机电一体化技术

《机电一体化技术》一书以机电一体化共性关键技术为基础，围绕各种技术的融合与综合应用撰写知识体系，使读者了解和掌握机电一体化的实质、理论和基本方法，从而能够综合运用共性关键技术进行机电一体化产品乃至系统的分析、设计与开发。 作为规范教材，我们在编写过程中着重考虑了以下几点：一是着重体现机电一体化领域中多学科的融合与交叉，避免相关知识的简单堆砌；二是在保证教材内容丰富的同时，突出侧重点，帮助读者有针对性地阅读与学习；三是注重读者动手能力的培养，从不同的层面和角度介绍、讲解了大量的技术示例和工程实例，锻炼与培养其实践能力；四是强调机电一体化的技术体系认知、机电一体化思维以及知识结构和相关能力的同步发展。 本书以机电一体化共性关键技术为基本框架，结合教材宜学宜教的一般结构体系设置了总论、精密机械技术、电子技术应用基础、传感与检测技术、计算机控制基础、伺服控制、接口技术、系统总体设计和应用实例9章，力求系统和全面地表述机电一体化技术精髓与工程实践。

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，并正日益得到普遍重视和广泛应用，已成为现代工业化生产和经济发展中不可或缺的一项高新技术。机电一体化技术的应用而生产出来的机电一体化产品已遍及人们日常生活和国民经济的各个领域。为了在当今国际范围内激烈的技术、经济竞争中占据优势，世界各国纷纷将机电一体化的研究和发展作为一项重要内容而列入本国的发展计划。该教材和课程能够使学生了解和掌握机电一体化的知识体系以及机电一体化设计的理论和方法，从而能够灵活地综合运用共性关键基础知识进行机电一体化产品的分析、设计与开发，达到知识结构、能力的机电一体化。

目录 前言 第1章总论1 11机电一体化的基本概念1 111机电一体化的定义1 112机电一体化产品的分类2 113机电一体化的技术特点3 12机电一体化的发展历程4 121理论形成阶段4 122技术现状5 123发展趋势9 13机电一体化系统要素与组成10 14机电一体化共性关键技术12 15机电一体化技术的运用流程14 151可行性研究14 152技术设计15 153试验运行15 思考题18 第2章精密机械技术19 21概述19 22传动机构19 221传动机构的性能要求19 222丝杠螺母传动20 223齿轮传动24 224挠性传动29 225间歇传动30 23导向机构31 231导向机构的性能要求与分类31 232滚动直线导轨32 233塑料导轨34 234流体静压导轨35 24执行机构36 241执行机构的基本要求36 242电磁执行机构36 243微动执行机构38 244工业机械手末端执行器40 25轴系42 251轴系的性能要求与分类42 252滚动轴承43 253流体静压轴承44 254磁悬浮轴承45 26机座和机架46 27机构简图的绘制47 思考题48 机电一体化技术目录第3章电子技术应用基础49 31集成运算放大器49 311基本知识49 312信号运算52 313信号处理57 32直流稳压电源62 321工作原理63 322串联型稳压电路64 323辅助电源电路65 324串联型稳压电路的保护电路66 33组合逻辑电路67 331组合逻辑电路的分析与设计67 332编码器69 333译码器71 334加法器73 34时序逻辑电路75 341时序逻辑电路的分析77 342时序逻辑电路的设计81 343移位寄存器90 思考题93 第4章传感与检测技术95 41概述95 42传感器分类及特性96 421传感器的定义及作用96 422传感器的构成与分类96 423传感器的静态特性98 424传感器的动态特性99 43常用传感器与传感元件100 431位移传感器100 432力传感器105 433速度和加速度传感器107 434其他工程量检测108 435其他重要传感元件110 436传感器的选用原则111 44信号预处理112 441信号放大112 442调制与解调114 443滤波115 444信号的采样与保持118 45传感器的非线性补偿119 451计算法119 452查表法119 453插值法119 思考题120 第5章计算机控制基础121 51概述121 511计算机控制系统的组成121 512计算机控制系统的特点122 513计算机控制系统的分类123 514计算机控制系统的发展126 52被控对象数学模型128 521机械移动系统128 522机械转动系统131 523电路网络133 524机械系统与电系统的模型相似138 53单片机143 531单片机基本知识144 532MCS51系列单片机硬件和原理145 533C51语言的编程基础152 534单片机应用系统开发的基本方法177 54可编程序控制器（PLC）185 541PLC的硬件系统组成186 542PLC的输入/输出模块187 543PLC的编程语言189 544PLC的基本指令190 545状态转移图及编程方法194 思考题202 第6章伺服控制205 61概述205 611伺服控制的基本概念205 612伺服系统的分类206 613伺服系统的总体要求208 62执行元件209 621执行元件的分类209 622电气式执行元件211 63控制与驱动225 631步进电动机的控制驱动225 632直流伺服电动机的控制驱动231 633交流伺服电动机的控制驱动235 64技术示例238 641天线控制系统的构成238 642组成环节的单元239 643系统的数学模型239 644方框图和传递函数240 645控制指标241 646速度控制系统的设计242 647天线位置控制系统的设计244 思考题250 第7章接口技术251 71概述251 72地址译码器与CPU接口252 721地址译码器的结构和工作原理252 722输出接口254 723输入接口255 73人机接口255 731人机接口的特点255 732人机输入接口设计255 733人机交互输出设备工作原理及接口设计258 734输出接口电路示例260 74机电接口263 741机电接口类型及特点263 742D/A转换264 743A/D转换268 744功率接口277 75总线接口283 751串行通信283 752串行通信标准总线285 思考题288 第8章系统总体设计290 81总体设计的概念及内容290 811总体设计的概念290 812总体设计的主要内容290 82性能指标与优化方法295 821产品的使用要求295 822系统的性能指标297 823系统的优化指标298 824系统优化方法301 83产品结构优化设计301 831结构方案的确定302 832优化指标的处理304 833精度指标分配305 834功能指标分配307 835优化设计示例310 84系统干扰与抑制312 841干扰源313 842电源抗干扰设计314 843地线干扰抑制315 844屏蔽技术318 845感性负载瞬态噪声抑制及触点保护318 846软件抗干扰320 思考题321 第9章应用实例323 91工业机器人323 911工业机器人的发展历程323 912技术特点与性能要素324 913工业机器人的组成325 914机械本体常见构型326 915控制系统328 916工业机器人的应用330 917技术示例332 92数控机床335 921概述335 922数控机床的构成336 923应用及分类338 924加工中心（MC）339 925电火花数控机床343 93微机电系统346 931概述346 932MEMS基础研究内容347 933MEMS的基本组成349 934微机电系统热点应用349 935工程示例351 94智能农业装备356 941智能施药机器人356 942田间锄草机器人357 943果蔬采摘机器人358 944技术示例360 思考题364 参考文献365

前言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，正日益得到普遍重视和广泛应用，已成为现代工业化生产和经济发展中不可或缺的一项高新技术。机电一体化技术系统理论的形成最早起源于20世纪60年代，经过几十年的发展，已经由早期的机械产品与电子技术的简单组合过渡至高度融合且智能化的阶段。机电一体化将机械、电工、电子、信息处理、伺服驱动、传感检测、自动控制等技术进行有机结合，用系统的观点在工程的构思、规划、设计等方面优化组织“物质、能量、信息”现代工业三要素，从而制造出具有多种集成功能、高性能、高可靠性并在市场中具有竞争力的产品。目前机电一体化产品已遍及人们日常生活和国民经济的各个领域。 随着科学技术的发展，机电一体化产品的概念不再局限于某一具体产品的范围，已扩大到控制系统和被控制系统相结合的产品制造和过程控制。为了在当今国际范围内激烈的技术、经济竞争中占据优势，世界各国纷纷将机电一体化的研究和发展作为一项重要内容而列入本国的发展计划，而我国也正处于由“制造大国”向“制造强国”的转变过程中，需要能够掌握核心与关键技术的人才进行自主创新，增强核心竞争力。目前，我国很多高校和高职高专院校在机械工程类专业中设立了机电一体化技术方向；企业及研究院所也有相当多的工程技术人员从事机电一体化技术方面的研究与开发工作。 本书以机电一体化共性关键技术为基础，围绕各种技术的融合与综合应用撰写知识体系，使读者了解和掌握机电一体化的实质、理论和基本方法，从而能够综合运用共性关键技术进行机电一体化产品乃至系统的分析、设计与开发。 作为规范教材，我们在编写过程中着重考虑了以下几点：一是着重体现机电一体化领域中多学科的融合与交叉，避免相关知识的简单堆砌；二是在保证教材内容丰富的同时，突出侧重点，帮助读者有针对性地阅读与学习；三是注重读者动手能力的培养，从不同的层面和角度介绍、讲解了大量的技术示例和工程实例，锻炼与培养其实践能力；四是强调机电一体化的技术体系认知、机电一体化思维以及知识结构和相关能力的同步发展。 本书以机电一体化共性关键技术为基本框架，结合教材宜学宜教的一般结构体系设置了总论、精密机械技术、电子技术应用基础、传感与检测技术、计算机控制基础、伺服控制、接口技术、系统总体设计和应用实例9章，力求系统和全面地表述机电一体化技术精髓与工程实践。 由于时间及水平所限，编者虽认真谨慎，但书中纰漏与不当之处在所难免，恳请读者能够谅解并予以指正。 读者信箱：T3D_home@hotmail.com编者