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第1章 绪论1

1.1 机电一体化概念1

1.1.1 我国对机电一体化的理解2

1.1.2 机电一体化技术的主要特征2

1.1.3 机电一体化技术与其他技术的区别3

1.2 机电一体化的共性关键技术4

1.3 机电一体化的功能构成原理及其组成要素5

1.3.1 机电一体化的功能构成原理5

1.3.2 机电一体化的功能构成要素7

1.4 机电一体化系统设计、广义接口和控制软件的作用8

1.4.1 机电一体化系统设计8

1.4.2 广义接口和控制软件的作用11

1.4.3 机电一体化系统的技术评价13

1.5 机电一体化产品的分类13

1.6 机电一体化的特点及发展趋势14

1.7 本课程的目的和要求15

习题与思考题16

第2章 机电传动系统的运动学基础17

2.1 机电传动系统的运动方程式17

2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算19

2.2.1 负载转矩的折算20

2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算21

2.3 生产机械的机械特性22

2.3.1 恒转矩型机械特性22

2.3.2 离心式通风型机械特性23

2.3.3 直线型机械特性23

2.3.4 恒功率型机械特性23

2.4 机电传动系统稳定运行的条件24

习题与思考题25

第3章 机械学基础26

3.1 基本功能与要求26

3.2 机械参数对伺服系统性能的影响26

3.2.1 摩擦的影响27

3.2.2 传动间隙的影响29

3.2.3 系统固有频率ωn和系统阻尼比ξ32

3.3 传动机构34

3.3.1 传动机构的主要功能与分类34

3.3.2 几种典型传动机构35

3.4 导向支承机构51

3.4.1 主要功能与分类51

3.4.2 几种典型导轨52

3.5 执行机构63

3.5.1 主要功能与分类63

3.5.2 几种典型执行机构64

3.6 机座或机架72

3.6.1 机座或机架的作用及基本要求72

3.6.2 机座或机架的结构设计要点73

习题与思考题78

第4章 电学基础79

4.1 测量79

4.1.1 测量系统概述79

4.1.2 测量系统的组成80

4.1.3 测量方法80

4.2 传感器及其基本特征81

4.2.1 传感器及其组成82

4.2.2 传感器分类83

4.2.3 传感器的静态特性84

4.2.4 传感器的动态特性85

4.3 位移传感器86

4.3.1 电感式传感器86

4.3.2 电容式位移传感器91

4.3.3 光栅94

4.3.4 感应同步器95

4.4 速度、加速度传感器97

4.4.1 直流测速机97

4.4.2 光电式转速传感器98

4.4.3 磁电式转速传感器99

4.4.4 加速度传感器100

4.5 力、压力和转矩传感器102

4.5.1 测力传感器102

4.5.2 压力传感器104

4.5.3 转矩传感器106

4.6 位置传感器107

4.6.1 接触式位置传感器107

4.6.2 接近式位置传感器107

4.7 温度传感器109

4.7.1 热电偶传感器109

4.7.2 热电阻传感器110

4.7.3 半导体PN结111

4.8 其他传感器112

4.8.1 霍尔式传感器112

4.8.2 光纤传感器113

4.8.3 超声波传感器114

4.9 测试信号调理电路116

4.9.1 滤波电路116

4.9.2 比例电路122

4.9.3 积分电路124

4.9.4 微分电路125

4.9.5 信号隔离126

4.9.6 几种典型传感器的信号调理电路126

4.1 0电力电子器件131

4.1 0.1 电力电子器件的特点131

4.1 0.2 电力电子器件的分类131

4.1 0.3 结型功率二极管132

4.1 0.4 晶闸管134

4.1 0.5 门极可关断晶闸管138

4.1 0.6 电力晶体管139

4.1 0.7 功率场效应晶体管141

4.1 0.8 绝缘栅双极型晶体管144

习题与思考题146

第5章 控制与计算机基础147

5.1 控制的基本功效与要求147

5.2 控制系统的性能指标148

5.3 控制系统中的典型环节149

5.3.1 一阶环节149

5.3.2 二阶环节150

5.4 集成电路与计算机153

5.4.1 集成电路与常用芯片153

5.4.2 处理器156

5.5 计算机接口159

5.5.1 数据缓冲接口160

5.5.2 CPU命令接口161

5.5.3 信号转换接口161

5.5.4 设备选择接口162

5.5.5 中断管理接口163

5.5.6 数据宽度变换接口174

5.5.7 功能可编程接口174

习题与思考题188

第6章 伺服系统基础190

6.1 基本结构、性能指标190

6.1.1 伺服系统及其分类190

6.1.2 伺服系统的结构192

6.1.3 伺服系统的性能指标194

6.2 步进伺服驱动196

6.2.1 步进电动机结构197

6.2.2 步进电动机工作原理197

6.2.3 环形分配器199

6.2.4 驱动电路202

6.2.5 工程中需要注意的问题203

6.3 直流伺服驱动206

6.3.1 直流电动机结构206

6.3.2 直流电动机工作原理208

6.3.3 直流电动机机械特性209

6.3.4 直流电动机的启动213

6.3.5 直流电动机的调速214

6.3.6 直流电动机的制动217

6.3.7 ACR有静差直流调速系统223

6.3.8 ACR无静差直流调速系统230

6.3.9 PWM直流调速系统237

6.4 交流伺服驱动245

6.4.1 感应电动机结构245

6.4.2 感应电动机工作原理248

6.4.3 感应电动机的旋转磁场249

6.4.4 定子绕组线端连接方式252

6.4.5 感应电动机的定子电路和转子电路253

6.4.6 感应电动机的转矩与机械特性258

6.4.7 感应电动机的调速方式263

6.4.8 感应电动机的矢量变换变频调速系统266

6.5 伺服系统292

6.5.1 系统性能分析293

6.5.2 位置指令信号分析297

6.5.3 位置指令值的修正298

6.5.4 脉冲比较的进给伺服系统299

6.5.5 相位比较的进给伺服系统304

6.5.6 幅值比较的进给伺服系统309

习题与思考题315

参考文献319