第1章 绪论 1
1.1机电一体化基本概念 1
1.2机电一体化系统构成 1
1.2.1机械本体 1
1.2.2动力能源单元 2
1.2.3传感与检测单元 2
1.2.4执行与驱动单元 3
1.2.5控制与信息处理单元 3
1.2.6接口 3
1.3机电一体化关键技术 4
1.3.1机械技术 4
1.3.2计算机信息处理技术 4
1.3.3传感检测技术 4
1.3.4自动控制技术 5
1.3.5伺服驱动技术 5
1.3.6系统总体技术 5
1.4机电一体化典型产品 5
1.4.1数控机床 5
1.4.2工业机器人 7
1.4.3新型MEMS系统 8
1.5机电一体化发展趋势 10
1.5.1机电一体化技术发展趋势 10
1.5.2机电一体化产品发展趋势 11
习题与思考题 13
第2章 机械机构与系统 14
2.1概述 14
2.1.1机电一体化对机械系统的要求 14
2.1.2机械系统的构成 15
2.2机械传动机构 15
2.2.1齿轮传动机构及其设计 16
2.2.2丝杠螺母机构及其选用 22
2.2.3动力参数的匹配计算 29
2.3导向与支承机构 32
2.3.1导轨副概述 32
2.3.2移动型支承导向部件 37
2.4机械执行机构 44
2.4.1数控机床回转刀架 45
2.4.2工业机器人末端执行器 45
2.5机械系统的精度 49
2.5.1误差和精度概念 49
2.5.2机械产品精度名称的含义 49
2.5.3随机误差和系统误差的评定 50
2.5.4数控机床的精度分析 51
习题与思考题 53
第3章 执行元件与驱动系统 55
3.1概述 55
3.1.1执行元件的分类及特点 55
3.1.2机电一体化系统对执行元件的要求 57
3.2步进电机的驱动控制 57
3.2.1步进电机的工作原理 58
3.2.2步进电机的特点及性能指标 59
3.2.3步进电机的驱动与控制 63
3.2.4步进电机的选用方法 66
3.3直流伺服电机的驱动控制 67
3.3.1直流伺服电机的原理及特点 67
3.3.2直流伺服电机的分类 68
3.3.3直流伺服电机的驱动与控制 70
3.3.4直流电动机的选用方法 73
3.4交流伺服电机的驱动控制 75
3.4.1交流伺服电动机的种类和结构特点 75
3.4.2交流伺服电动机的控制方法 76
3.4.3交流伺服电动机的选用方法 80
3.5控制用电动机性能比较 84
习题与思考题 87
第4章 计算机与控制系统 88
4.1概述 88
4.1.1机电一体化系统的控制对象 88
4.1.2计算机控制系统的组成及原理 89
4.1.3控制计算机的特点与分类 90
4.2总线型工控机 92
4.2.1总线型工控机概述 92
4.2.2 STD总线 94
4.2.3 PC总线 97
4.3单片微型计算机 99
4.3.1单片机的特点 100
4.3.2单片机的类型 100
4.3.3 MCS -51系列单片机 102
4.4可编程控制器 103
4.4.1可编程控制器概述 104
4.4.2可编程控制器的组成 106
4.4.3可编程控制器的选用 109
4.5计算机接口技术 114
4.5.1数字量输入输出接口与过程通道 115
4.5.2模拟量输入输出接口与过程通道 119
习题与思考题 127
第5章 传感器与检测系统 128
5.1概述 128
5.1.1传感器的组成 128
5.1.2传感器的分类 129
5.1.3传感器的静态和动态特性 130
5.2常用机械量传感器 132
5.2.1位置传感器 132
5.2.2位移传感器 134
5.2.3速度传感器 143
5.2.4加速度传感器 144
5.3常用传感器的性能指标 146
5.4传感器与计算机的接口 148
5.4.1传感器的测量电路 148
5.4.2传感器与计算机的接口 149
习题与思考题 151
第6章 低压电器与动力源 152
6.1低压电器的选择 152
6.1.1按钮、刀开关等元件的选择 152
6.1.2熔断器的计算与选择 153
6.1.3交流接触器的选择 154
6.1.4继电器的选择 155
6.2开关电源及电源柜 158
6.2.1开关电源简介 159
6.2.2电源柜简介 161
习题与思考题 162
第7章 机电系统动态特性分析 163
7.1概述 163
7.1.1自动控制理论简介 163
7.1.2拉普拉斯变换与传递函数 164
7.2机电部件的动态特性 165
7.2.1机械部件的动态特性 165
7.2.2传感器的动态特性 167
7.2.3执行元件的动态特性 169
7.3 PID调节方法 171
7.3.1 PID调节器及其传递函数 172
7.3.2调节作用分析 173
7.4闭环伺服系统的设计与性能分析 175
7.4.1系统方案设计 176
7.4.2系统性能分析 177
7.4.3系统参数设计 185
习题与思考题 188
第8章 机电一体化技术应用实例 189
8.1工作台自动往返的PLC控制系统 189
8.1.1工作台自动往返PLC控制系统的工作描述 189
8.1.2任务要求 189
8.1.3 PLC控制系统的设计 190
8.2普通车床的机电一体化系统改造 191
8.2.1机械传动系统的改造 192
8.2.2进给系统的设计计算 192
8.2.3经济型数控系统的设计 196
8.3运动目标模拟器和干扰器的设计 204
8.3.1设计任务 204
8.3.2方案设计 205
8.3.3系统控制结构设计 210
8.3.4负载情况分析及系统的整体建模 211
8.3.5控制算法 212
习题与思考题 218
主要参考文献 219