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第1章　概论1

1.1　机电一体化的基本概念2

1.1.1　机电一体化系统的功能构成及定义2

1.1.2　机电一体化系统的结构要素4

1.1.3　机电一体化产品的分类7

1.2　机电一体化关键技术8

1.2.1　机械设计技术8

1.2.2　计算机与信息处理技术9

1.2.3 自动控制技术9

1.2.4　传感与检测技术9

1.2.6　机电一体化总体设计技术10

1.2.5　执行与驱动技术10

1.3　机电一体化的发展概况11

1.3.1 国内外机电一体化发展状况11

1.3.2　机电一体化技术的理论发展12

1.3.3　数控技术与机器人技术13

1.3.4　新型的MEMS系统15

本章小结17

思考练习17

第2章　机械系统设计技术18

2.1　机械设计概述19

2.1.1　机电一体化对机械系统的要求19

2.2　传动部件设计20

2.1.2　机械系统的组成20

2.2.1 带传动21

2.2.2　谐波齿轮传动25

2.2.3　滚珠螺旋传动27

2.3　轴系30

2.3.1 轴31

2.3.2　轴毂联结35

2.3.3 轴承36

2.4　支撑件设计40

2.4.1 导向支撑部件41

2.4.2　旋转支撑部件46

2.4.3　机架与机座49

2.4.4　润滑与润滑剂51

2.5　执行机构设计54

2.5.1 微动机构54

2.5.2　定位机构56

2.5.3　数控机床回转刀架57

2.5.4　工业机器人末端执行器58

本章小结61

思考练习61

第3章　检测与传感系统设计技术62

3.1.1　传感器的组成63

3.1　传感器的组成和分类63

3.1.2　传感器的分类64

3.1.3　传感器的性能指标及选用原则66

3.2　常见传感器及其工作原理67

3.2.1　光电编码器67

3.2.2　光栅尺70

3.2.3 电阻应变计73

3.2.4　温度传感器76

3.2.5　霍尔效应线位移传感器80

3.2.6　超声波传感器81

3.2.7　传感器的发展趋势82

3.3.1　模拟信号处理84

3.3　检测数据的处理方法84

3.3.2　数字信号处理86

3.3.3　信号调制与解调89

3.4　传感器信号的计算机检测技术96

3.4.1　传感器的测量电路96

3.4.2　传感器的计算机接口97

3.4.3 传感器在机电一体化系统中的应用实例——车载信息系统102

本章小结104

思考练习105

第4章　接口设计概述106

4.1.2　接口设计的任务及主要类型107

4.1 接口设计概述107

4.1.1　接口的基本概念107

4.1.3　接口设计的基本原则及要求108

4.2　常用总线109

4.2.1 ISA总线110

4.2.2 VESA总线114

4.2.3 PCI总线115

4.2.4 AGP标准119

4.2.5 STD总线119

4.3　人机接口122

4.3.1　输入接口123

4.3.2　输出接口125

4.4　机电接口127

4.4.1　输入接口128

4.4.2　输出接口128

本章小结129

思考练习130

第5章　机电一体化控制系统设计技术131

5.1　控制系统概述132

5.1.1　控制系统的组成及其特点132

5.1.2　控制系统的分类133

5.1.4　控制系统的设计步骤134

5.1.3　控制系统的几种实现方式134

5.2　系统数学模型135

5.2.1　输入－输出模型136

5.2.2　状态模型138

5.2.3　传递函数140

5.2.4　传递函数与状态方程的转换143

5.2.5　方框图144

5.3　系统响应147

5.3.1 时间响应147

5.3.2　频率响应151

5.3.3　性能指标154

5.4.1　传统控制策略155

5.4　系统的控制策略155

5.4.2　现代控制策略156

5.4.3　智能控制策略159

5.4.4　控制策略的相互渗透和结合162

5.5　微机控制装置的设计163

5.5.1　控制装置及微机的选择164

5.5.2　提高系统控制装置的可靠性165

5.6　数字控制器的设计167

5.6.1　PID数字控制器167

5.6.2　Smith数字控制器172

5.6.3　最少拍无差系统的设计173

本章小结176

思考练习176

第6章　机电一体化系统的执行与驱动技术179

6.1　基本概念180

6.1.1　执行元件的特点及类型180

6.1.2　机电控制系统对执行元件的要求181

6.2　步进电机的工作原理及驱动方法182

6.2.1　步进电机的工作原理及特性183

6.2.2　步进电机的驱动方法187

6.3.1　直流伺服电机的分类与特性190

6.3　直流伺服电机的工作原理及驱动方法190

6.3.2　直流伺服电动机的驱动方法194

6.4　交流伺服电机的工作原理及驱动方法195

6.4.1　交流伺服电机的分类特性196

6.4.2　交流伺服电机的工作原理与驱动197

6.4.3　机电一体化系统常用控制用电机性能比较201

6.5　液压执行元件的特性与选择方法203

6.5.1　液压泵203

6.5.2　液压缸205

6.5.3　液压电机207

6.5.4　液压执行元件的选择方法208

思考练习211

本章小结211

第7章　多机与网络通信212

7.1　基本概念、功能、分类和性能参数213

7.1.1　基本概念和功能213

7.1.2　分类213

7.1.3　性能参数215

7.2　多机系统总线216

7.2.1 单总线216

7.2.2 I2C总线219

7.2.3 ULAN总线224

7.2.4　位总线227

7.2.5　CAN总线233

7.2.6　以太网体系结构与网络协议233

7.3　工业控制网238

7.3.1　工业控制网概述238

7.3.2　工业控制网的网络协议分层结构240

7.3.3　工业控制网设计的一般内容241

本章小结242

思考练习242

第8章　机电一体化系统总体设计243

8.1　概述244

8.1.1　总体设计的概念与过程描述244

8.1.2　总体设计的原则与方法246

8.1.3 总体设计中的关键因素248

8.2　特性、性能指标分析以及功能和性能指标分配251

8.2.1　机电一体化系统的特性指标分析251

8.2.2　机电一体化系统的功能与性能指标分配254

8.2.3　机电一体化系统的性能评价256

8.3　机电一体化设计方法258

8.3.1　机电一体化系统的设计与优化方法258

8.3.2　机电一体化系统的可靠性设计方法263

本章小结266

思考练习266

第9章　机电一体化系统设计指导267

9.1　机电一体化系统的设计思路与开发过程268

9.1.1　机电一体化系统分析268

9.1.2　机电一体化系统设计原则269

9.1.3　机电一体化系统设计过程270

9.2　机电一体化产品开发实例及应用276

9.2.1　模糊控制洗衣机设计276

9.2.2　变频式空调器设计思路与开发过程283

9.2.3　基于GPS的交通管理系统292

本章小结299

思考练习299

参考文献300