第一篇 机电控制技术基础 2
1 机电控制的基础知识 2
1.1 机电控制技术概述 2
1.1.1 机械与控制 2
1.1.2 机电控制系统的发展概况 3
1.1.3 机电一体化产品 4
1.2 机电控制系统的基本组成和工作原理 4
1.3 机电控制系统的基本设计要求 5
1.4 机电控制系统的基本控制方式 6
1.4.1 开环控制方式 6
1.4.2 反馈控制方式 7
1.4.3 复合控制方式 8
2 机电控制系统的静态特性和动态特性 9
2.1 机电控制系统的数学模型及传递函数 9
2.1.1 数学模型的概念 9
2.1.2 非线性系统的线性化 10
2.1.3 数学模型的微分方程 10
2.1.4 系统的传递函数 12
2.1.5 系统的结构图 13
2.1.6 物理系统传递函数的推导 18
2.2 机电控制系统稳态特性与动态特性 21
2.2.1 时间响应及其组成 21
2.2.2 典型的输入信号 22
2.2.3 系统稳定性的概念 23
2.2.4 系统的动态性能与稳态性能 25
2.2.5 一阶系统的动态性能 27
2.2.6 二阶系统的动态性能 29
2.2.7 系统的稳定判定与稳定裕量 34
2.3 机电控制系统的性能指标与校正 39
2.3.1 机电控制系统的性能指标 39
2.3.2 机电控制系统的校正 46
2.3.3 串联校正 47
2.3.4 PID校正 50
2.3.5 反馈校正 52
2.3.6 系统的频率法设计应用实例——基于频率法的Matlab串联校正设计 55
2.3.7 PID数字控制器的设计应用实例——基于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统 57
3 机电控制系统的传感检测技术 62
3.1 传感器的种类及特点 62
3.1.1 传感器的分类 62
3.1.2 传感器的基本要求 64
3.1.3 位移传感器 65
3.1.4 速度传感器 74
3.1.5 加速度传感器 77
3.1.6 力、扭矩和压力传感器 78
3.1.7 温度传感器 80
3.1.8 红外、图像与光纤传感器 84
3.2 检测元件的性能参数 89
3.3 检测元件的选用 90
3.4 检测元件的应用实例 91
3.4.1 压电式传感器的应用举例 91
3.4.2 电容式传感器的应用举例 92
4 机电控制系统的执行装置 94
4.1 执行装置的种类及特点 94
4.1.1 驱动元件的分类 94
4.1.2 机电控制系统对执行元件的基本要求 95
4.1.3 步进电动机的驱动与控制 96
4.1.4 直流伺服电动机的驱动与控制 104
4.1.5 交流伺服电动机的驱动与控制 111
4.2 驱动元件的选用 118
4.2.1 负载分析 118
4.2.2 环境条件 120
4.2.3 机构 120
4.3 驱动元件的应用实例 122
5 机电控制系统的执行元件 124
5.1 概述 124
5.1.1 执行元件的分类 124
5.1.2 机电控制系统对执行元件的基本要求 126
5.2 液压缸的种类和结构 127
5.2.1 液压缸的分类 127
5.2.2 液压缸的典型结构 128
5.3 液压马达的种类和结构 131
5.3.1 叶片式液压马达 131
5.3.2 径向柱塞式液压马达 132
5.3.3 轴向柱塞马达 139
5.3.4 齿轮液压马达 140
5.4 气动马达 142
5.4.1 气动马达的特点 142
5.4.2 气动马达的结构 142
5.4.3 气动马达的选择及使用要求 144
5.5 执行元件的应用实例 144
5.5.1 卷纸张力的控制 144
5.5.2 恒高度零件供料装置 145
5.5.3 机械手伸缩运动伺服系统 146
5.5.4 公共汽车车门气压传动系统 146
6 机电控制系统的微机控制技术 148
6.1 微机控制技术概论 148
6.1.1 微机控制技术 148
6.1.2 微机控制技术系统的组成及其特点 149
6.1.3 微机控制系统的分类 150
6.1.4 微机控制系统的设计步骤 151
6.2 机电控制系统的单片机技术 152
6.2.1 80C51单片机硬件结构 155
6.2.2 80C51单片机接口技术 157
6.2.3 80C51单片机中断、定时技术 173
6.2.4 单片机常用设计语言 196
6.3 机电控制系统的可编程控制技术 203
6.3.1 可编程控制技术概述 203
6.3.2 PLC的基本组成和工作原理 203
6.3.3 S7-200系列PLC的硬件系统 211
6.3.4 S7-200系列PLC的编程元件 213
6.3.5 S7-200系列PLC的基本指令 214
6.3.6 PLC的基本应用实例 229
6.3.7 S7-200系列PLC的顺序控制指令及应用实例 230
第二篇 机电控制系统的典型应用实例 230
7 伺服控制系统应用实例 238
7.1 位置伺服控制系统 238
7.1.1 永磁交流位置伺服控制系统应用实例 238
7.1.2 气动位置伺服系统应用实例 247
7.2 速度伺服控制系统 260
7.2.1 电液伺服系统的设计内容 260
7.2.2 液压动力元件设计 260
7.2.3 各组成元件的传递函数 262
7.2.4 系统的传递函数 265
8 过程控制系统应用实例 266
8.1 基于80C51的计量泵流量控制系统设计 266
8.1.1 硬件设计部分 266
8.1.2 软件设计部分 270
8.2 80C51单片机在电液位置伺服系统上的应用 276
8.2.1 直驱式电液位置伺服系统简介 276
8.2.2 硬件控制系统设计 277
8.2.3 软件系统设计 281
9 数控机床机电控制系统应用实例 287
9.1 常用三相异步电动机的基本控制环节及控制实现 287
9.1.1 起动、停车和点动 287
9.1.2 电动机的正转、反转和停止控制 288
9.1.3 电动机正／反转连锁控制 288
9.2 PLC在步进电动机控制中的应用 289
9.3 可编程控制器在常用机床中的应用实例 291
9.3.1 全自动导轨除锈磨光机 291
9.3.2 基于PLC和触摸屏的工业汽轮机控制系统的设计 294
9.3.3 基于PLC控制的数控齿条插齿机控制系统应用实例 297
9.3.4 注塑机可编过程控制器的原理与设计 309
10 工业机器人 315
10.1 工业机器人基本组成及分类 315
10.1.1 工业机器人基本组成 315
10.1.2 工业机器人的分类 316
10.2 工业机器人的技术参数 318
10.3 工业机器人机构原理 319
10.3.1 末端执行器 320
10.3.2 机器人手腕 320
10.3.3 机器人手臂 320
10.3.4 机器人机座 321
10.3.5 工业机器人的传动 321
10.4 工业机器人的机电控制系统组成 322
10.5 机电控制系统在工业机器人中的应用实例 323
10.5.1 钨极氨弧焊机器人控制应用实例 323
10.5.2 自动涂胶机械手控制应用实例 326
参考文献 329