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 6
1.3机电一体化技术发展趋势 6
习题与思考题 7
2机电一体化系统的设计与评价 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 10
2.2.2可靠性分析 10
2.2.3其他系统评价分析 13
2.3机电一体化产品设计与工程路线 14
2.3.1基本设计和工程路线 14
2.3.2市场调查与预测 14
2.3.3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 23
习题与思考题 25
3机电一体化系统中的机械传动与液压气动执行装置 26
3.1机械传动系统 26
3.1.1机械传动系统的数学模型 26
3.1.2机械传动系统的特性 29
3.1.3机械传动装置 34
3.2液压与气压执行装置 43
3.2.1液压执行装置 43
3.2.2气动执行装置 46
3.3机械传动与液压气动执行装置的应用实例 50
3.3.1基于液压驱动的6自由度并联机构 50
3.3.2工件输送系统 51
习题与思考题 52
4传感技术及应用 53
4.1传感器技术基础 53
4.1.1传感器的组成 53
4.1.2传感器的分类 54
4.1.3传感器的基本特性 56
4.1.4传感器的主要性能指标 59
4.1.5传感器的输入、输出特性和对环境的要求 59
4.1.6传感器的标定与校准 60
4.2常用传感器及应用 61
4.2.1电阻式传感器 61
4.2.2电容式传感器 67
4.2.3电感式传感器 70
4.2.4磁电式传感器 73
4.2.5压电式传感器 76
4.2.6光电式传感器 79
4.2.7热电式传感器 83
4.2.8其他传感器 84
4.3传感器的选用 85
4.4基于传感器的计算机检测系统及应用实例 86
4.4.1基于传感器的计算机检测系统的基本组成 86
4.4.2地下穿孔机器人气动冲击头性能测试系统 88
习题与思考题 91
5机电一体化中的伺服传动技术 92
5.1概述 92
5.1.1伺服系统的结构组成及分类 92
5.1.2伺服电动机 93
5.1.3电力电子技术简介 95
5.2直流伺服系统及应用 98
5.2.1直流伺服系统结构和原理 98
5.2.2直流伺服系统的稳态误差分析 107
5.2.3直流伺服系统的动态校正 108
5.3交流伺服系统及应用 112
5.3.1异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性 112
5.3.2异步电动机变频调速系统 113
5.4步进电动机的驱动和控制 116
5.4.1步进电动机 116
5.4.2环形分配器 117
5.4.3功率驱动器 119
5.4.4提高系统精度的措施 120
5.5电液伺服系统 121
5.5.1电液位置伺服控制系统 121
5.5.2电液速度伺服控制系统 124
5.5.3电液力控制系统 125
习题与思考题 126
6机电一体化中的计算机技术 127
6.1工业控制机 127
6.1.1工业控制机的组成 127
6.1.2工业控制机的分类 128
6.1.3工业标准总线 132
6.2单片机在机电一体化产品中的应用 136
6.2.1 MCS-51单片机组成控制系统 136
6.2.2单片机控制系统信息输入通道设计 137
6.2.3单片机控制系统功率驱动接口设计 139
6.2.4单片机控制系统人机界面设计 142
6.2.5单片机应用系统设计 144
6.2.6单片机应用系统实例 145
6.3可编程逻辑控制器（PLC）及其应用 152
6.3.1 PLC的结构 152
6.3.2 PLC的工作原理 155
6.3.3 PLC控制系统的设计方法和步骤 155
6.3.4 PLC应用实例 156
6.4计算机接口技术 161
6.4.1并行输入／输出接口 162
6.4.2数／模（D/A）转换接口 166
6.4.3模／数（A/D）转换接口 168
习题与思考题 170
7机电一体化系统控制方法 172
7.1机电一体化系统的数学模型 172
7.1.1数学模型的类型 172
7.1.2建立数学模型的步骤和方法 172
7.1.3被控对象模型的辨识 173
7.2 PID控制 181
7.2.1常规的PID控制 181
7.2.2数字PID的改进算法 184
7.2.3数字PID参数整定 190
7.3常见复杂控制 192
7.3.1串级控制应用实例 193
7.3.2比值控制应用实例 196
7.3.3前馈控制系统应用实例 200
7.3.4自适应控制应用实例 202
7.4模糊控制 205
7.4.1模糊控制系统的组成及基本原理 205
7.4.2模糊控制器的设计及应用 209
7.5神经网络控制 210
7.5.1神经细胞的基本结构 210
7.5.2神经元的基本结构 211
7.5.3神经网络模型 212
7.5.4神经网络的学习 212
7.5.5误差反向传播网络及其学习 213
7.5.6神经网络的特点和局限性 214
习题与思考题 215
8典型机电一体化系统设计分析与综合 216
8.1工业机器人 216
8.1.1工业机器人的定义与发展 216
8.1.2工业机器人的构成 217
8.1.3典型的工业机器人——喷漆机器人 218
8.2工艺装备——升降器智能检测装置 222
8.2.1升降器智能检测装置设计要求 222
8.2.2机械本体设计与原理 223
8.2.3控制系统设计与原理 226
8.3家用电器——洗衣机 228
8.3.1全自动洗衣机单片机控制系统结构 229
8.3.2模糊全自动洗衣机的控制软件 230
8.3.3洗衣机物理量检测 232
8.4特种机器人——地下穿孔机器人 234
8.4.1地下穿孔机器人的总体构成及作业流程 234
8.4.2地下穿孔机器人运动学分析 237
8.4.3地下穿孔机器人本体设计 240
8.4.4地下穿孔机器人气压传动系统 244
8.4.5地下穿孔机器人控制系统 244
8.5数控机床 252
8.5.1 CNC机床分类 253
8.5.2 CNC加工中心（MC） 254
8.6机电一体化系统设计与综合 258
8.6.1执行机构与驱动元件 258
8.6.2驱动方式与传感器 261
8.6.3控制方式与计算机 263
8.6.4系统与工作环境 266
习题与思考题 267
参考文献 269