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第1章 概论1

本章导读1

1.1机电一体化的基本概念1

1.1.1机电一体化系统的功能构成及定义1

1.1.2机电一体化系统的结构要素3

1.1.3机电一体化产品的分类7

1.2机电一体化关键技术8

1.2.1机械设计技术8

1.2.2计算机与信息处理技术8

1.2.3自动控制技术9

1.2.4传感与检测技术9

1.2.5执行与驱动技术9

1.2.6机电一体化总体设计技术10

1.3机电一体化的发展概况10

1.3.1机械技术发展的总趋势11

1.3.2国内外机电一体化发展状况11

1.3.3机电一体化技术的发展趋势12

本章小结13

思考练习14

第2章 机械系统设计技术15

本章导读15

2.1机械设计概述15

2.1.1机电一体化对机械系统的要求16

2.1.2机械系统的组成16

2.1.3机械参数对系统性能的影响17

2.2传动机构的设计18

2.2.1机械传动装置19

2.2.2传动方式的选择27

2.3支撑导向部件的设计29

2.3.1导向支撑部件29

2.3.2轴系支撑部件34

2.3.3旋转支撑部件43

2.3.4机架与机座46

2.4执行机构的设计48

2.4.1微动机构48

2.4.2定位机构50

2.5部件应用实例51

2.5.1齿轮变速机构电动机的选择51

2.5.2数控机床回转刀架52

2.5.3工业机器人末端执行器54

本章小结57

思考练习57

第3章 机电一体化检测与传感技术58

本章导读58

3.1概述58

3.1.1检测系统的组成58

3.1.2信号的传输与处理59

3.2传感器的组成和分类59

3.2.1传感器的组成59

3.2.2传感器的分类60

3.2.3传感器的性能指标及选用原则62

3.3常见传感器及其工作原理64

3.3.1光电编码器64

3.3.2光栅尺68

3.3.3电阻应变计70

3.3.4温度传感器73

3.3.5霍尔效应线位移传感器77

3.3.6超声波传感器78

3.3.7智能传感器78

3.4检测信号的采集与处理80

3.4.1传感信号的采样／保持81

3.4.2模拟信号的采集与处理81

3.4.3数字信号处理83

3.4.4信号调制与解调86

3.5传感器的应用92

3.5.1传感器信号的计算机检测技术93

3.5.2车载信息系统99

本章小结101

思考练习102

第4章 接口设计概述103

本章导读103

4.1接口设计概述103

4.1.1接口的基本概念103

4.1.2接口设计的任务及主要类型104

4.1.3接口设计的基本原则及要求105

4.2常用系统总线106

4.3人机接口设计107

4.3.1输入接口107

4.3.2输出接口110

4.4机电接口设计112

4.4.1输入接口113

4.4.2输出接口113

本章小结114

思考练习115

第5章 机电一体化控制系统设计技术116

本章导读116

5.1控制系统概述116

5.1.1控制系统的组成及其特点117

5.1.2控制系统的分类118

5.1.3控制系统的设计步骤119

5.2控制系统数学模型120

5.2.1输入／输出模型120

5.2.2状态模型122

5.2.3传递函数124

5.2.4方框图127

5.3系统的控制策略130

5.3.1传统控制策略130

5.3.2现代控制策略131

5.3.3智能控制策略134

5.3.4控制策略的相互渗透和结合137

5.4计算机控制技术系统设计139

5.4.1计算机控制技术的组成及特点139

5.4.2计算机控制系统的基本功能139

5.4.3计算机控制系统的基本组成140

5.4.4计算机控制装置及微机的选择141

5.4.5提高计算机控制装置的可靠性143

5.5数字控制器的设计145

5.5.1 PID数字控制器145

5.5.2 Smith数字控制器150

5.5.3最少拍无差系统的设计151

本章小结154

思考练习154

第6章 机电液一体化系统的执行与伺服驱动技术156

本章导读156

6.1概述156

6.1.1伺服系统简要介绍157

6.1.2执行元件的特点及类型159

6.1.3机电控制系统对执行元件的要求160

6.2液压执行元件的特性与选择方法161

6.2.1液压泵161

6.2.2液压缸164

6.2.3液压电动机166

6.2.4液压执行元件的选择方法167

6.3伺服系统中的驱动元件170

6.3.1驱动元件的分类和特点170

6.3.2步进电动机的工作原理及驱动方法171

6.3.3直流伺服电动机的工作原理及驱动方法178

6.3.4交流伺服电动机的工作原理及驱动方法184

6.3.5机电一体化系统常用控制用电动机性能比较190

本章小结192

思考练习192

第7章 多机网络与通信技术193

本章导读193

7.1概述193

7.1.1基本概念和功能193

7.1.2分类194

7.1.3性能参数195

7.2多机系统总线196

7.2.1单总线197

7.2.2 I2C总线200

7.2.3 ULAN总线204

7.2.4位总线208

7.2.5 CAN总线214

7.2.6以太网体系结构与网络协议214

7.3工业控制网219

7.3.1工业控制网概述219

7.3.2工业控制网的网络协议分层结构221

7.3.3工业控制网设计的一般内容223

本章小结223

思考练习223

第8章 机电一体化系统总体设计225

本章导读225

8.1机电一体化总体设计思想225

8.1.1总体设计的概念与过程描述226

8.1.2总体设计的原则与方法228

8.1.3总体设计中的关键因素230

8.2特性、性能指标分析及功能和性能指标分配232

8.2.1机电一体化系统的特性指标分析233

8.2.2机电一体化系统的功能与性能指标分配235

8.2.3机电一体化系统的性能评价238

8.3机电一体化设计方法239

8.3.1机电一体化系统的设计与优化方法240

8.3.2机电一体化系统设计过程245

8.3.3机电一体化系统的可靠性设计方法251

本章小结254

思考练习255

第9章 机电一体化系统应用实例分析256

本章导读256

9.1模糊控制洗衣机设计256

9.1.1模糊控制洗衣机控制系统硬件设计256

9.1.2模糊控制洗衣机的物理量检测方法258

9.1.3模糊控制洗衣机的模糊推理261

9.2变频式空调器设计思路与开发过程263

9.2.1变频式空调控制器的结构和主要功能263

9.2.2主电路方案设计270

9.2.3控制电路方案设计270

9.3基于GPS的交通管理系统273

9.3.1 GPS系统组成273

9.3.2 GPS在空中交通管理系统（ATC）中的应用275

9.4工程机械远程监控系统设计280

9.4.1系统的总体设计280

9.4.2硬件设计283

9.4.3软性系统设计286

本章小结287

思考练习287

参考文献289