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目录 1

前言 1

第一章 机电一体化技术导论 1

1.1 概述 1

1.2 机电一体化系统的基本组成 3

1.2.1 机电一体化系统的功能组成 3

1.2.2 机电一体化系统的构成要素 5

1.3 机电一体化系统的分类 8

1.4 机电一体化的优点和效益 9

1.5.1 理论基础 12

1.5 机电一体化的理论基础与关键技术 12

1.5.2 关键技术 14

1.6 机电一体化的发展 18

1.6.1 机电一体化的发展状况 18

1.6.2 机电一体化的发展趋势 19

思考题与习题 20

第二章 机电一体化的单元技术 21

2.1 概述 21

2.2 精密机械技术 21

2.2.1 机电一体化中的机械系统及其基本要求 21

2.2.2 机械传动机构 23

2.2.3 机械导向机构 34

2.2.4 机械执行机构 40

2.2.5 轴系 46

2.2.6 机座或机架 50

2.3 传感检测技术 54

2.3.1 传感器及其组成 54

2.3.2 传感器的分类 55

2.3.3 传感器的特性及选用原则 58

2.3.4 传感器的标定与校准 69

2.3.5 传感器的测量电路及其计算机接口 70

2.4.1 伺服驱动系统的种类及其特点 72

2.4 伺服驱动技术 72

2.4.2 伺服驱动系统的基本要求 74

2.4.3 机电一体化系统常用的控制用电动机 74

2.5 自动控制技术 78

2.5.1 机电一体化系统的控制形式 78

2.5.2 自动控制技术的发展 79

2.5.3 控制系统的基本要求和一般设计方法 80

2.5.4 计算机控制技术 81

2.5.5 可编程序控制器 96

思考题与习题 113

3.1.1 模型的基本概念 115

第三章 机电一体化系统的建模与仿真 115

3.1 概述 115

3.1.2 系统仿真的基本概念 116

3.2 机电一体化系统的数学模型 118

3.2.1 数学模型的表现形式 118

3.2.2 数学模型的建立方法 120

3.3 仿真理论基础 123

3.3.1 实现问题 123

3.3.2 微分方程的数值解法 125

3.3.3 离散相似法数字仿真 139

3.4.1 Simulink模块库简介 141

3.4 MATLAB/Simulink环境下的建模与仿真 141

3.4.2 Simulink模型的建立 142

3.4.3 Simulink模型举例 152

3.4.4 线性系统的计算机仿真 155

3.4.5 SimMechanics——机构系统模块集及应用 159

3.5 基于功率键图的建模与仿真 166

3.5.1 方块图与键图 166

3.5.2 键图语言 169

3.5.3 键图应用举例 178

3.5.4 20SIM建模仿真平台 206

思考题与习题 214

第四章 机电一体化系统的电磁兼容技术 217

4.1 概述 217

4.1.1 引言 217

4.1.2 电磁兼容技术的有关定义 217

4.1.3 电磁兼容性设计 219

4.2 电磁干扰的形式和途径 223

4.2.1 电磁干扰的分类 223

4.2.2 电磁噪声耦合途径 224

4.3 常用的干扰抑制技术 232

4.3.1 屏蔽技术 233

4.3.2 接地技术 237

4.3.3 滤波技术 242

4.3.4 隔离技术 246

4.3.5 浪涌吸收器 246

4.3.6 软件的抗干扰设计 247

4.4 电源系统的抗干扰 251

4.4.1 对交流电源采取综合措施 251

4.4.2 合理的直流电源方案 253

4.5 电磁兼容标准与测试 253

4.5.1 概述 253

4.5.2 电磁兼容标准 254

4.5.3 电磁兼容性测试 257

思考题与习题 259

第五章 机电一体化系统的智能化 261

5.1 概述 261

5.1.1 智能化的内涵 261

5.1.2 机电一体化系统的智能化 263

5.1.3 智能控制及智能控制系统 264

5.2 智能控制的知识工程基础 267

5.2.1 知识的基本概念 267

5.2.2 知识的表示 269

5.2.3 知识的获取 274

5.2.4 知识的处理 275

5.3 专家控制系统 279

5.3.1 专家系统 279

5.3.2 专家控制系统 283

5.3.3 直流调速专家控制系统 289

5.4 模糊控制系统 292

5.4.1 模糊集合及其运算 293

5.4.2 模糊推理 297

5.4.3 模糊控制原理及组成 299

5.4.4 集装箱吊车的模糊控制 300

5.5 人工神经网络 304

5.5.1 神经网络的基本概念 305

5.5.2 神经控制的工作原理 309

5.5.3 神经网络控制的分类 310

5.5.4 基于神经网络的机器人控制 314

5.6 遗传算法 317

5.6.1 遗传算法概述 317

5.6.2 遗传算法的基本操作 319

5.6.3 遗传算法在智能控制中的应用 325

思考题与习题 328

第六章 基于典型机构的机电一体化系统 330

6.1 典型机构与机械系统 330

6.1.1 机构与传统机械 331

6.1.2 机构与现代机电一体化系统 332

6.1.3 机电集成与协同 337

6.2 变输入速度伺服机构系统 341

6.2.1 基本思想 341

6.2.2 系统结构 342

6.2.3 设计程序 343

6.2.4 运动设计 347

6.3.1 改善机构动力特性的方法 351

6.3 机构的振动主动控制系统 351

6.3.2 凸轮机构的振动主动控制系统 353

6.3.3 连杆机构的振动主动控制系统 358

6.4 混合动力机器 360

6.4.1 可调整机构 360

6.4.2 混合动力机器 363

6.4.3 控制系统 367

6.5 机构与控制的协同工作 368

思考题与习题 369

7.1.1 机电一体化系统设计流程 371

7.1 概述 371

第七章 机电一体化系统的设计 371

7.1.2 设计思想、类型、准则和规律 373

7.2 机电一体化系统的产品规划 375

7.2.1 产品规划 375

7.2.2 需求分析 376

7.2.3 需求设计 379

7.3 机电一体化系统的概念设计 380

7.3.1 概念设计的内涵和特征 381

7.3.2 概念设计的过程 383

7.3.3 产品的功能-原理-结构设计 384

7.4.1 概述 402

7.4 机电一体化系统接口设计 402

7.4.2 人机接口设计 405

7.4.3 机电接口设计 411

7.5 机电一体化系统的造型与环境设计 416

7.5.1 艺术造型设计 416

7.5.2 人-机-环境系统设计 418

7.6 机电一体化系统的评价与决策 420

7.6.1 系统的评价 420

7.6.2 系统的决策 433

7.7.1 系统调试的一般规律 435

7.7 机电一体化系统的试制与调试 435

7.7.2 系统在线调试 436

7.7.3 故障诊断的方法 437

7.8 机电一体化系统的现代设计方法 438

7.8.1 可靠性设计 438

7.8.2 优化设计 448

7.8.3 反求设计 452

7.8.4 绿色设计 455

7.8.5 虚拟设计 458

思考题与习题 460

参考文献 461