机电控制技术

本书是上海交通大学机械与动力工程学院的专业基础课——“机电控制技术”的配套教材，本书从机械工程角度出发，理论联系实际，突出工程应用，全面系统地介绍了机电控制基本器件——可编程控制器、单片机、工业控制计算机的组成、原理及应用，并在此基础上，讲述了机电系统的总体设计方法。全书是上交大一线授课教师在多年教学和实践经验的基础上，总结、吸取了国内外机电控制的新技术编写而成的。全书共分7章，主要内容为：绪论、继电器接触器控制、可编程控制器、单片微机计算机技术、机电系统中的PC控制技术、机电控制系统设计综合以及双臂SCARA机器人系统设计实例。每章后附有复习参考题。本书可作为高等院校机械类专业本科生教材，也适合从事工业测控及自动化、机电控制系统设计的工程技术人员自学参考。

前言
第1章绪论1
1.1机电控制技术概述1
1.2机电控制技术的发展过程2
1.3机电控制系统的基本结构要素3
1.3.1机械本体3
1.3.2动力装置3
1.3.3传感及检测装置4
1.3.4控制装置4
1.3.5执行装置4
1.3.6接口5
1.4机电控制系统的关键技术5
1.4.1检测传感技术6
1.4.2计算机与信息处理技术6
1.4.3自动控制技术7
1.4.4伺服系统技术7
1.4.5机械技术与精密机械技术9
1.4.6接口技术13
1.4.7系统总体技术15
1.5机电控制系统的设计方法16
1.5.1机电一体化产品的设计思想16
1.5.2机电一体化产品的设计方法16
1.6机电控制技术的发展前景17
1.7机电控制的技术、经济和社会效益18
1.8本课程的性质和任务20
复习参考题20
参考文献20
第2章继电器接触器控制21
2.1常用低压电器21
2.1.1开关电器21
2.1.2主令电器22
2.1.3熔断器22
2.1.4交流接触器23
2.1.5继电器23
2.2电气原理图的画法规则28
2.2.1电气控制系统图中的图形符号和文字符号28
2.2.2电气原理图28
2.2.3电气元件布置图30
2.2.4电气安装接线图31
2.3基本控制电路31
2.3.1启动、自锁与停止控制电路31
2.3.2连续工作与点动控制31
2.3.3多点控制31
2.3.4联锁控制32
2.3.5顺序启动控制33
2.4异步电动机的控制33
2.4.1异步电动机的启动电路33
2.4.2异步电动机的正反转控制电路36
2.4.3异步电动机的制动电路38
2.4.4双速异步电动机的调速控制41
2.5异步电动机的调速42
2.5.1电气调速概述44
2.5.2交流调速47
2.5.3交流电动机的变频调速49
2.6控制电路的设计51
2.6.1设计的基本原则、内容和程序52
2.6.2电力拖动方案确定原则和电动机的选择53
2.6.3控制线路的设计及元件选择54
2.6.4控制系统的工艺设计57
2.6.5控制线路设计举例60
复习参考题61
参考文献61
第3章可编程控制器62
3.1可编程控制器的概述62
3.1.1PLC简介62
3.1.2PLC发展历史62
3.1.3PLC特点63
3.2可编程控制器的结构和工作原理64
3.2.1PLC基本结构64
3.2.2PLC各组成部分的功能64
3.2.3PLC基本工作原理73
3.2.4PLC分类78
3.2.5PLC与继电器接触器控制系统及计算机的区别80
3.2.6可编程控制器FX与S7-200概述81
3.3FX系列编程元件及基本编程语言82
3.3.1F系列PLC中常用的编程器件与编程语言82
3.3.2基本逻辑指令90
3.3.3绘制梯形图的基本规则91
3.3.4顺序步进指令和编程93
3.3.5PLC控制系统设计方法95
3.4S7-200编程元件及基本编程指令100
3.4.1S7-200的编程元件100
3.4.2S7-200的基本编程指令104
3.4.3程序举例108
3.4.4SIMATIC工业软件114
3.5PLC系统网络与通信115
3.5.1PROFIBUS概述115
3.5.2PROFIBUS现场总线网络116
复习参考题120
参考文献121
第4章单片微型计算机技术122
4.1单片机概述122
4.1.1单片机的定义与种类122
4.1.2单片机的特点及应用场合123
4..3单片机的发展趋势124
4.2AT89S系列单片机内部结构及工作原理125
4.2.1单片机的内部结构126
4.2.2单片机的引脚名称及功能127
4.2.3单片机存储器结构134
4.3单片机指令系统149
4.3.1单片机指令格式149
4.3.2单片机寻址方式149
4.3.3单片机指令系统151
4.3.4程序结构及应用举例153
4.4定时/计数系统158
4.4.1定时/计数器0、1结构158
4.4.2定时/计数器0、1的工作方式160
4.4.3定时/计数器2161
4.4.4定时器/计数器的应用165
4.4.5看门狗定时器166
4.5中断系统167
4.5.1中断系统构成167
4.5.2中断源168
4.5.3中断的控制170
4.5.4中断处理过程171
4.5.5中断响应时间173
4.5.6中断的应用174
4.6单片机并行口176
4.6.1并行口的内部结构177
4.6.2并行口的工作原理177
4.6.3键盘与单片机的连接179
4.7串行通信182
4.7.1AT89S52的串行通信接口182
4.7.2串行通信的工作方式183
4.7.3串行口波特率的设置184
4.7.4串行通信技术应用187
4.8单片机应用系统设计与开发工具192
4.8.1单片机应用系统的设计方法和步骤192
4.8.2单片机应用系统的开发工具192
4.8.3单片机在电动执行器的控制器中应用195
复习参考题201
参考文献201
第5章机电系统中的PC控制技术202
5.1工业PC控制系统的基本原理和组成202
5.1.1工业PC控制系统的概念和组成202
5.1.2工业PC控制系统的特点204
5.1.3工业PC控制系统的分类206
5.1.4工业PC控制器的发展趋势208
5.2工业PC控制系统的结构以及扩展模块210
5.2.1PC总线结构介绍211
5.2.2工业PC控制系统的I/O电路设计214
5.2.3工业PC控制系统的功能模板选型219
5.3PC总线工业控制器的通信技术225
5.3.1数字量I/O通信225
5.3.2异步通信技术226
5.4PC总线工业控制器的软件技术237
5.4.1控制软件概述237
5.4.2Windows平台下的控制程序编制239
复习参考题254
参考文献254
第6章机电控制系统设计综合255
6.1开环伺服系统设计255
6.1.1系统方案设计255
6.1.2机械系统设计257
6.1.3控制系统设计263
6.2闭环伺服系统设计267
6.2.1系统方案设计267
6.2.2系统性能分析269
6.2.3系统参数设计270
6.2.4系统校正273
6.3伺服系统中的非线性因素考虑273
6.3.1饱和特性与死区特性的影响274
6.3.2间隙特性的影响275
6.3.3摩擦特性的影响278
6.3.4结构弹性变形的影响280
复习参考题284
参考文献284
第7章双臂SCARA机器人系统设计实例285
7.1双臂教学机器人系统简介285
7.1.1机器人系统简介285
7.1.2主要功能286
7.2机械系统构成286
7.2.1双臂SCARA机器人的结构286
7.2.2机电元件选型与构成288
7.2.3末端执行器288
7.2.4视觉系统组件介绍291
7.2.5机构运动学分析295
7.3控制系统设计300
7.3.1控制系统硬件设计300
7.3.2控制系统软件设计307
7.4教学演示功能示例311
7.4.1机器人教学311
7.4.2绘图314
7.4.3人机对弈317
附录320