第一章 机电一体化导论 1
1.1 传统机械工业的技术革命--机电一体化 1
1.1.1 高新技术与传统机械工业的技术革命 1
1.1.2 机电一体化的基本概念 2
1.2 机电一体化系统构成与产品分类 3
1.2.1 机电一体化系统的功能构成 3
1.2.2 机电一体化系统的结构要素 4
1.2.3 机电一体化产品分类 4
1.3.1 机电一体化相关技术和学科 5
1.3 机电一体化的关键技术 5
1.3.2 机电一体化的关键技术 6
第二章 机电一体化系统中的常用电路 8
2.1 模拟信号处理电路 8
2.1.1 基本放大电路 8
2.1.2 模拟运算电路 10
2.1.3 检波电路 12
2.1.4 模拟开关 14
2.1.5 采样保持电路 15
2.2 接口电路 16
2.2.1 电平转换电路 16
2.2.2 外围驱动电路 18
2.3 线电路 20
2.3.1 长线传输简述 20
2.3.2 RS-232C、RS-422A、RS-423A、RS-485接口 21
2.3.3 20mA电流环接口 22
2.3.4 光纤通讯接口 23
2.4 电源 28
2.4.1 整流电路 28
2.4.2 滤波电路 29
2.4.3 并联式直流稳压电源 31
2.4.4 串联式直流稳压电源 32
2.4.5 开关稳压电源 33
第三章 传感器及检测技术 35
3.1 传感器基本知识 35
3.1.1 传感器及其组成 35
3.1.2 传感器的分类 35
3.1.3 传感器的性能指标 38
3.1.4 传感器的输入、输出特性和对环境的要求 39
3.1.5 传感器的标定与校准 40
3.2 位移检测传感器 41
3.2.1 感应同步器 41
3.2.2 磁尺 45
3.2.3 光电编码器 46
3.2.4 激光编码器 49
3.2.5 光栅位移传感器 49
3.2.6 旋转变压器 51
3.3 速度传感器 52
3.3.1 相关测速法 52
3.3.2 栅格式空间滤波器测速 54
3.3.3 利用位移传感器或加速度传感器测速 54
3.4 力、力矩和压力传感器 54
3.5.1 放射性同位素物位传感器 56
3.5 物位传感器 56
3.5.2 超声物位传感器 57
3.5.3 超声界面传感器 57
3.5.4 微波物位传感器 58
3.6 接近传感器 59
3.7 传感器与微机的接口技术 60
第四章 伺服电机驱动与控制 64
4.1 概述 64
4.1.1 机电一体化系统对伺服电机的要求 64
4.1.3 伺服电机的特点及应用 65
4.1.2 伺服电机的分类 65
4.2 步进电机的驱动与控制 66
4.2.1 反应式步进电机 66
4.2.2 磁路混合式步进电机 68
4.2.3 步进电机的基本工作状态 69
4.2.4 环形分配器 72
4.2.5 步进电机驱动电路 72
4.3 交流伺服电机 85
4.3.1 分类及产品名称代号 85
4.3.3 基本工作原理 86
4.3.2 结构与特点 86
4.3.4 控制方式 87
4.3.5 性能特点与运行特点 88
4.3.6 运行特性 89
4.3.7 应用举例 91
4.4 直流伺服电机 91
4.4.1 分类及产品名称代号 91
4.4.2 结构与特点 92
4.4.3 工作原理 93
4.4.4 主要特性 94
4.4.5 交、直流伺服电机的比较 95
4.4.6 应用与选择 96
4.5.1 PWM功率放大器工作原理 98
4.5 伺服电机的PWM功率放大器 98
4.5.2 PWM功率放大器的结构及数学模型 100
4.5.3 PWM功率放大器切换频率的选择 104
4.5.4 标准PWM功率放大器 105
4.6 伺服电机的控制系统 107
4.6.1 伺服电机控制系统结构 107
4.6.2 电机伺服系统实例 107
5.1.1 自动控制技术在机电一体化产品中的应用 112
5.1.2 机电一体化产品的控制形式 112
5.1 概述 112
第五章 自动控制技术 112
5.1.3 自动控制技术的发展 113
5.2 经典控制技术 114
5.2.1 经典控制的基本概念 114
5.2.2 经典控制系统的分析和设计 115
5.3 计算机控制技术 118
5.3.1 计算机控制技术的基本概念 118
5.3.2 计算机控制系统的分析 121
5.4.1 准连续PID控制算法 130
5.4 数字PID控制算法 130
5.4.2 对标准PID算法的改进 133
5.4.3 PID调节器参数选择 140
5.5 智能自适应控制方法 145
5.6 模糊控制 148
5.6.1 模糊控制概论 148
5.6.2 模糊控制的基本原理 149
5.6.3 模糊控制器的设计 155
5.6.4 模糊控制器的应用 156
5.7.1 PLC概述 157
5.7 PLC控制器 157
5.7.2 PLC控制器的硬件结构 159
5.7.3 PLC控制器的软件技术 164
5.7.4 PLC控制器应用系统设计 172
第六章 机电一体化机械技术 178
6.1 概述 178
6.1.1 机电一体化产品对机械部件的基本要求 178
6.1.2 机电一体化机械系统的组成 178
6.2 机电一体化系统中常用的机械传动机构 179
6.2.1 无侧隙齿轮传动机构 179
6.2.2 滚珠丝杠副传动机构 181
6.2.3 锥形环无键联轴器 187
6.2.4 其他传动机构 189
6.3 机电一体化导向机构 191
6.3.1 导轨的分类、特点和基本要求 191
6.3.2 滚动直线导轨 192
6.3.3 塑料导轨 197
6.4 机电一体化执行机构 199
6.4.1 机电一体化执行机构的特点及要求 199
6.4.2 定位机构 200
6.4.3 数控机床动力卡盘与回转刀架 201
6.4.4 工业机械手末端执行器 203
第七章 机电一体化系统设计 207
7.1 机电一体化系统设计概述 207
7.1.1 优化设计在机电一体化系统设计中的应用 207
7.1.2 可靠性设计在机电一体化系统设计中的应用 210
7.1.3 机电一体化产品发工程路线 213
7.2 机电一体化系统总体设计 213
7.2.1 机电一体化系统原理方案设计 215
7.2.2 机电一体化系统结构方案设计 217
7.2.3 机电一体化系统总体布局与环境设计 217
7.2.4 机电一体化系统主要技术参数与技术指标 220
7.2.5 制定机电一体化系统总体方案的一般步骤 221
7.3 机电一体化产品的控制系统设计 223
7.3.1 控制系统的基本构成 223
7.3.2 控制系统的控制方式和动作控制形式 224
7.3.3 控制系统的设计步骤 225
7.4 机电一体化系统接口设计 226
7.4.1 接口的分类和特点 226
7.4.2 人机接口设计 227
7.4.3 机电接口设计 234
7.5.1 干扰的基本概念 252
7.5 机电一体化系统抗干扰设计 252
7.5.2 电源干扰的抑制 256
7.5.3 感性负载于扰的抑制 260
7.5.4 机械振动干扰的抑制 263
7.5.5 隔离、屏蔽和接地技术 264
7.5.6 模拟量抗干扰的其他措施 268
7.5.7 软件的抗干扰设计 270
7.6 机电一体化产品设计实例 273
7.6.1 LC-1数控全自动拉槽机 273
7.6.2 钻床数控改造 283
参考文献 288