機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)

第1章緒論
1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)概述001
1.1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)定義001
1.1.2機(jī)電一體化與智能制造的關(guān)系002
1.2典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)004
1.2.1機(jī)械手關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)004
1.2.2數(shù)控機(jī)床004
1.2.3機(jī)器人005
1.2.4自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)008
1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素009
1.4機(jī)電一體化系統(tǒng)涉及的科學(xué)技術(shù)010
1.5機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用方法和設(shè)計(jì)類(lèi)型011
1.5.1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用方法011
1.5.2機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)類(lèi)型012
1.6機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)（產(chǎn)品）開(kāi)發(fā)過(guò)程012
1.6.1市場(chǎng)調(diào)研012
1.6.2技術(shù)可行性分析014
1.6.3概念設(shè)計(jì)015
1.6.4詳細(xì)設(shè)計(jì)015
1.6.5樣機(jī)試制與試驗(yàn)018
1.6.6小批量生產(chǎn)018
1.6.7大批量生產(chǎn)018
1.7機(jī)電一體化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法018
1.7.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與并行工程018
1.7.2虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)019
1.7.3快速響應(yīng)設(shè)計(jì)019
1.7.4綠色設(shè)計(jì)019
1.7.5反求設(shè)計(jì)020
1.7.6基于數(shù)字孿生的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)020
1.8機(jī)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(luò)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)023
1.9.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般概念024
1.9.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成024
1.9.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)024
1.10計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式026
1.10.1操作指導(dǎo)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(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)027
1.10.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)028
1.11計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的其他分類(lèi)方式029
1.12計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)029
1.13我國(guó)在機(jī)電裝備技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與突破030
思考題032

第2章自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)部件及機(jī)電模型
2.1機(jī)電一體化系統(tǒng)中對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)035
2.2.3滾珠絲杠機(jī)構(gòu)的類(lèi)型036
2.2.4滾珠絲杠的主要參數(shù)038
2.2.5滾珠絲杠機(jī)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(jì)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(jì)算046
2.2.10滑動(dòng)絲杠副046
2.3同步齒形帶046
2.3.1同步齒形帶的特點(diǎn)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(dòng)的選型計(jì)算048
2.4齒輪傳動(dòng)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(dòng)比分析053
2.5.4諧波減速器的主要特點(diǎn)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(dòng)比分析055
2.6.4RV減速器的主要特點(diǎn)056
2.7滑動(dòng)導(dǎo)軌056
2.8滾動(dòng)導(dǎo)軌057
2.8.1滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)057
2.8.2滾動(dòng)導(dǎo)軌的布置與安裝058
2.8.3滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型計(jì)算步驟058
2.9滾動(dòng)導(dǎo)套副059
2.10自動(dòng)化流水線(xiàn)常用機(jī)構(gòu)060
2.10.1自動(dòng)化流水線(xiàn)的結(jié)構(gòu)組成060
2.10.2倍速鏈輸送線(xiàn)061
2.10.3振盤(pán)送料裝置064
2.11機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)建模與仿真067
2.11.1齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的模型067
2.11.2絲杠螺母機(jī)構(gòu)的模型068
2.11.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真分析072
2.11.4機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響074
思考題與習(xí)題077
思考題077
習(xí)題077

第3章電機(jī)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)
3.1交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(xiàn)電機(jī)控制092
3.2直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制及轉(zhuǎn)速檢測(cè)099
3.3.1工作原理099
3.3.2步進(jìn)電機(jī)控制107
3.3.3回轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速檢測(cè)108
3.4伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制109
3.4.1直流伺服電機(jī)工作原理109
3.4.2交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理113
3.4.3交流伺服電動(dòng)機(jī)控制116
思考題與習(xí)題121
思考題121
習(xí)題121

第4章運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器與檢測(cè)技術(shù)
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(dòng)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(duì)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(cè)速發(fā)電機(jī)130
4.4.1直流測(cè)速發(fā)電機(jī)130
4.4.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)131
4.5距離傳感器132
4.5.1光柵的概念、結(jié)構(gòu)與分類(lèi)132
4.5.2直線(xiàn)光柵尺的測(cè)量原理132
4.5.3磁柵尺134
4.5.4測(cè)距傳感器135
4.6行程開(kāi)關(guān)（限位開(kāi)關(guān)）和接近開(kāi)關(guān)137
4.6.1行程開(kāi)關(guān)（限位開(kāi)關(guān)）137
4.6.2接近開(kāi)關(guān)139
4.7霍爾傳感器145
4.7.1霍爾效應(yīng)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(yīng)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(hào)的處理方法152
4.10.1信號(hào)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(shù)159
4.11傳感器測(cè)量方式的選擇161
4.11.1直接測(cè)量161
4.11.2間接測(cè)量161
思考題與習(xí)題163
思考題163
習(xí)題163

第5章接口技術(shù)及應(yīng)用
5.1開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口技術(shù)164
5.1.1三菱PLC基本單元及I/O擴(kuò)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(shù)171
5.2.1A/D轉(zhuǎn)換及應(yīng)用171
5.2.2D/A轉(zhuǎn)換及應(yīng)用175
5.2.3電壓與頻率的轉(zhuǎn)換179
5.3通信接口技術(shù)180
5.3.1RS-232C通信180
5.3.2RS-485通信186
5.3.3CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)194
5.4人機(jī)交互接口技術(shù)198
5.4.1鍵盤(pán)接口及編程198
5.4.2人機(jī)界面組態(tài)200
思考題與習(xí)題205
思考題205
習(xí)題205

第6章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
6.1工控機(jī)的結(jié)構(gòu)組成207
6.1.1工控機(jī)機(jī)箱207
6.1.2無(wú)源底板208
6.1.3CPU卡的基本功能與分類(lèi)208
6.2基于PC的工控機(jī)系統(tǒng)209
6.2.1基于PC的工控機(jī)集中式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)210
6.2.2基于PC的工控機(jī)分布式控制系統(tǒng)210
6.2.3數(shù)據(jù)采集卡211
6.3運(yùn)動(dòng)控制及運(yùn)動(dòng)控制卡217
6.3.1運(yùn)動(dòng)控制217
6.3.2運(yùn)動(dòng)控制卡217
6.4工控機(jī)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(shè)計(jì)
7.1數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟223
7.1.1Z變換的定義224
7.1.2常用信號(hào)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(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)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(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù)244
7.6數(shù)字PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例247
習(xí)題250

第8章典型機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例
8.1步進(jìn)電機(jī)直線(xiàn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)251
8.1.1步進(jìn)電機(jī)直線(xiàn)移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)要求251
8.1.2機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型252
8.1.3控制系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)258
8.2大中型龍門(mén)刨床直流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)259
8.2.1大中型龍門(mén)刨床直流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)259
8.2.2直流調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)260
8.2.3相關(guān)數(shù)學(xué)模型260
8.2.4直流電機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)建模262
8.2.5基本參數(shù)的計(jì)算263
8.2.6電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)264
8.2.7轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)265
8.2.8系統(tǒng)幅相頻率特性及穩(wěn)定性268
8.3立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)269
8.3.1立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求269
8.3.2機(jī)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(xué)譜儀設(shè)計(jì)289
8.4.1低頻力學(xué)譜儀設(shè)計(jì)任務(wù)要求289
8.4.2低頻力學(xué)譜儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)290
8.4.3低頻力學(xué)譜儀電路設(shè)計(jì)及模塊功能介紹290
8.4.4基于LABVIEW和MATLAB的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)292
8.4.5數(shù)據(jù)采集濾波方法選擇299
8.4.6測(cè)試結(jié)果301

附錄

參考文獻(xiàn)