目录 1
1 绪论 1
1.1 机电一体化基本概念 1
1.1.1 机电一体化定义 1
1.1.2 机电一体化系统的基本结构要素 1
1.1.3 机电一体化相关技术 2
1.1.4 机电一体化的技术、经济和社会效益 4
1.2 机电一体化技术与现代制造业 5
1.3 机电一体化技术发展趋势 6
习题与思考题 7
2 电机一体化系统的设计 8
2.1 现代系统设计的特征 8
2.2 系统设计的评价分析方法 9
2.2.1 技术经济性分析 9
2.2.2 可靠性分析 10
2.2.3 其他系统评价分析 13
2.3.1 基本设计和工程路线 14
2.3.2 市场调查与预测 14
2.3 机电一体化产品设计与工程路线 14
2.3.3 构思比较与方案评价 16
2.3.4 详细设计 17
2.3.5 系统设计中的质量控制 17
2.3.6 制造工程质量管理 18
2.4 机电一体化系统主要技术参数与技术指标 19
2.5 制定机电一体化系统总体方案的一般步骤 20
2.6 典型机电一体化产品设计开发的工程路线 21
2.6.1 工业机器人的设计与开发 21
2.6.2 家用电器的设计与开发 24
习题与思考题 26
3 机电一体化系统中的机械传动与液压气动执行装置 27
3.1 机械传动系统 27
3.1.1 机械传动系统的数学模型 27
3.1.2 机械传动系统的特性 30
3.1.3 机械传动装置 35
3.2 液压与气压执行装置 45
3.2.1 液压执行装置 45
3.2.2 气动执行装置 48
3.3.1 基于液压驱动的6自由度并联机构 52
3.3 机械传动与液压气动执行装置的应用实例 52
3.3.2 工件输送系统 53
习题与思考题 54
4 机电一体化中的伺服传动技术 55
4.1 概述 55
4.1.1 伺服系统的结构组成及分类 55
4.1.2 伺服电动机 56
4.1.3 电力电子技术简介 58
4.2.1 直流伺服系统结构和原理 61
4.2 直流伺服系统及应用 61
4.2.2 直流伺服系统的稳态误差分析 71
4.2.3 直流伺服系统的动态校正 72
4.3 交流伺服系统及应用 76
4.3.1 异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性 76
4.3.2 异步电动机变频调速系统 77
4.4 步进电动机的驱动和控制 80
4.4.1 步进电动机 80
4.4.2 环形分配器 81
4.4.3 功率驱动器 82
4.5 电液伺服系统 85
4.4.4 提高系统精度的措施 85
4.5.1 电液位置伺服控制系统 86
4.5.2 电液速度伺服控制系统 89
4.5.3 电液力控制系统 89
习题与思考题 91
5 机电一体化中的计算机技术 92
5.1 工业控制机 92
5.1.1 工业控制机的组成 92
5.1.2 工业控制机的分类 93
5.1.3 工业标准总线 97
5.2 单片机在机电一体化产品中的应用 101
5.2.1 MCS-51单片机组成控制系统 101
5.2.2 单片机控制系统信息输入通道设计 103
5.2.3 单片机控制系统功率驱动接口设计 105
5.2.4 单片机控制系统人机界面设计 107
5.2.5 单片机应用系统设计 109
5.2.6 单片机应用系统实例 110
5.3 可编程逻辑控制器（PLC）及其应用 117
5.3.1 PLC的结构 117
5.3.3 PLC控制系统的设计方法和步骤 120
5.3.2 PLC的工作原理 120
5.3 PLC应用实例 121
5.4 计算机接口技术 127
5.4.1 并行输入／输出接口 127
5.4.2 数／模（D／A）转换接口 131
5.4.3 模／数（A／D）转换接口 133
习题与思考题 136
6.1 传感器技术基础 137
6.1.1 传感器组成 137
6 传感器技术及应用 137
6.1.2 传感器的分类 138
6.1.3 传感器的基本特性 140
6.1.4 传感器的主要性能指标 143
6.1.5 传感器的输入、输出特性和对环境的要求 144
6.1.6 传感器的标定与校准 145
6.2 常用传感器及应用 146
6.2.1 电阻式传感器 146
6.2.2 电容式传感器 152
6.2.3 电感式传感器 155
6.2.4 磁电式传感器 159
6.2.5 压电式传感器 162
6.2.6 光电式传感器 165
6.2.7 热电式传感器 169
6.2.8 其他传感器 170
6.3 传感器的选用 171
6.4 基于传感器的计算机检测系统及应用实例 172
6.4.1 基于传感器的计算机检测系统的基本组成 172
6.4.2 地下穿孔机器人气动冲击头性能测试系统 174
习题与思考题 177
7.1.1 数学模型的类型 178
7.1.2 建立数学模型的步骤和方法 178
7 机电一体化系统控制方法 178
7.1 机电一体化系统的数学模型 178
7.1.3 被控对象模型的辨识 179
7.2 PID控制 187
7.2.1 常规的PID控制 187
7.2.2 数字PID的改进算法 191
7.2.3 数字PID参数整定 197
7.3 常见复杂控制 199
7.3.1 串级控制 200
7.3.2 比值控制 203
7.3.3 前馈控制系统 207
7.3.4 自适应控制 209
7.4 模糊控制 212
7.4.1 模糊控制系统的组成及基本原理 213
7.4.2 模糊控制器的设计及应用 217
7.5 神经网络控制 218
7.5.1 神经细胞的基本结构 218
7.5.2 神经元的基本结构 219
7.5.4 神经网络的学习 220
7.5.3 神经网络模型 220
7.5.5 误差反向传播网络及其学习 221
7.5.6 神经网络的特点和局限性 223
习题与思考题 223
8 典型机电一体化系统设计分析与综合 225
8.1 工业机器人 225
8.1.1 工业机器人的定义与发展 225
8.1.2 工业机器人的构成 226
8.1.3 典型的工业机器人——喷漆机器人 227
8.2.1 全自动洗衣机单片机控制系统结构 231
8.2 家用电器 231
8.2.2 模糊全自动洗衣机的控制软件 233
8.2.3 洗衣机物理量检测 235
8.3 特种机器人——地下穿孔机器人 237
8.3.1 地下穿孔机器人的总体构成及作业流程 238
8.3.2 地下穿孔机器人运动学分析 240
8.3.3 地下穿孔机器人本体设计 244
8.3.4 地下穿孔机器人气压传动系统 248
8.3.5 地下穿孔机器人控制系统 248
8.4.1 CNC机床分类 256
8.4 数控机床 256
8.4.2 CNC机械加工中心（MC） 257
8.5 机电一体化系统设计与综合 262
8.5.1 执行机构与驱动元件 262
8.5.3 控制方式与计算机 267
8.5.4 系统与工作环境 269
习题与思考题 271
参考文献 272
8.5.2 驱动方式与传感器 285