機電一體化控制技術與系統(tǒng)

第1章緒論
1.1機電一體化系統(tǒng)概述001
1.1.1機電一體化系統(tǒng)定義001
1.1.2機電一體化與智能制造的關系002
1.2典型的機電一體化系統(tǒng)004
1.2.1機械手關節(jié)伺服系統(tǒng)004
1.2.2數(shù)控機床004
1.2.3機器人005
1.2.4自動導引車006
1.2.5順序控制系統(tǒng)006
1.2.6柔性制造系統(tǒng)007
1.2.7計算機集成制造系統(tǒng)008
1.3機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素009
1.4機電一體化系統(tǒng)涉及的科學技術010
1.5機電一體化系統(tǒng)設計常用方法和設計類型011
1.5.1機電一體化系統(tǒng)設計常用方法011
1.5.2機電一體化系統(tǒng)設計類型012
1.6機電一體化設計系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)過程012
1.6.1市場調(diào)研012
1.6.2技術可行性分析014
1.6.3概念設計015
1.6.4詳細設計015
1.6.5樣機試制與試驗018
1.6.6小批量生產(chǎn)018
1.6.7大批量生產(chǎn)018
1.7機電一體化的現(xiàn)代設計方法018
1.7.1計算機輔助設計與并行工程018
1.7.2虛擬產(chǎn)品設計019
1.7.3快速響應設計019
1.7.4綠色設計019
1.7.5反求設計020
1.7.6基于數(shù)字孿生的復雜產(chǎn)品設計020
1.8機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展方向021
1.8.1智能化021
1.8.2模塊化和系統(tǒng)化022
1.8.3網(wǎng)絡化022
1.8.4微型化022
1.8.5綠色化023
1.8.6人性化023
1.8.7柔性化023
1.9計算機控制系統(tǒng)的組成與特點023
1.9.1計算機控制系統(tǒng)的一般概念024
1.9.2計算機控制系統(tǒng)的組成024
1.9.3計算機控制系統(tǒng)的特點024
1.10計算機控制系統(tǒng)的典型形式026
1.10.1操作指導控制系統(tǒng)026
1.10.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)026
1.10.3監(jiān)督控制系統(tǒng)026
1.10.4集散控制系統(tǒng)027
1.10.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)027
1.10.6綜合自動化系統(tǒng)028
1.11計算機控制系統(tǒng)的其他分類方式029
1.12計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢029
1.13我國在機電裝備技術領域的發(fā)展與突破030
思考題032

第2章自動機械系統(tǒng)部件及機電模型
2.1機電一體化系統(tǒng)中對機械系統(tǒng)的設計要求034
2.2絲杠副034
2.2.1絲杠副的工作原理034
2.2.2滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)與特點035
2.2.3滾珠絲杠機構(gòu)的類型036
2.2.4滾珠絲杠的主要參數(shù)038
2.2.5滾珠絲杠機構(gòu)的典型安裝方式041
2.2.6滾珠絲杠副的間隙調(diào)整044
2.2.7滾珠絲杠螺母副的剛度計算045
2.2.8滾珠絲杠的選型與使用045
2.2.9滾珠絲杠的選型計算046
2.2.10滑動絲杠副046
2.3同步齒形帶046
2.3.1同步齒形帶的特點046
2.3.2同步帶的結(jié)構(gòu)與規(guī)格047
2.3.3同步帶輪048
2.3.4同步帶傳動的選型計算048
2.4齒輪傳動副048
2.5諧波減速器052
2.5.1諧波減速器的基本結(jié)構(gòu)052
2.5.2諧波減速器的工作原理052
2.5.3諧波減速器傳動比分析053
2.5.4諧波減速器的主要特點053
2.6RV減速器054
2.6.1RV減速器的結(jié)構(gòu)054
2.6.2RV減速器的工作原理055
2.6.3RV減速器傳動比分析055
2.6.4RV減速器的主要特點056
2.7滑動導軌056
2.8滾動導軌057
2.8.1滾動導軌的結(jié)構(gòu)和特點057
2.8.2滾動導軌的布置與安裝058
2.8.3滾動導軌的選型計算步驟058
2.9滾動導套副059
2.10自動化流水線常用機構(gòu)060
2.10.1自動化流水線的結(jié)構(gòu)組成060
2.10.2倍速鏈輸送線061
2.10.3振盤送料裝置064
2.11機械傳動系統(tǒng)建模與仿真067
2.11.1齒輪傳動機構(gòu)的模型067
2.11.2絲杠螺母機構(gòu)的模型068
2.11.3傳動機構(gòu)仿真分析072
2.11.4機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響074
思考題與習題077
思考題077
習題077

第3章電機與驅(qū)動技術
3.1交流異步電動機驅(qū)動控制078
3.1.1工作原理078
3.1.2接觸器、PLC控制080
3.1.3變頻調(diào)速控制081
3.1.4直線電機控制092
3.2直流電動機驅(qū)動控制096
3.2.1工作原理096
3.2.2PLC-接觸器控制096
3.2.3PWM調(diào)速控制097
3.3步進電動機驅(qū)動控制及轉(zhuǎn)速檢測099
3.3.1工作原理099
3.3.2步進電機控制107
3.3.3回轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速檢測108
3.4伺服電動機驅(qū)動控制109
3.4.1直流伺服電機工作原理109
3.4.2交流伺服電動機工作原理113
3.4.3交流伺服電動機控制116
思考題與習題121
思考題121
習題121

第4章運動控制系統(tǒng)中的傳感器與檢測技術
4.1傳感器的特性參數(shù)122
4.1.1靜態(tài)特性122
4.1.2動態(tài)特性124
4.2光電編碼器124
4.2.1增量式光電編碼器125
4.2.2絕對式光電編碼器126
4.2.3光電編碼器的選用128
4.3旋轉(zhuǎn)變壓器128
4.3.1旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理128
4.3.2鑒相工作方式129
4.3.3鑒幅工作方式130
4.4測速發(fā)電機130
4.4.1直流測速發(fā)電機130
4.4.2交流測速發(fā)電機131
4.5距離傳感器132
4.5.1光柵的概念、結(jié)構(gòu)與分類132
4.5.2直線光柵尺的測量原理132
4.5.3磁柵尺134
4.5.4測距傳感器135
4.6行程開關（限位開關）和接近開關137
4.6.1行程開關（限位開關）137
4.6.2接近開關139
4.7霍爾傳感器145
4.7.1霍爾效應145
4.7.2霍爾傳感器功能146
4.7.3霍爾傳感器的一些典型應用147
4.8MEMS傳感器148
4.8.1MEMS壓力傳感器148
4.8.2MEMS加速度傳感器149
4.8.3加速度傳感器選擇原則150
4.9智能傳感器150
4.10傳感器輸出信號的處理方法152
4.10.1信號變換中的阻抗匹配152
4.10.2采樣-保持電路154
4.10.3濾波器155
4.10.4抗干擾技術159
4.11傳感器測量方式的選擇161
4.11.1直接測量161
4.11.2間接測量161
思考題與習題163
思考題163
習題163

第5章接口技術及應用
5.1開關量輸入/輸出接口技術164
5.1.1三菱PLC基本單元及I/O擴展164
5.1.2輸入接口166
5.1.3輸出接口167
5.2模擬量/數(shù)字量接口技術171
5.2.1A/D轉(zhuǎn)換及應用171
5.2.2D/A轉(zhuǎn)換及應用175
5.2.3電壓與頻率的轉(zhuǎn)換179
5.3通信接口技術180
5.3.1RS-232C通信180
5.3.2RS-485通信186
5.3.3CC-Link現(xiàn)場總線194
5.4人機交互接口技術198
5.4.1鍵盤接口及編程198
5.4.2人機界面組態(tài)200
思考題與習題205
思考題205
習題205

第6章工業(yè)控制計算機系統(tǒng)
6.1工控機的結(jié)構(gòu)組成207
6.1.1工控機機箱207
6.1.2無源底板208
6.1.3CPU卡的基本功能與分類208
6.2基于PC的工控機系統(tǒng)209
6.2.1基于PC的工控機集中式控制系統(tǒng)的特點210
6.2.2基于PC的工控機分布式控制系統(tǒng)210
6.2.3數(shù)據(jù)采集卡211
6.3運動控制及運動控制卡217
6.3.1運動控制217
6.3.2運動控制卡217
6.4工控機的選配219
6.5集中式控制系統(tǒng)的軟件219
思考題222

第7章數(shù)字控制器的模擬化設計
7.1數(shù)字控制器的模擬化設計步驟223
7.1.1Z變換的定義224
7.1.2常用信號的Z變換224
7.1.3脈沖傳遞函數(shù)的定義224
7.1.4具體設計步驟225
7.2PID控制規(guī)律228
7.2.1比例控制229
7.2.2積分控制229
7.2.3微分控制230
7.2.4比例積分控制230
7.2.5比例積分微分控制231
7.3常規(guī)數(shù)字PID控制器234
7.3.1位置式PID控制234
7.3.2增量式PID控制235
7.4數(shù)字PID控制算法的改進237
7.4.1積分分離PID控制算法238
7.4.2抗積分飽和PID控制算法239
7.4.3不完全微分PID控制算法239
7.4.4微分先行PID控制算法242
7.4.5帶死區(qū)的PID控制算法242
7.5數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定243
7.5.1PID控制參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響243
7.5.2采樣周期的選擇原則244
7.5.3按簡易工程法整定PID參數(shù)244
7.6數(shù)字PID控制系統(tǒng)設計舉例247
習題250

第8章典型機電一體化系統(tǒng)設計案例
8.1步進電機直線移動機構(gòu)系統(tǒng)設計251
8.1.1步進電機直線移動機構(gòu)系統(tǒng)設計任務要求251
8.1.2機械傳動部件的計算與選型252
8.1.3控制系統(tǒng)原理及設計258
8.2大中型龍門刨床直流傳動系統(tǒng)設計259
8.2.1大中型龍門刨床直流傳動系統(tǒng)設計技術指標259
8.2.2直流調(diào)速控制系統(tǒng)總體設計260
8.2.3相關數(shù)學模型260
8.2.4直流電機參數(shù)和系統(tǒng)建模262
8.2.5基本參數(shù)的計算263
8.2.6電流調(diào)節(jié)器的設計264
8.2.7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計265
8.2.8系統(tǒng)幅相頻率特性及穩(wěn)定性268
8.3立體倉庫設計269
8.3.1立體倉庫設計任務要求269
8.3.2機械系統(tǒng)270
8.3.3控制系統(tǒng)硬件270
8.3.4電子元器件清單275
8.3.5PLC程序275
8.3.6基于VB6.0控制軟件283
8.4低頻力學譜儀設計289
8.4.1低頻力學譜儀設計任務要求289
8.4.2低頻力學譜儀結(jié)構(gòu)設計290
8.4.3低頻力學譜儀電路設計及模塊功能介紹290
8.4.4基于LABVIEW和MATLAB的上位機軟件設計292
8.4.5數(shù)據(jù)采集濾波方法選擇299
8.4.6測試結(jié)果301

附錄

參考文獻