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1绪论1

1.1机电一体化基本概念1

1.1.1机电一体化定义1

1.1.2机电一体化系统的基本结构要素1

1.1.3机电一体化相关技术2

1.1.4机电一体化的技术、经济和社会效益4

1.2机电一体化技术与现代制造业6

1.3机电一体化技术发展趋势6

习题与思考题7

2机电一体化系统的设计与评价8

2.1现代系统设计的特征8

2.2系统设计的评价分析方法9

2.2.1技术经济性分析10

2.2.2可靠性分析10

2.2.3其他系统评价分析13

2.3机电一体化产品设计与工程路线14

2.3.1基本设计和工程路线14

2.3.2市场调查与预测14

2.3.3构思比较与方案评价16

2.3.4详细设计17

2.3.5系统设计中的质量控制17

2.3.6制造工程质量管理18

2.4机电一体化系统主要技术参数与技术指标19

2.5制定机电一体化系统总体方案的一般步骤20

2.6典型机电一体化产品设计开发的工程路线21

2.6.1工业机器人的设计与开发21

2.6.2家用电器的设计与开发23

习题与思考题25

3机电一体化系统中的机械传动与液压气动执行装置26

3.1机械传动系统26

3.1.1机械传动系统的数学模型26

3.1.2机械传动系统的特性29

3.1.3机械传动装置34

3.2液压与气压执行装置43

3.2.1液压执行装置43

3.2.2气动执行装置46

3.3机械传动与液压气动执行装置的应用实例50

3.3.1基于液压驱动的6自由度并联机构50

3.3.2工件输送系统51

习题与思考题52

4传感技术及应用53

4.1传感器技术基础53

4.1.1传感器的组成53

4.1.2传感器的分类54

4.1.3传感器的基本特性56

4.1.4传感器的主要性能指标59

4.1.5传感器的输入、输出特性和对环境的要求59

4.1.6传感器的标定与校准60

4.2常用传感器及应用61

4.2.1电阻式传感器61

4.2.2电容式传感器67

4.2.3电感式传感器70

4.2.4磁电式传感器73

4.2.5压电式传感器76

4.2.6光电式传感器79

4.2.7热电式传感器83

4.2.8其他传感器84

4.3传感器的选用85

4.4基于传感器的计算机检测系统及应用实例86

4.4.1基于传感器的计算机检测系统的基本组成86

4.4.2地下穿孔机器人气动冲击头性能测试系统88

习题与思考题91

5机电一体化中的伺服传动技术92

5.1概述92

5.1.1伺服系统的结构组成及分类92

5.1.2伺服电动机93

5.1.3电力电子技术简介95

5.2直流伺服系统及应用98

5.2.1直流伺服系统结构和原理98

5.2.2直流伺服系统的稳态误差分析107

5.2.3直流伺服系统的动态校正108

5.3交流伺服系统及应用112

5.3.1异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性112

5.3.2异步电动机变频调速系统113

5.4步进电动机的驱动和控制116

5.4.1步进电动机116

5.4.2环形分配器117

5.4.3功率驱动器119

5.4.4提高系统精度的措施120

5.5电液伺服系统121

5.5.1电液位置伺服控制系统121

5.5.2电液速度伺服控制系统124

5.5.3电液力控制系统125

习题与思考题126

6机电一体化中的计算机技术127

6.1工业控制机127

6.1.1工业控制机的组成127

6.1.2工业控制机的分类128

6.1.3工业标准总线132

6.2单片机在机电一体化产品中的应用136

6.2.1 MCS-51单片机组成控制系统136

6.2.2单片机控制系统信息输入通道设计137

6.2.3单片机控制系统功率驱动接口设计139

6.2.4单片机控制系统人机界面设计142

6.2.5单片机应用系统设计144

6.2.6单片机应用系统实例145

6.3可编程逻辑控制器（PLC）及其应用152

6.3.1 PLC的结构152

6.3.2 PLC的工作原理155

6.3.3 PLC控制系统的设计方法和步骤155

6.3.4 PLC应用实例156

6.4计算机接口技术161

6.4.1并行输入／输出接口162

6.4.2数／模（D/A）转换接口166

6.4.3模／数（A/D）转换接口168

习题与思考题170

7机电一体化系统控制方法172

7.1机电一体化系统的数学模型172

7.1.1数学模型的类型172

7.1.2建立数学模型的步骤和方法172

7.1.3被控对象模型的辨识173

7.2 PID控制181

7.2.1常规的PID控制181

7.2.2数字PID的改进算法184

7.2.3数字PID参数整定190

7.3常见复杂控制192

7.3.1串级控制应用实例193

7.3.2比值控制应用实例196

7.3.3前馈控制系统应用实例200

7.3.4自适应控制应用实例202

7.4模糊控制205

7.4.1模糊控制系统的组成及基本原理205

7.4.2模糊控制器的设计及应用209

7.5神经网络控制210

7.5.1神经细胞的基本结构210

7.5.2神经元的基本结构211

7.5.3神经网络模型212

7.5.4神经网络的学习212

7.5.5误差反向传播网络及其学习213

7.5.6神经网络的特点和局限性214

习题与思考题215

8典型机电一体化系统设计分析与综合216

8.1工业机器人216

8.1.1工业机器人的定义与发展216

8.1.2工业机器人的构成217

8.1.3典型的工业机器人——喷漆机器人218

8.2工艺装备——升降器智能检测装置222

8.2.1升降器智能检测装置设计要求222

8.2.2机械本体设计与原理223

8.2.3控制系统设计与原理226

8.3家用电器——洗衣机228

8.3.1全自动洗衣机单片机控制系统结构229

8.3.2模糊全自动洗衣机的控制软件230

8.3.3洗衣机物理量检测232

8.4特种机器人——地下穿孔机器人234

8.4.1地下穿孔机器人的总体构成及作业流程234

8.4.2地下穿孔机器人运动学分析237

8.4.3地下穿孔机器人本体设计240

8.4.4地下穿孔机器人气压传动系统244

8.4.5地下穿孔机器人控制系统244

8.5数控机床252

8.5.1 CNC机床分类253

8.5.2 CNC加工中心（MC）254

8.6机电一体化系统设计与综合258

8.6.1执行机构与驱动元件258

8.6.2驱动方式与传感器261

8.6.3控制方式与计算机263

8.6.4系统与工作环境266

习题与思考题267

参考文献269