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总论1

0.1 概述1

0.1.1　机电一体化的基本概念1

0.1.2　机电一体化的技术体系3

0.1.3　机电一体化系统的组成6

0.2　机电一体化系统设计方法10

0.2.1 机电一体化系统设计的理论基础10

0.2.2　机电一体化系统设计的特点11

0.2.3　机电一体化系统设计技术12

0.2.4　机电一体化系统设计的类型13

0.2.5　机电一体化系统设计的方法13

0.2.6　机电一体化系统的评价决策14

0.3 机电一体化系统开发工程路线20

习题21

第1章　机械系统设计22

1.1 概述22

1.1.1　机械系统的组成22

1.1.2　机械系统的基本要求22

1.2　机械系统的结构设计23

1.2.1　无侧隙齿轮传动机构23

1.2.2　滚珠丝杠传动机构28

1.2.3　其他传动机构38

1.2.4　支承导向机构设计39

1.2.5　执行机构设计42

1.3　机械系统的主要动力参数计算46

1.3.1　机械系统的负载计算46

1.3.2　机械系统特性参数的计算50

1.3.3　机械系统特性参数对机电一体化系统的影响58

1.4　机械系统部件的选择计算62

1.4.1　齿轮传动副的选择计算62

1.4.2　滚珠丝杠传动副的选择计算68

1.4.3　滚动直线导轨副的选择计算72

1.5 机械系统执行电动机的选择计算75

1.5.1　执行电动机选择计算步骤75

1.5.2　执行电动机选择计算实例81

1.6　机械系统动力学特性分析89

1.7 机械系统的设计计算实例92

习题96

第2章　检测系统设计98

2.1 概述98

2.2　机电一体化系统常用传感器99

2.2.1　传感器的组成及基本特性99

2.2.2　机电一体化系统中常用传感器103

2.2.3　传感器的选用125

2.3　信号放大电路127

2.3.1　高输入阻抗放大器127

2.3.2　高共模抑制比放大器129

2.3.3　小信号双线变送器131

2.3.4　隔离放大器132

2.3.5　程控增益放大器134

2.4　信号变换电路135

2.4.1　基本转换电路135

2.4.2　电平检测及转换电路138

2.4.3　模拟信号变换电路140

2.4.4　电压与脉冲量间的变换电路147

2.5　信号调制与解调电路152

2.5.1　信号的调幅及其解调152

2.5.2　信号的调频及其解调157

2.5.3　信号的相位调制及其解调160

2.6　信号的滤波电路162

2.6.1　滤波器的分类和基本参数162

2.6.2　一阶滤波器163

2.6.3　二阶有源滤波器168

2.6.4　二阶有源滤波器的设计174

2.7 数字式传感器信号检测电路176

2.7.1　多路信号的细分与辨向176

2.7.2　电阻链移相细分与辨向177

2.7.3　锁相倍频细分与辨向181

2.7.4　脉冲填充细分与辨向186

习题186

第3章　控制系统设计190

3.1 概述190

3.2　控制系统的数学模型191

3.2.1　机械系统的数学模型192

3.2.2　电子与电气环节的数学模型200

3.2.3　典型位置随动系统的数学模型207

3.3　控制系统的性能分析209

3.3.1　控制系统的稳定性分析209

3.3.2　控制系统的稳态性分析214

3.3.3　控制系统的动态性能分析217

3.4　控制系统的综合与校正218

3.4.1　控制系统的串联校正219

3.4.2　控制系统的并联校正221

3.4.3　控制系统的复合校正225

3.5　数字控制系统分析229

3.5.1　控制信号的采样与复原229

3.5.2　z变换与z反变换234

3.5.3　脉冲传递函数237

3.5.4　数字（采样）控制系统的性能分析240

3.6　数字控制器设计245

3.6.1　PID数字控制器设计245

3.6.2　串级数字控制系统254

3.6.3　前馈—反馈数字控制系统257

3.6.4　数字控制器的直接设计方法259

习题270

第4章 机电一体化计算机接口设计273

4.1 概述273

4.1.1　人机交互通道及接口274

4.1.2　计算机的过程输入／输出通道274

4.1.3　接口设计应考虑的问题274

4.2　人机接口设计276

4.2.1　人机接口的类型及特点276

4.2.2　人机输入接口设计277

4.2.3　人机输出接口设计283

4.3 过程输入通道接口设计297

4.3.1　任务与特点297

4.3.2　模拟输入通道接口设计297

4.3.3　开关（数字）量输入通道接口设计312

4.4　过程输出通道接口设计320

4.4.1　任务与特点320

4.4.2　模拟输出通道接口设计320

4.4.3　开关（数字）量输出通道接口设计332

习题337

第5章　伺服系统设计339

5.1 概述339

5.1.1　伺服系统的基本结构339

5.1.2　伺服系统的基本要求340

5.1.3　伺服系统设计的内容和步骤342

5.2 电力电子技术基础343

5.2.1　新型电力电子器件344

5.2.2　晶闸管可控整流技术349

5.2.3　脉宽调制功率变换技术355

5.3　步进伺服系统设计362

5.3.1 步进电机工作原理及其特性363

5.3.2　步进电机的控制与驱动369

5.3.3　步进伺服系统设计计算382

5.4 直流伺服系统设计388

5.4.1　直流伺服电机工作原理及类型388

5.4.2　直流伺服电机的控制原理390

5.4.3　晶闸管直流伺服电机调速系统394

5.4.4　直流脉宽度调制型（PWM）伺服电机调速系统398

5.4.5　直流位置伺服控制系统402

5.4.6　直流伺服系统参数计算403

5.5 交流伺服系统设计410

5.5.1 交流伺服电机的种类和结构特点411

5.5.2　交流伺服电机的控制与驱动411

习题431

第6章 典型机电一体化系统设计与分析433

6.1 可编程控制（PLC）机电系统433

6.2　数控步进伺服系统435

6.3 电液伺服系统446

6.4 计算机控制的直流可逆调速系统设计455

习题488

附表 电动机技术数据表490

参考文献510