第1章机电一体化概论11.1 机电一体化的概念11.1.1 机电一体化的发展历史11.1.2 机电一体化系统的特征21.1.3 机电一体化的意义51.2 机电一体化的技术基础61.2.1 机械设计和制造技术61.2.2 微电子技术61.2.3 传感器技术61.2.4 软件技术71.2.5 通信技术71.2.6 驱动技术71.2.7 自动控制技术71.2.8 系统技术81.3 机电一体化的发展及应用概况8习题与思考题10第2章精密机械技术112.1 概述112.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求112.1.2 机械系统的主要组成122.2 传动机构122.2.1 传动机构的性能要求122.2.2 精密传动机构——滚珠丝杠副122.2.3 齿轮传动182.2.4 同步带传动202.2.5 间歇传动222.3 导向机构232.3.1 导轨副的组成及种类232.3.2 导轨的基本要求242.3.3 滑动导轨副272.3.4 滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副312.3.5 静压导轨副332.4 执行机构342.4.1 执行机构及其技术特点342.4.2 电磁执行机构342.4.3 压电驱动器与超声电机392.4.4 微动机构472.4.5 液压机构512.4.6 气动机构57习题与思考题62第3章工业控制计算机643.1 概述643.1.1 机电一体化对控制系统的基本要求643.1.2 机电一体化控制系统的类型、特点与选用643.2 工控机的特点、组成及总线673.2.1 工控机及其特点673.2.2 工控机的组成673.2.3 工控机的ISA总线和PCI总线693.3 工控机的主板793.4 工控机的接口卡793.4.1 模拟量输入/输出卡793.4.2 数字量输入/输出卡853.4.3 运动控制卡853.4.4 RS-232/RS-485模块893.4.5 CAN总线接口卡913.5 工业组态软件943.5.1 工业组态软件简介943.5.2 工业组态软件设计的基本步骤963.5.3 工业组态软件的设备连接与测试963.5.4 工业组态软件的报警显示973.5.5 工业组态软件实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示973.5.6 工业组态软件的工程安全机制973.6 工控机与组态软件的应用98习题与思考题99第4章基于单片机的控制器1014.1 MCS-51单片机1014.2 模拟数据采集1014.2.1 传感器1024.2.2 多路模拟开关1024.2.3 放大器1034.2.4 采样/保持器1034.2.5 A/D转换器及其与单片机接口1034.3 模拟数据输出1124.4 功率输出1154.4.1 功率晶体管接口1154.4.2 光电耦合器隔离1164.4.3 双向晶闸管接口1174.5 单片机现场控制器1174.6 其他嵌入式处理器119习题与思考题120第5章可编程序控制器1225.1 顺序控制系统及其实现1225.1.1 顺序控制系统1225.1.2 顺序控制系统的实现1245.2 可编程序控制器基础1245.2.1 可编程序控制器的结构及分类1245.2.2 可编程序控制器的输入/输出模块1275.2.3 可编程序控制器的工作机制1305.2.4 可编程序控制器的编程语言1315.2.5 与其他顺序逻辑控制系统的比较1345.2.6 可编程序控制器的应用概况1355.3 三菱FX2N系列可编程序控制器及其指令系统1365.3.1 三菱可编程序控制器概述1365.3.2 三菱FX2N系列可编程序控制器的软组件及其功能1385.3.3 三菱FX2N系列可编程序控制器的指令系统1475.4 可编程序控制器的基本应用1595.4.1 PLC控制系统设计的基本内容和步骤1595.4.2 编程方法及编程规则与技巧1605.4.3 常用和基本环节编程1635.4.4 应用实例1685.5 可编程序控制器的高级应用1735.5.1 可编程序控制器的通信及网络1735.5.2 可编程序控制器的人机界面175习题与思考题176第6章传感器与计算机接口1796.1 概述1796.1.1 传感检测装置在机电一体化系统中的作用1796.1.2 传感检测装置的组成1796.2 机电一体化系统中的常用传感器1806.2.1 传感器的定义与分类1806.2.2 机电一体化系统中的常用传感器1806.2.3 智能传感器1936.3 传感器与计算机接口技术1946.3.1 数字型传感器与计算机的接口及实例1946.3.2 模拟型传感器与计算机的接口195习题与思考题197第7章动力驱动及其计算机控制1987.1 概述1987.1.1 机电一体化系统中执行装置的特点1987.1.2 电力电子技术在执行装置中的应用1987.1.3 机电传动系统建模1997.2 电力电子技术应用基础2037.2.1 晶闸管及其驱动电路2037.2.2 功率晶体管及其驱动电路2067.2.3 功率场效应晶体管及其驱动电路2087.2.4 IGBT及其驱动电路2117.3 直流传动控制系统2137.3.1 直流电机的晶闸管驱动控制2137.3.2 直流电机的全桥驱动控制2167.3.3 直流电机调速和伺服控制2177.4 交流传动控制系统2187.4.1 交流电机控制原理2187.4.2 交流伺服电机的驱动原理2197.5 步进传动控制系统2217.5.1 步进电机的原理和结构2217.5.2 步进电机控制223习题与思考题226第8章生产过程自动化技术2288.1 概述2288.1.1 基本概念2288.1.2 自动化制造系统的常见类型2298.2 自动化加工设备2318.2.1 组合机床2318.2.2 一般数控机床2318.2.3 车削中心2328.2.4 加工中心2338.3 工件储运系统2348.3.1 存储设备2348.3.2 工件输送装置2398.4 检验过程自动化2538.4.1 概述2538.4.2 加工过程中的自动检验装置2558.4.3 自动补偿装置2598.4.4 检验自动机2618.5 辅助设备2648.5.1 提升装置2648.5.2 分路装置2658.5.3 小零件的转向和定向装置2678.5.4 大零件的转位装置2698.5.5 断屑装置2718.6 自动化制造系统的控制系统2738.6.1 FMS的信息流2738.6.2 制造过程的协调控制2758.6.3 加工过程监控2798.7 计算机集成制造系统2798.7.1 基本定义2798.7.2 计算机集成制造系统的基本组成2798.7.3 计算机集成制造系统的递阶控制模式282习题与思考题284第9章机电一体化系统的常用控制策略2859.1 模拟PID调节器2859.2 数字PID控制器2869.2.1 数字PID位置型控制算法2869.2.2 数字PID增量型控制算法2889.3 数字PID控制算法的改进2909.3.1 积分分离PID控制算法2909.3.2 遇限削弱积分PID控制算法2929.3.3 不完全微分PID控制算法2939.3.4 微分先行PID控制算法2959.3.5 带死区的PID控制算法2969.4 数字PID控制技术的应用实例2979.4.1 直线电机的数字PID控制2979.4.2 运动控制系统中位置环数字PID控制算法的改进实现3009.5 其他智能控制3029.5.1 模糊控制3029.5.2 专家智能控制3179.5.3 自学习智能控制系统3189.5.4 基于神经网络的智能控制318习题与思考题319第10章机电一体化系统设计方法与实例32010.1 机电一体化系统设计方法学概论32010.1.1 机电一体化系统设计原则32010.1.2 机电一体化系统设计类型32110.1.3 机电一体化系统设计方法32110.1.4 机电一体化系统设计步骤32210.1.5 机电一体化系统的性能评价32510.2 基于单片机的机电一体化控制系统设计案例32710.2.1 基于89C52 单片机的连续纸胶印机控制系统32710.2.2 基于P87C591单片机的温室控制单元32910.2.3 基于压力平衡原理的汽车燃油检漏仪33010.3 基于PC机的机电一体化控制系统设计案例33210.3.1 基于机器视觉的晶振外壳缺陷在线抽检系统33210.3.2 基于PC的并联机床控制系统33410.3.3 基于PC的开放式数控系统33610.4 基于PLC的机电一体化控制系统设计案例33810.4.1 锅炉膜式水冷壁管屏自动焊接生产线控制系统33810.4.2 气动机械手控制系统34010.5 机器人及其控制系统设计案例34310.5.1 液压挖掘机器人分布式测控系统34310.5.2 多自由度机器人的结构与控制系统34510.5.3 高速并联机械手位置控制系统34610.6 机电一体化系统的综合设计实例34910.6.1 数控五轴联动激光加工机34910.6.2 机器人智能关节354习题与思考题363第一章1.什么是机电一体化？各国的主要观点有哪些？(P1~3)答：机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。
2.试述机电一体化技术与传统机电技术的区别。
(P2)答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。
机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。
机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。
3.试分析机电一体化系统的组成及相关技术。
(P1~3)答：机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。
其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。
现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。
4.一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？答：机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。
我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。