第1章 总论 1
1.1 概述 1
1.1.1 机电一体化定义 1
1.1.2 机电一体化技术的主要特征 1
1.2 机电控制系统的基本功能和构成 2
1.2.1 控制系统的基本功能 2
1.2.2 控制系统的基本构成 3
1.3 机电一体化系统中微机控制系统的设计步骤 5
1.3.1 确定运动规律 5
1.3.2 运动循环图的设计及修订 6
1.3.3 确定系统整体控制方案 6
1.3.4 控制算法的选用 6
1.3.5 选择微型计算机 7
1.3.6 硬件设计 7
1.3.7 软件设计 8
2.1.1 控制系统的方式和组成 9
2.1 概述 9
第2章 机电系统控制基础 9
2.1.2 控制系统的基本指标 10
2.2 控制系统的数学模型 11
2.2.1 控制系统的微分方程 11
2.2.2 控制系统的传递函数 13
2.2.3 系统动态结构图 16
2.2.4 自动控制系统传递函数推导举例 18
2.3.1 典型输入信号及其响应 21
2.3 控制系统的时域分析 21
2.3.2 一阶系统的时域响应 22
2.3.3 二阶系统的时域响应 24
2.3.4 线性系统的稳定性分析 29
2.3.5 线性系统的稳态误差分析 30
2.4 控制系统的频域分析 31
2.4.1 频率特性的基本概念 32
2.4.2 频率特性的表示方法 32
2.4.3 频率特性的图示法 33
2.4.4 系统性能的分析 35
2.5 控制系统的校正 38
2.5.1 控制系统校正装置的结构 38
2.5.2 常用的无源串联校正装置及其特性 39
2.5.3 相位超前与相位滞后校正的比较 42
第3章 机电控制系统机械系统部件的选择与设计 43
3.1 概述 43
3.1.1 机电控制系统对机械系统部件的基本要求 43
3.1.2 机电控制系统机械系统部件的组成 43
3.2 机械传动系统的选择与设计 44
3.2.1 齿轮传动 44
3.2.2 谐波齿轮传动 50
3.2.3 滚珠螺旋传动 53
3.2.4 滚珠花键传动 62
3.3 导向及支承机构的选择与设计 65
3.3.1 导向支承机构的选择与设计 65
3.3.2 轴系支承部件的选择与设计 71
3.4.1 执行机构概述 75
3.4 执行机构的选择与设计 75
3.4.2 连杆机构 76
3.4.3 微动机构 76
3.4.4 工业机器人末端执行器 78
第4章 机电控制系统电路设计 81
4.1 概述 81
4.2 模拟信号调理电路 82
4.2.1 滤波和限幅电路 82
4.2.2 运算放大电路 84
4.2.3 隔离技术 90
4.3 单片机外围接口电路 91
4.3.1 并行总线接口 92
4.3.2 SPI总线接口 92
4.3.3 SMBUS（I2C）总线接口 98
4.4 通信接口电路的设计 102
4.4.1 RS-232协议接口设计 102
4.4.2 RS-485/RS-422协议接口设计 102
4.5.1 开关量信号输入电路及开关量处理方法 105
4.5 开关量输入输出电路 105
4.5.2 开关量输出电路 108
4.6 人机接口设计 110
4.6.1 键盘接口驱动程序设计 110
4.6.2 显示接口电路及驱动程序设计 112
第5章 检测系统设计 115
5.1 模拟信号的检测 116
5.1.1 基本转换电路 116
5.1.2 振荡器 117
5.1.3 量程切换电路 119
5.1.4 放大器 120
5.1.5 信号的调制与解调 125
5.1.6 滤波器 131
5.1.7 运算电路 135
5.2 数字信号的检测 137
5.2.1 数字信号检测系统的组成 137
5.2.2 信号的细分与辨向 138
5.2.3 脉冲当量变换电路 145
5.3.1 模拟信号的采集方法 146
5.3 检测信号的采集方法 146
5.3.2 采样／保持电路 147
5.4 检测信号的处理方法 150
第6章 电液控制系统设计 151
6.1 概述 151
6.1.1 电液控制系统的组成 151
6.1.2 电液控制系统的分类 152
6.2.1 比例电磁铁 153
6.2 电-机械转换器 153
6.2.2 永磁动铁式力矩马达 155
6.2.3 动圈式力马达和力矩马达 156
6.3 电液比例控制系统 156
6.3.1 概述 156
6.3.2 电液比例阀的性能指标 158
6.3.3 电液比例控制系统的设计 160
6.4.1 电液伺服控制原理 171
6.4 电液伺服控制系统 171
6.4.2 电液伺服阀 173
6.4.3 电液伺服阀的特性及主要的性能指标 176
6.4.4 液压伺服系统的设计 179
第7章 微机控制系统设计 189
7.1 概述 189
7.2 微机控制技术基础 189
7.2.1 微机控制技术的几个基本概念 189
7.2.2 微机控制系统的分类及其功能特点 191
7.2.3 Z变换和Z传递函数 193
7.3 数字控制器设计 194
7.3.1 PID数字控制器设计 195
7.3.2 最少拍随动系统的设计 200
7.3.3 最少拍无波纹随动系统的设计 204
7.3.4 达林数字控制器设计 207
7.4 智能控制器设计 209
7.4.1 模糊控制 209
7.4.2 专家控制 211
7.4.3 神经网络控制 213
7.4.4 遗传算法控制 216
7.5 微机控制装置设计 218
7.5.1 微机控制系统的一般组成 218
7.5.2 微机控制系统的接口技术 219
第8章 系统控制的典型实例 224
8.1 利用蓝牙技术和远程信息控制单元实现汽车诊断 224
8.2 电阻加热装置的计算机恒流控制系统实例 227
8.3 模拟温室环境监控技术的应用 232
8.3.1 模拟温室及分类 232
8.3.2 模拟温室环境监测与调控 233
8.3.3 智能温室环境控制的发展方向 242
8.4 嵌入式系统技术应用 243
8.4.1 Windows CE嵌入式实时操作系统 245
8.4.2 嵌入式运动数据采集系统的开发 248
参考文献 252