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第1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7

1.4机电一体化的作用与应用8

1.4.1生产能力和工作质量提高8

1.4.2使用安全性和可靠性提高8

1.4.3调整和维护方便，使用性能改善8

1.4.4具有复合功能，适用面广8

1.4.5改善劳动条件，有利于自动化生产9

1.4.6节约能源，减少耗材9

1.5机电一体化的理论基础与关键技术10

1.5.1理论基础10

1.5.2关键技术10

1.6机电一体化的发展前景13

1.6.1机电一体化的发展状况13

1.6.2机电一体化的发展趋势13

思考题14

第2章 机电一体化机械系统设计理论16

2.1机械系统设计概述16

2.1.1机电一体化对机械系统的基本要求16

2.1.2机械系统的组成17

2.1.3机械系统的设计思想17

2.2机械传动设计的原则18

2.2.1机电一体化系统对机械传动的要求18

2.2.2总传动比的确定18

2.2.3传动链的级数和各级传动比的分配19

2.3机械系统性能分析24

2.3.1数学模型的建立24

2.3.2机械性能参数对系统性能的影响29

2.3.3传动间隙对系统性能的影响32

2.4机械系统的运动控制33

2.4.1机械传动系统的动力学原理33

2.4.2机械系统的制动控制34

2.4.3机械系统的加速控制37

思考题39

第3章 可编程控制器设计40

3.1 PLC的硬件结构及基本配置40

3.1.1 CPU的构成41

3.1.2 I/O模块41

3.1.3电源模块41

3.1.4底板或机架42

3.1.5 PLC的外部设备42

3.1.6 PLC的通信联网42

3.2 PLC的软件组成42

3.3 PLC的工作原理47

3.3.1输入采样阶段48

3.3.2程序执行阶段49

3.3.3输出刷新阶段49

3.3.4 PLC在输入／输出的处理方面必须遵循的原则49

3.4 PLC的编程语言49

3.4.1梯形图编程49

3.4.2功能图编程50

3.4.3布尔逻辑编程51

3.5 PLC控制与微型计算机控制、继电器控制的区别51

3.5.1 PLC控制与微机控制的区别51

3.5.2 PLC控制与继电器控制的区别52

3.6 PLC的型号说明52

3.7 PLC的仿真软件说明53

3.7.1几种PLC仿真软件53

3.7.2 WinCC简介54

3.7.3 WinCC Flexible55

3.7.4 S系列西门子PLC55

思考题58

第4章 单片机AT89C（S）5X系统技术59

4.1 AT89C51单片机的结构59

4.1.1中央处理器59

4.1.2存储器61

4.1.3 I/O端口62

4.1.4定时器／计数器62

4.1.5中断系统62

4.1.6内部总线63

4.2 AT89C51单片机引脚及其功能63

4.2.1 I/O端口功能63

4.2.2电源线66

4.2.3外接晶体引脚66

4.2.4控制线67

4.3 AT89C51存储器67

4.3.1程序存储器67

4.3.2数据存储器67

4.4 AT89C51单片机工作方式70

4.4.1复位方式70

4.4.2程序执行方式70

4.4.3省电方式71

4.4.4 EPROM编程和校验方式71

4.5 AT89C51时钟电路与时序73

4.5.1振荡器与时钟电路73

4.5.2时序74

思考题75

第5章 机电一体化系统的传感与检测76

5.1检测系统的功用与特性76

5.1.1检测系统的基本功能76

5.1.2检测系统的基本特性76

5.2常用传感器78

5.2.1线位移传感器79

5.2.2角位移传感器及转速传感器81

5.2.3加速度与速度传感器83

5.2.4力传感器85

5.2.5接近传感器与距离传感器85

5.2.6温度、流量传感器87

5.3检测系统组成及检测原理89

5.3.1模拟量检测系统的组成及工作原理89

5.3.2数字信号检测系统（脉冲信号的检测系统）94

5.3.3通用数据采集卡95

5.4数字信号的预处理99

5.4.1传感器的非线性补偿100

5.4.2零位误差和增益误差的补偿101

思考题102

第6章 机电一体化系统的伺服与控制103

6.1伺服系统的基本结构形式及特点103

6.1.1伺服系统的基本概念103

6.1.2伺服系统的基本要求103

6.1.3伺服系统的基本结构形式105

6.1.4（广义）伺服系统的分类106

6.2伺服系统的执行元件106

6.2.1执行元件的种类及特点106

6.2.2直流伺服电动机107

6.2.3交流伺服电动机110

6.2.4步进电动机111

6.2.5其他种类执行元件113

6.3执行元件的控制与驱动114

6.3.1步进电动机的控制与驱动114

6.3.2直流伺服电动机的控制与驱动116

6.4伺服系统设计118

6.4.1伺服系统设计方案118

6.4.2机械系统设计计算121

6.4.3系统误差分析124

思考题126

第7章 机电一体化系统设计应用实例127

7.1机电一体化系统设计要点127

7.1.1基本开发思路127

7.1.2用户要求128

7.1.3功能要素和功能模块129

7.1.4接口设计要点129

7.1.5系统整体方案拟定和评价130

7.1.6制作与调试131

7.2电动机变频控制应用技术131

7.2.1常用分类131

7.2.2工作原理131

7.2.3调节方法134

7.3视觉传感式变量施药机器人135

7.3.1系统的组成135

7.3.2工作原理136

7.3.3设计模块137

7.4步进电动机单片机控制137

7.4.1步进电动机的工作原理138

7.4.2基于AT89C2051步进电动机驱动器系统电路原理139

7.4.3软件设计140

7.5基于单片机的流水灯控制143

7.5.1基本功能143

7.5.2硬件设计143

7.5.3硬件最小系统143

7.5.4软件设计146

7.6空气压缩机变频控制系统148

7.6.1技术要求148

7.6.2变频控制系统方案设计148

7.6.3系统电路图及控制方式148

7.6.4系统设备配置清单150

7.6.5控制系统数据采集功能150

7.6.6控制系统的监控和保护功能151

思考题151

参考文献152