
7.3.3工业控制网设计的一般内容 223
本章小结 223
思考练习 223
第8章 机电一体化系统总体设计 225
本章导读 225
8.1机电一体化总体设计思想 225
8.1.1总体设计的概念与过程描述 226
8.1.2总体设计的原则与方法 228
8.1.3总体设计中的关键因素 230
8.2特性、性能指标分析及功能和性能指标分配 232
8.2.1机电一体化系统的特性指标分析 233
8.2.2机电一体化系统的功能与性能指标分配 235
8.2.3机电一体化系统的性能评价 238
8.3机电一体化设计方法 239
8.3.1机电一体化系统的设计与优化方法 240
8.3.2机电一体化系统设计过程 245
8.3.3机电一体化系统的可靠性设计方法 251
本章小结 254
思考练习 255
第9章 机电一体化系统应用实例分析 256
本章导读 256
9.1模糊控制洗衣机设计 256
9.1.1模糊控制洗衣机控制系统硬件设计 256
9.1.2模糊控制洗衣机的物理量检测方法 258
9.1.3模糊控制洗衣机的模糊推理 261
9.2变频式空调器设计思路与开发过程 263
9.2.1变频式空调控制器的结构和主要功能 263
9.2.2主电路方案设计 270
9.2.3控制电路方案设计 270
9.3基于GPS的交通管理系统 273
9.3.1 GPS系统组成 273
9.3.2 GPS在空中交通管理系统（ATC）中的应用 275
9.4工程机械远程监控系统设计 280
9.4.1系统的总体设计 280
9.4.2硬件设计 283
9.4.3软性系统设计 286
本章小结 287
思考练习 287
参考文献 289