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第1章 緒論 1.1機電一體化系統概述001 1.1.1機電一體化系統定義001 1.1.2機電一體化與智慧製造的關係002 1.2典型的機電一體化系統004 1.2.1機械手關節伺服系統004 1.2.2數控機床004 1.2.3機器人005 1.2.4自動導引車006 1.2.5順序控制系統006 1.2.6柔性製造系統007 1.2.7計算機集成製造系統008 1.3機電一體化系統構成要素009 1.4機電一體化系統涉及的科學技術010 1.5機電一體化系統設計常用方法和設計類型011 1.5.1機電一體化系統設計常用方法011 1.5.2機電一體化系統設計類型012 1.6機電一體化設計系統（產品）開發過程012 1.6.1市場調研012 1.6.2技術可行性分析014 1.6.3概念設計015 1.6.4詳細設計015 1.6.5樣機試製與試驗018 1.6.6小批量生產018 1.6.7大批量生產018 1.7機電一體化的現代設計方法018 1.7.1計算機輔助設計與並行工程018 1.7.2虛擬產品設計019 1.7.3快速回應設計019 1.7.4綠色設計019 1.7.5反求設計020 1.7.6基於數字孿生的複雜產品設計020 1.8機電一體化系統的發展方向021 1.8.1智能化021 1.8.2模組化和系統化022 1.8.3網路化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計算機控制系統的組成與特點023 1.9.1計算機控制系統的一般概念024 1.9.2計算機控制系統的組成024 1.9.3計算機控制系統的特點024 1.10計算機控制系統的典型形式026 1.10.1操作指導控制系統026 1.10.2直接數字控制系統026 1.10.3監督控制系統026 1.10.4集散控制系統027 1.10.5現場匯流排控制系統027 1.10.6綜合自動化系統028 1.11計算機控制系統的其他分類方式029 1.12計算機控制系統的發展趨勢029 1.13我國在機電裝備技術領域的發展與突破030 思考題032 第2章 自動機械系統部件及機電模型 2.1機電一體化系統中對機械系統的設計要求034 2.2絲杠副034 2.2.1絲杠副的工作原理034 2.2.2滾珠絲杠的結構與特點035 2.2.3滾珠絲杠機構的類型036 2.2.4滾珠絲杠的主要參數038 2.2.5滾珠絲杠機構的典型安裝方式041 2.2.6滾珠絲杠副的間隙調整044 2.2.7滾珠絲杠螺母副的剛度計算045 2.2.8滾珠絲杠的選型與使用045 2.2.9滾珠絲杠的選型計算046 2.2.10滑動絲杠副046 2.3同步齒形帶046 2.3.1同步齒形帶的特點046 2.3.2同步帶的結構與規格047 2.3.3同步帶輪048 2.3.4同步帶傳動的選型計算048 2.4齒輪傳動副048 2.5諧波減速器052 2.5.1諧波減速器的基本結構052 2.5.2諧波減速器的工作原理052 2.5.3諧波減速器傳動比分析053 2.5.4諧波減速器的主要特點053 2.6RV減速器054 2.6.1RV減速器的結構054 2.6.2RV減速器的工作原理055 2.6.3RV減速器傳動比分析055 2.6.4RV減速器的主要特點056 2.7滑動導軌056 2.8滾動導軌057 2.8.1滾動導軌的結構和特點057 2.8.2滾動導軌的佈置與安裝058 2.8.3滾動導軌的選型計算步驟058 2.9滾動導套副059 2.10自動化流水線常用機構060 2.10.1自動化流水線的結構組成060 2.10.2倍速鏈輸送線061 2.10.3振盤送料裝置064 2.11機械傳動系統建模與模擬067 2.11.1齒輪傳動機構的模型067 2.11.2絲杠螺母機構的模型068 2.11.3傳動機構模擬分析072 2.11.4機械參數對系統性能的影響074 思考題與習題077 思考題077 習題077 第3章 電機與驅動技術 3.1交流非同步電動機驅動控制078 3.1.1工作原理078 3.1.2接觸器、PLC控制080 3.1.3變頻調速控制081 3.1.4直線電機控制092 3.2直流電動機驅動控制096 3.2.1工作原理096 3.2.2PLC-接觸器控制096 3.2.3PWM調速控制097 3.3步進電動機驅動控制及轉速檢測099 3.3.1工作原理099 3.3.2步進電機控制107 3.3.3回轉機械轉速檢測108 3.4伺服電動機驅動控制109 3.4.1直流伺服電機工作原理109 3.4.2交流伺服電動機工作原理113 3.4.3交流伺服電動機控制116 思考題與習題121 思考題121 習題121 第4章 運動控制系統中的感測器與檢測技術 4.1感測器的特性參數122 4.1.1靜態特性122 4.1.2動態特性124 4.2光電編碼器124 4.2.1增量式光電編碼器125 4.2.2 式光電編碼器126 4.2.3光電編碼器的選用128 4.3旋轉變壓器128 4.3.1旋轉變壓器工作原理128 4.3.2鑒相工作方式129 4.3.3鑒幅工作方式130 4.4測速發電機130 4.4.1直流測速發電機130 4.4.2交流測速發電機131 4.5距離感測器132 4.5.1光柵的概念、結構與分類132 4.5.2直線光柵尺的測量原理132 4.5.3磁柵尺134 4.5.4測距感測器135 4.6行程開關（限位元開關）和接近開關137 4.6.1行程開關（限位元開關）137 4.6.2接近開關139 4.7霍爾感測器145 4.7.1霍爾效應145 4.7.2霍爾感測器功能146 4.7.3霍爾感測器的一些典型應用147 4.8MEMS感測器148 4.8.1MEMS壓力感測器148 4.8.2MEMS加速度感測器149 4.8.3加速度感測器選擇原則150 4.9智慧感測器150 4.10感測器輸出信號的處理方法152 4.10.1信號變換中的阻抗匹配152 4.10.2採樣-保持電路154 4.10.3濾波器155 4.10.4抗干擾技術159 4.11感測器測量方式的選擇161 4.11.1直接測量161 4.11.2間接測量161 思考題與習題163 思考題163 習題163 第5章 介面技術及應用 5.1開關量輸入/輸出介面技術164 5.1.1三菱PLC基本單元及I/O擴展164 5.1.2輸入介面166 5.1.3輸出介面167 5.2類比量/數字量介面技術171 5.2.1A/D轉換及應用171 5.2.2D/A轉換及應用175 5.2.3電壓與頻率的轉換179 5.3通信介面技術180 5.3.1RS-232C通信180 5.3.2RS-485通信186 5.3.3CC-Link現場匯流排194 5.4人機交互介面技術198 5.4.1鍵盤介面及編程198 5.4.2人機界面組態200 思考題與習題205 思考題205 習題205 第6章 工業控制計算機系統 6.1工控機的結構組成207 6.1.1工控機主機殼207 6.1.2無源底板208 6.1.3CPU卡的基本功能與分類208 6.2基於PC的工控機系統209 6.2.1基於PC的工控機集中式控制系統的特點210 6.2.2基於PC的工控機分散式控制系統210 6.2.3數據採集卡211 6.3運動控制及運動控制卡217 6.3.1運動控制217 6.3.2運動控制卡217 6.4工控機的選配219 6.5集中式控制系統的軟件219 思考題222 第7章 數字控制器的模擬化設計 7.1數字控制器的類比化設計步驟223 7.1.1Z變換的定義224 7.1.2常用信號的Z變換224 7.1.3脈衝傳遞函數的定義224 7.1.4具體設計步驟225 7.2PID控制規律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常規數字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數字PID控制演算法的改進237 7.4.1積分分離PID控制演算法238 7.4.2抗積分飽和PID控制演算法239 7.4.3不 微分PID控制演算法239 7.4.4微分先行PID控制演算法242 7.4.5帶死區的PID控制演算法242 7.5數字PID控制器的參數整定243 7.5.1PID控制參數對系統性能的影響243 7.5.2採樣週期的選擇原則244 7.5.3按簡易工程法整定PID參數244 7.6數字PID控制系統設計舉例247 習題250 第8章 典型機電一體化系統設計案例 8.1步進電機直線移動機構系統設計251 8.1.1步進電機直線移動機構系統設計任務要求251 8.1.2機械傳動部件的計算與選型252 8.1.3控制系統原理及設計258 8.2大中型龍門刨床直流傳動系統設計259 8.2.1大中型龍門刨床直流傳動系統設計技術指標259 8.2.2直流調速控制系統總體設計260 8.2.3相關數學模型260 8.2.4直流電機參數和系統建模262 8.2.5基本參數的計算263 8.2.6電流調節器的設計264 8.2.7轉速調節器的設計265 8.2.8系統幅相頻率特性及穩定性268 8.3立體倉庫設計269 8.3.1立體倉庫設計任務要求269 8.3.2機械系統270 8.3.3控制系統硬體270 8.3.4電子元器件清單275 8.3.5PLC程式275 8.3.6基於VB6.0控制軟件283 8.4低頻力學譜儀設計289 8.4.1低頻力學譜儀設計任務要求289 8.4.2低頻力學譜儀結構設計290 8.4.3低頻力學譜儀電路設計及模組功能介紹290 8.4.4基於LABVIEW和MATLAB的上位機軟件設計292 8.4.5數據採集濾波方法選擇299 8.4.6測試結果301 附錄 參考文獻
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