第1章 概述 1
1.1 机电控制系统的概念和发展概况 1
1.1.1 控制的基本概念 1
1.1.2 机械与控制 2
1.1.3 机电控制系统的发展概况 2
1.1.4 机电一体化系统(产品) 3
1.2 机电控制系统的一般构成 4
1.3.1 反馈控制方式 5
1.3 机电控制系统的基本控制方式 5
1.3.2 开环控制方式 7
1.3.3 复合控制方式 8
1.4 对机电控制系统的基本要求 8
第2章 机电控制系统的静、动态特性 10
2.1 机电控制系统的数学模型 10
2.1.1 数学模型的概念 10
2.1.2 机电控制系统数学模型的种类 11
2.1.3 微分方程 11
2.1.4 传递函数 12
2.1.5 系统结构图 14
2.1.6 频率特性 16
2.1.7 状态变量与状态方程 22
2.2 机电控制系统的动态性能和稳态性能 25
2.2.1 典型输入信号 25
2.2.2 动态性能与稳态性能 26
2.2.3 对数频率稳定判据与稳定裕量 27
2.3 机械特性 31
2.3.2 离心式通风机型机械特性 32
2.3.1 恒转矩型机械特性 32
2.3.3 直线型机械特性 33
2.3.4 恒功率型机械特性 33
2.4 机电控制系统稳定运行的条件 34
第3章 机电控制系统中的检测元件 36
3.1 检测传感器的分类及对传感器的基本要求 36
3.1.1 传感器的分类 36
3.1.2 对传感器的基本要求 37
3.2 常用的位移测量传感器 38
3.2.1 电位计 38
3.2.2 电涡流传感器 39
3.2.3 差动变压器式位移传感器 40
3.2.4 光电脉冲发生器 41
3.2.5 感应同步器 43
3.2.6 CCD 46
3.2.7 光栅式数字位移传感器 49
3.3 常用的速度测量传感器 50
3.3.1 测速发电机 50
3.3.2 利用位移测量传感器测速度 52
4.1 驱动元件的种类及特点 54
第4章 机电控制系统中的驱动元件 54
4.1.1 机电控制系统对执行元件的基本要求 56
4.1.2 常用的控制用电动机 56
4.2 步进电动机的驱动与控制 57
4.2.1 步进电动机工作原理 57
4.2.2 步进电动机基本特性 58
4.2.3 步进电动机的驱动 59
4.3 直流伺服电动机与驱动 61
4.3.1 直流伺服电动机工作原理 61
4.3.2 直流伺服电动机的驱动 63
4.4.1 交流伺服电动机工作原理 70
4.4 交流伺服电动机及其驱动 70
4.4.2 交流伺服电动机驱动与控制 72
4.5 SMA作为驱动器的研究 75
第5章 机电伺服系统的常规设计方法 79
5.1 随动系统的典型结构及稳定特性 79
5.2 随动系统频率法设计 80
5.2.1 串联校正 80
5.2.2 反馈校正(并联校正) 86
5.3.1 复合控制的概念及不变性原理 90
5.3 复合控制法设计 90
5.3.2 复合控制设计法 91
5.4 PID数字控制器的设计 94
5.4.1 PID控制算法 94
5.4.2 数字PID控制算法的改进 97
5.4.3 数字PID控制器的参数整定 100
第6章 微机控制系统 105
6.1 微型计算机的组成 105
6.1.1 计算机的基本结构 105
6.1.2 微型计算机软件 107
6.2 机电控制系统中常用微处理器简介 110
6.2.1 MCS系列单片机简介 110
6.2.2 MCS-51单片机 111
6.2.3 MCS-96系列单片机简介 113
6.2.4 DSP简介 115
6.2.5 面向电动机数字控制的DSP芯片——TMS320F240简介 119
6.2.6 PLC简介 128
7.1.1 编程的步骤 132
7.1 编程的步骤、方法和技巧 132
第7章 汇编语言程序设计知识 132
7.1.2 编程的方法和技巧 134
7.2 汇编语言程序的基本结构 135
7.3 汇编语言源程序的编辑和汇编 137
7.3.1 源程序的编辑 137
7.3.2 源程序的汇编 138
7.3.3 伪指令 138
7.4.2 Franklin C51和A51接口所涉及的几个主要问题 141
7.4.1 C语言与汇编语言 141
7.4 Franklin C51和A51函数的相互调用 141
7.4.3 应用举例 144
第8章 机电控制系统中的通信技术 157
8.1 串行通信基本知识 157
8.1.1 数据通信 157
8.1.2 串行通信的传输方式 157
8.1.3 异步通信和同步通信 158
8.2.1 RS-232C 159
8.2 串行通信标准接口总线 159
8.2.2 信号电气特性与电平转换 161
8.2.3 RS-232C的应用 162
8.2.4 RS-422A标准总线 164
8.3 单片机与PC机通信的接口电路 165
8.3.1 采用1488和1489电平转换芯片实现8031与PC机通信 165
8.3.2 采用MAX232芯片实现MCS-51单片机与PC机的RS-232C标准接口通信电路 166
8.4 基于PComm Pro的串口通信编程 168
8.5 PC机与多个单片机间的通信 172
8.5.2 多个单片机与PC机通信协议的约定 173
8.5.3 PC机的通信软件 173
8.5.1 采用MAX232芯片的RS-232C接口的通信电路 173
8.5.4 单片机的通信软件 175
8.6 USB总线和IEEE1394总线简介 175
8.6.1 USB总线简介 176
8.6.2 IEEE1394总线简介 176
8.7 现场总线 176
8.7.1 现场总线产生背景 176
8.7.2 现场总线的要求及特点 177
8.7.3 CAN总线 178
8.7.4 LonWorks控制网络 183
第9章 机电控制系统设计实例之一 187
9.1 技术要求 187
9.2 方案设计 187
9.2.1 有关尺寸计算 188
9.2.2 机械本体的设计 189
9.2.3 电气系统设计 191
9.3 系统控制结构介绍 195
9.4 负载情况分析及系统的整体建模 197
9.5.1 对前馈环节的分析 199
9.5 控制算法 199
9.5.2 库仑摩擦问题 200
9.5.3 积分饱和问题 204
9.6 控制系统软件设计 205
9.6.1 软件设计思想 205
9.6.2 上位软件结构及程序流程 206
9.6.3 控制卡下位软件 209
第10章 机电控制系统设计实例之二 212
10.1 多指灵巧手 212
10.2 控制系统要求 214
10.3 控制系统构成 215
10.4 基于DSP的伺服运动控制器硬件设计 215
10.4.1 DSP核心系统设计 216
10.4.2 DSP接口电路设计 219
10.4.3 电动机光电码盘四倍频及可逆计数器设计 223
10.5 控制系统软件构成 227
10.5.1 上层软件结构 228
10.5.2 伺服控制器软件设计 231
10.6 灵巧手控制实验及实验结果 233
参考文献 235