机电一体化系统设计及实践

第1章机电一体化系统设计概述

1.1机电一体化基本概念

1.1.1什么是机电一体化

1.1.2机电一体化的支撑学科

1.1.3机电一体化产品的特点

1.2机电一体化的基本组成要素

1.2.1机电一体化系统的构成

1.2.2机电一体化系统的功能构成

1.2.3机电一体化系统的分类

1.3机电一体化的共性关键技术

1.4机电一体化系统的评价

1.5机电一体化系统的发展趋势

1.5.1机械技术发展的总趋势

1.5.2机电一体化技术的发展方向

1.6本书内容和学习方法

习题与思考题

第2章机电一体化系统的总体设计

2.1机电一体化系统的设计思想

2.1.1机电一体化系统总体设计内容

2.1.2机电一体化系统（或产品）的设计类型

2.1.3机电一体化系统（或产品）设计时应注意的问题

2.2机电一体化系统的设计方法

2.2.1机电互补法

2.2.2结合法

2.2.3组合法

2.3总体布局与环境设计

2.3.1人机系统设计

2.3.2艺术造型设计

2.3.3总体布局设计

2.4总体方案设计的一般步骤

2.4.1详尽搜集用户对所设计产品的需求

2.4.2设计对象工作原理的设计

2.4.3主要结构方案的选择

2.4.4摩擦形式的选择

2.4.5系统简图的绘制

2.4.6总体精度分配

2.4.7总体设计报告

习题与思考题

第3章机械系统设计

3.1概述

3.2常用传动机构的设计与选用

3.2.1同步带传动机构设计

3.2.2精密齿轮传动机构设计

3.2.3谐波齿轮传动

3.2.4滚珠螺旋传动

3.3导向支承机构设计

3.3.1导轨

3.3.2轴系支承机构

3.4执行机构设计

3.5机械设计实例

习题与思考题

第4章伺服系统设计

4.1伺服系统概述

4.1.1伺服系统基本概念

4.1.2伺服系统的基本类型

4.1.3伺服系统构成

4.1.4伺服系统的基本要求

4.1.5伺服系统设计方法

4.2伺服系统中的执行元件

4.2.1执行元件的种类及特点

4.2.2机电控制系统对执行元件的基本要求

4.2.3常用的控制电机

4.3执行元件的控制与驱动

4.3.1步进电机控制与驱动

4.3.2直流伺服控制与驱动

4.3.3交流伺服控制与驱动

4.4开环控制的伺服系统设计

4.5闭环控制的伺服系统设计

4.5.1闭环伺服系统的构成

4.5.2闭环伺服系统设计

4.6开环控制伺服系统设计实例（步进电机驱动系统）

习题与思考题

第5章控制系统设计及接口技术

5.1概述

5.1.1控制系统概述

5.1.2接口概述

5.2微型机控制技术基础

5.2.1微型机控制系统的组成及特点

5.2.2微机控制系统的基本功能

5.2.3微机控制系统的组成模式

5.2.4微机控制系统的基本组成

5.2.5工控机

5.2.6z变换

5.2.7z反变换

5.2.8传递函数

5.3微型机控制系统的设计步骤

5.3.1确定运动规律

5.3.2运动循环图的设计及修订

5.3.3确定系统整体控制方案

5.3.4控制算法的选用

5.3.5选择微型计算机

5.4数字控制装置设计

5.4.1数字控制器的连续设计法

5.4.2数字控制器D（z）在计算机系统中的实现方法

5.4.3PID数字控制器的设计

5.5人机接口设计

5.5.1人机接口类型及特点

5.5.2输入接口设计

5.6机电接口设计

5.6.1信息采集接口

5.6.2模拟量输出接口

5.6.3开关型功率接口

5.7控制系统设计实例

5.7.1自动化立体仓库概述

5.7.2巷道堆垛机控制系统

5.7.3DeviceNet网络结构及其网络配置

习题与思考题

第6章检测系统设计

6.1概述

6.1.1检测系统的功能、分类及组成

6.1.2机电一体化对检测系统的基本要求

6.1.3检测系统的设计

6.2模拟式传感器信号的检测

6.2.1模拟信号检测系统的组成

6.2.2基本转换电路

6.2.3信号放大电路

6.2.4滤波器

6.2.5运算电路

6.3数字式传感器信号的检测

6.3.1数字信号检测系统的组成

6.3.2多路采集细分与辨向

6.3.3电阻链移相细分与辨向

6.3.4锁相倍频细分与辨向

6.3.5脉冲填充细分与辨向

6.4检测信号的采集和预处理

6.4.1模拟量的转换输入方式

6.4.2模拟多路开关

6.4.3信号采样与保持

6.4.4数字信号的预处理

6.5传感器的非线性补偿

6.6零位误差和增益误差补偿

习题与思考题

第7章设计实例

7.1工业机器人设计

7.1.1总体设计

7.1.2详细设计

7.1.3机器人语言简介

7.1.4示教、编程与再现实例

7.2数控X-Y工作台微机控制系统设计

7.3数控系统硬件电路设计

7.4系统控制软件设计

习题与思考题

参考文献

　　机电一体化是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成并发展起来的一门新兴的综合性技术学科。目前机电一体化技术正日益得到普遍重视和广泛应用，已成为现代技术和经济发展中不可缺少的一种高新技术。本书在介绍机电一体化的基本概念、组成及共性关键技术的基础上，重点讲述了机电一体化系统的总体设计及机械系统、伺服系统、控制系统及接口技术和检测系统的设计原理和设计方法。　　本书在介绍机电一体化的基本概念、组成及共性关键技术的基础上，重点讲述了机电一体化系统的总体设计及机械系统、伺服系统、控制系统及接口技术和检测系统的设计原理和设计方法。本书的突出特点是理论联系实际，注重应用和技能的培训，书中列举有大量的实例，并在第7章给出了两个较为完整的设计实例。本书兼顾了课堂教学及自学的特点和需求，每章的后面都附有习题和思考题，这有助于读者加深对书中内容的理解及检验学习的效果。　　本书可作为高等院校机械电子工程、机电一体化、数控等专业教材，也可供成人教育、社会培训用作教材。书中的第7章可作为相关专业学生进行课程设计、毕业设计参考。