机电一体化控制技术与系统电子书

第1章 绪论

1.1 机电一体化系统概述

1.1.1 机电一体化系统定义

1.1.2 机电一体化与智能制造的关系

1.2 典型的机电一体化系统

1.2.1 机械手关节伺服系统

1.2.2 数控机床

1.2.3 机器人

1.2.4 自动导引车

1.2.5 顺序控制系统

1.2.6 柔性制造系统

1.2.7 计算机集成制造系统

1.3 机电一体化系统构成要素

1.4 机电一体化系统涉及的科学技术

1.5 机电一体化系统设计常用方法和设计类型

1.5.1 机电一体化系统设计常用方法

1.5.2 机电一体化系统设计类型

1.6 机电一体化设计系统(产品)开发过程

1.6.1 市场调研

1.6.2 技术可行性分析

1.6.3 概念设计

1.6.4 详细设计

1.6.5 样机试制与试验

1.6.6 小批量生产

1.6.7 大批量生产

1.7 机电一体化的现代设计方法

1.7.1 计算机辅助设计与并行工程

1.7.2 虚拟产品设计

1.7.3 快速响应设计

1.7.4 绿色设计

1.7.5 反求设计

1.7.6 基于数字孪生的复杂产品设计

1.8 机电一体化系统的发展方向

1.8.1 智能化

1.8.2 模块化和系统化

1.8.3 网络化

1.8.4 微型化

1.8.5 绿色化

1.8.6 人性化

1.8.7 柔性化

1.9 计算机控制系统的组成与特点

1.9.1 计算机控制系统的一般概念

1.9.2 计算机控制系统的组成

1.9.3 计算机控制系统的特点

1.10 计算机控制系统的典型形式

1.10.1 操作指导控制系统

1.10.2 直接数字控制系统

1.10.3 监督控制系统

1.10.4 集散控制系统

1.10.5 现场总线控制系统

1.10.6 综合自动化系统

1.11 计算机控制系统的其他分类方式

1.12 计算机控制系统的发展趋势

1.13 我国在机电装备技术领域的发展与突破

思考题

第2章 自动机械系统部件及机电模型

2.1 机电一体化系统中对机械系统的设计要求

2.2 丝杠副

2.2.1 丝杠副的工作原理

2.2.2 滚珠丝杠的结构与特点

2.2.3 滚珠丝杠机构的类型

2.2.4 滚珠丝杠的主要参数

2.2.5 滚珠丝杠机构的典型安装方式

2.2.6 滚珠丝杠副的间隙调整

2.2.7 滚珠丝杠螺母副的刚度计算

2.2.8 滚珠丝杠的选型与使用

2.2.9 滚珠丝杠的选型计算

2.2.10 滑动丝杠副

2.3 同步齿形带

2.3.1 同步齿形带的特点

2.3.2 同步带的结构与规格

2.3.3 同步带轮

2.3.4 同步带传动的选型计算

2.4 齿轮传动副

2.5 谐波减速器

2.5.1 谐波减速器的基本结构

2.5.2 谐波减速器的工作原理

2.5.3 谐波减速器传动比分析

2.5.4 谐波减速器的主要特点

2.6 RV减速器

2.6.1 RV减速器的结构

2.6.2 RV减速器的工作原理

2.6.3 RV减速器传动比分析

2.6.4 RV减速器的主要特点

2.7 滑动导轨

2.8 滚动导轨

2.8.1 滚动导轨的结构和特点

2.8.2 滚动导轨的布置与安装

2.8.3 滚动导轨的选型计算步骤

2.9 滚动导套副

2.10 自动化流水线常用机构

2.10.1 自动化流水线的结构组成

2.10.2 倍速链输送线

2.10.3 振盘送料装置

2.11 机械传动系统建模与仿真

2.11.1 齿轮传动机构的模型

2.11.2 丝杠螺母机构的模型

2.11.3 传动机构仿真分析

2.11.4 机械参数对系统性能的影响

思考题与习题

思考题

习题

第3章 电机与驱动技术

3.1 交流异步电动机驱动控制

3.1.1 工作原理

3.1.2 接触器、PLC控制

3.1.3 变频调速控制

3.1.4 直线电机控制

3.2 直流电动机驱动控制

3.2.1 工作原理

3.2.2 PLC⁃接触器控制

3.2.3 PWM调速控制

3.3 步进电动机驱动控制及转速检测

3.3.1 工作原理

3.3.2 步进电机控制

3.3.3 回转机械转速检测

3.4 伺服电动机驱动控制

3.4.1 直流伺服电机工作原理

3.4.2 交流伺服电动机工作原理

3.4.3 交流伺服电动机控制

思考题与习题

思考题

习题

第4章 运动控制系统中的传感器与检测技术

4.1 传感器的特性参数

4.1.1 静态特性

4.1.2 动态特性

4.2 光电编码器

4.2.1 增量式光电编码器

4.2.2 绝对式光电编码器

4.2.3 光电编码器的选用

4.3 旋转变压器

4.3.1 旋转变压器工作原理

4.3.2 鉴相工作方式

4.3.3 鉴幅工作方式

4.4 测速发电机

4.4.1 直流测速发电机

4.4.2 交流测速发电机

4.5 距离传感器

4.5.1 光栅的概念、结构与分类

4.5.2 直线光栅尺的测量原理

4.5.3 磁栅尺

4.5.4 测距传感器

4.6 行程开关(限位开关)和接近开关

4.6.1 行程开关(限位开关)

4.6.2 接近开关

4.7 霍尔传感器

4.7.1 霍尔效应

4.7.2 霍尔传感器功能

4.7.3 霍尔传感器的一些典型应用

4.8 MEMS传感器

4.8.1 MEMS压力传感器

4.8.2 MEMS加速度传感器

4.8.3 加速度传感器选择原则

4.9 智能传感器

4.10 传感器输出信号的处理方法

4.10.1 信号变换中的阻抗匹配

4.10.2 采样⁃保持电路

4.10.3 滤波器

4.10.4 抗干扰技术

4.11 传感器测量方式的选择

4.11.1 直接测量

4.11.2 间接测量

思考题与习题

思考题

习题

第5章 接口技术及应用

5.1 开关量输入/输出接口技术

5.1.1 三菱PLC基本单元及I/O扩展

5.1.2 输入接口

5.1.3 输出接口

5.2 模拟量/数字量接口技术

5.2.1 A/D转换及应用

5.2.2 D/A转换及应用

5.2.3 电压与频率的转换

5.3 通信接口技术

5.3.1 RS⁃232C通信

5.3.2 RS⁃485通信

5.3.3 CC⁃Link现场总线

5.4 人机交互接口技术

5.4.1 键盘接口及编程

5.4.2 人机界面组态

思考题与习题

思考题

习题

第6章 工业控制计算机系统

6.1 工控机的结构组成

6.1.1 工控机机箱

6.1.2 无源底板

6.1.3 CPU卡的基本功能与分类

6.2 基于PC的工控机系统

6.2.1 基于PC的工控机集中式控制系统的特点

6.2.2 基于PC的工控机分布式控制系统

6.2.3 数据采集卡

6.3 运动控制及运动控制卡

6.3.1 运动控制

6.3.2 运动控制卡

6.4 工控机的选配

6.5 集中式控制系统的软件

思考题

第7章 数字控制器的模拟化设计

7.1 数字控制器的模拟化设计步骤

7.1.1 Z变换的定义

7.1.2 常用信号的Z变换

7.1.3 脉冲传递函数的定义

7.1.4 具体设计步骤

7.2 PID控制规律

7.2.1 比例控制

7.2.2 积分控制

7.2.3 微分控制

7.2.4 比例积分控制

7.2.5 比例积分微分控制

7.3 常规数字PID控制器

7.3.1 位置式PID控制

7.3.2 增量式PID控制

7.4 数字PID控制算法的改进

7.4.1 积分分离PID控制算法

7.4.2 抗积分饱和PID控制算法

7.4.3 不完全微分PID控制算法

7.4.4 微分先行PID控制算法

7.4.5 带死区的PID控制算法

7.5 数字PID控制器的参数整定

7.5.1 PID控制参数对系统性能的影响

7.5.2 采样周期的选择原则

7.5.3 按简易工程法整定PID参数

7.6 数字PID控制系统设计举例

习题

第8章 典型机电一体化系统设计案例

8.1 步进电机直线移动机构系统设计

8.1.1 步进电机直线移动机构系统设计任务要求

8.1.2 机械传动部件的计算与选型

8.1.3 控制系统原理及设计

8.2 大中型龙门刨床直流传动系统设计

8.2.1 大中型龙门刨床直流传动系统设计技术指标

8.2.2 直流调速控制系统总体设计

8.2.3 相关数学模型

8.2.4 直流电机参数和系统建模

8.2.5 基本参数的计算

8.2.6 电流调节器的设计

8.2.7 转速调节器的设计

8.2.8 系统幅相频率特性及稳定性

8.3 立体仓库设计

8.3.1 立体仓库设计任务要求

8.3.2 机械系统

8.3.3 控制系统硬件

8.3.4 电子元器件清单

8.3.5 PLC程序

8.3.6 基于VB6.0控制软件

8.4 低频力学谱仪设计

8.4.1 低频力学谱仪设计任务要求

8.4.2 低频力学谱仪结构设计

8.4.3 低频力学谱仪电路设计及模块功能介绍

8.4.4 基于LABVIEW和MATLAB的上位机软件设计

8.4.5 数据采集滤波方法选择

8.4.6 测试结果

附录

参考文献