機(jī)電控制系統(tǒng)

第一章　機(jī)電控制系統(tǒng)概述

第一節(jié)　定義

第二節(jié)　自動(dòng)控制系統(tǒng)示例

第三節(jié)　對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求

習(xí)題與思考題

第二章　檢測(cè)與傳感器

第一節(jié)　概述

第二節(jié)　電阻應(yīng)變式傳感器

第三節(jié)　電容式傳感器

第四節(jié)　電感式傳感器

第五節(jié)　壓電式傳感器

第六節(jié)　光電式傳感器

第七節(jié)　熱電偶傳感器

第八節(jié)　數(shù)字式傳感器

第九節(jié)　傳感器的正確選用和使用

習(xí)題與思考題

第三章　機(jī)電控制系統(tǒng)的分析方法

第一節(jié)　數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)　控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

第三節(jié)　系統(tǒng)分析

習(xí)題與思考題

第四章　自動(dòng)控制的基本規(guī)律及調(diào)節(jié)器

第一節(jié)　雙位控制

第二節(jié)　比例控制

第三節(jié)　積分控制

第四節(jié)　比例積分控制

第五節(jié)　微分控制

第六節(jié)　比例積分微分控制

第七節(jié)　DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器

習(xí)題與思考題

第五章　單回路控制系統(tǒng)

第一節(jié)　單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

第二節(jié)　單回路控制系統(tǒng)的投運(yùn)及調(diào)節(jié)器

參數(shù)的整定

習(xí)題與思考題

第六章　微型計(jì)算機(jī)工業(yè)控制概述

第一節(jié)　微型計(jì)算機(jī)工業(yè)控制發(fā)展概況

第二節(jié)　微機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)的組成

第三節(jié)　微機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)的分類

習(xí)題與思考題

第七章　數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

第一節(jié)　PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)

第二節(jié)　單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)

第三節(jié)　PID算法的幾種發(fā)展

第四節(jié)　PID參數(shù)的整定

習(xí)題與思考題

第八章　電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

第一節(jié)　直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

第二節(jié)　交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

第三節(jié)　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

習(xí)題與思考題

第九章　工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)

第一節(jié)　工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成與分類

第二節(jié)　工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)程序控制

第三節(jié)　工業(yè)機(jī)器人的示教控制

第四節(jié)　工業(yè)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

習(xí)題與思考題

第十章　機(jī)床數(shù)控技術(shù)

第一節(jié)　基本概念

第二節(jié)　開環(huán)數(shù)值控制插補(bǔ)

第三節(jié)　機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)實(shí)例

習(xí)題與思考題

附錄　鎳鉻一鎳硅（鎳鋁）熱電偶分度表

機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)到某一特定位置接通電源開關(guān)，完成另一個(gè)工作，就是最簡(jiǎn)單的機(jī)電控制系統(tǒng)。如果再加上智能判別，就可以完成較復(fù)雜的工作。例如，你家別墅有個(gè)停車庫(kù)，當(dāng)你將車開到距離車庫(kù)門5米遠(yuǎn)的地方，地上的開關(guān)接通電源后，將車庫(kù)門開啟，你可以將車開入車庫(kù)中存好。如果加上智能判別，只有你和你的家人的車才可進(jìn)入車庫(kù)，別人是不可能打開車庫(kù)門的。

本書內(nèi)容包括：機(jī)電控制系統(tǒng)的基本概念、組成及分類；機(jī)電控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)及傳感器的選擇方法；機(jī)電控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及控制系統(tǒng)的分析方法；自動(dòng)控制的基本規(guī)律及調(diào)節(jié)器；單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法；微機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)的組成；數(shù)字調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)；典型機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)例等。

本書參照勞動(dòng)部頒發(fā)的中級(jí)技術(shù)工人技術(shù)等級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)及職業(yè)技能鑒定規(guī)范，并結(jié)合中等專業(yè)學(xué)校、職業(yè)學(xué)校的特點(diǎn)編寫，可以作為中等專業(yè)學(xué)校、中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)教材，也可作為機(jī)械行業(yè)技術(shù)人員崗位培訓(xùn)教材及自學(xué)用書。

機(jī)電控制系統(tǒng)的控制任務(wù)主要在于使得被控制對(duì)象的控制值等于目標(biāo)值，而在實(shí)際控制過程當(dāng)中，這種類似于“監(jiān)察”的基本任務(wù)是利用專門的機(jī)電傳感裝置來實(shí)現(xiàn)的。其中響應(yīng)比較分析的任務(wù)則是通過系統(tǒng)的控制裝置來完成的，執(zhí)行階段則有專門的執(zhí)行裝置予以落實(shí) 。2100433B

【機(jī)電控制工程】 是一門結(jié)合這一學(xué)科領(lǐng)域的最新發(fā)展的專業(yè)技術(shù)課程，這門課程主要討論的對(duì)象是機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電控制，特別是自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將控制元件的內(nèi)容結(jié)合系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制結(jié)合模擬控制一起敘述；增加了科研中得到的實(shí)際典型系統(tǒng)介紹；本課程對(duì)控制工程的理論體系更加完整，內(nèi)容更加充實(shí)新穎，理論與實(shí)際聯(lián)系更加緊密。

本課程第1章基礎(chǔ)知識(shí)，介紹術(shù)語(yǔ)定義、典型機(jī)電控制系統(tǒng)、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、性能指標(biāo)分析及控制器設(shè)計(jì)。第2章受控機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)將受控機(jī)械系統(tǒng)分為平移、定軸旋轉(zhuǎn)、定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)、多剛體以及微型機(jī)電系統(tǒng)，分別采用各種動(dòng)力學(xué)原理建立它們的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。第3章電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制，討論直流電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)及交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理、特性、數(shù)學(xué)模型以及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制方法。第4章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制，介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理、特性、主要控制部件、速度與位置控制方法以及閉環(huán)控制技術(shù)。第5章伺服系統(tǒng)分析與綜合，討論伺服系統(tǒng)方案、性能分析、控制器改進(jìn)設(shè)計(jì)、數(shù)字控制器硬件配置以及閉環(huán)系統(tǒng)控制軟件。

《機(jī)電控制系統(tǒng)》主要內(nèi)容有機(jī)電控制系統(tǒng)概述、電力電子簡(jiǎn)介、通用變頻器原理及功能、現(xiàn)場(chǎng)總線通信、PLC和變頻器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既可以反映現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)，又能滿足工科學(xué)生的本科教學(xué)要求，能使學(xué)生學(xué)到應(yīng)用于生產(chǎn)第一線的先進(jìn)知識(shí)，為畢業(yè)后進(jìn)入社會(huì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

機(jī)械原理、電工學(xué)、測(cè)試技術(shù)、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)、微機(jī)原理及應(yīng)用、單片機(jī)接口及其應(yīng)用、機(jī)械電氣電子控制技術(shù)、機(jī)電伺服控制技術(shù)；

后續(xù)課程：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用，DSP的原理及應(yīng)用，PLC原理及其應(yīng)用等。

序

前言

第1章 概論

1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的基本概念及發(fā)展概況

1.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)

1.1.2 控制的基本概念

1.1.3 機(jī)電控制基本理論

1.1.4 機(jī)電控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成

1.2.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2.2 控制裝置

1.2.3 執(zhí)行裝置

1.2.4 傳感器

1.2.5 機(jī)械部分

l.3 機(jī)電控制系統(tǒng)的基本控制方式

1.3.1 開環(huán)控制方式

1.3.2 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式

1.3.3 復(fù)合控制方式

1.4 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求和指標(biāo)

1.4.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求

1.4.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

第2章 機(jī)電控制系統(tǒng)的分析方法

2.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念

2.1.2 系統(tǒng)的微分方程式

2.1.3 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化

2.1.4 傳遞函數(shù)

2.1.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

2.1.6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的時(shí)域分析

2.2.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

2.2.2 系統(tǒng)的時(shí)域分析

2.3 控制系統(tǒng)的頻域分析

2.3.1 頻率特性和頻域分析

2.3.2 頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系

2.3.3 對(duì)數(shù)幅頻和對(duì)數(shù)相頻特性

2.3.4 漸近對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性

2.4 典型環(huán)節(jié)波特圖

2.4.1 比例環(huán)節(jié)

2.4.2 積分環(huán)節(jié)

2.4.3 微分環(huán)節(jié)

2.4.4 延遲環(huán)節(jié)

2.4.5 慣性環(huán)節(jié)

2.4.6 振蕩環(huán)節(jié)

第3章 機(jī)電控制系統(tǒng)中的檢測(cè)技術(shù)

3.1 傳感器的組成及分類

3.1.1 傳感器的組成

3.1.2 傳感器的分類

3.1.3 傳感器的一般特性

3.2 常用位移傳感器及其應(yīng)用

3.2.1 電容式位移傳感器

3.2.2 電感式位移傳感器

3.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器

3.2.4 感應(yīng)同步器

3.2.5 光柵位移傳感器

3.2.6 磁柵位移傳感器

3.3 常用速度傳感器

3.3.1 直流測(cè)速機(jī)

3.3.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器

3.3.3 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

3.3.4 霍爾式傳感器

3.4 力傳感器

3.4.1 電阻應(yīng)變式傳感器

3.4.2 壓電式傳感器

3.5 物位傳感器

3.5.1 液位傳感器

3.5.2 靜壓式液位傳感器

3.6 紅外、圖像與光纖傳感器

3.6.1 紅外傳感器

3.6.2 CCD圖像傳感器

3.6.3 光纖傳感器

第4章 機(jī)電控制系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置

4.1 概述

4.1.1 執(zhí)行裝置的構(gòu)成

4.1.2 執(zhí)行裝置的分類及特點(diǎn)

4.1.3 機(jī)電控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求

4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

4.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

4.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特性

4.2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制

4.2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

4.2.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用

4.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)及控制

4.3.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其分類

4.3.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理

4.3.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求及選用

4.3.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

4.3.5 晶體管直流脈寬(PWM)調(diào)速系統(tǒng)

4.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)及控制

4.4.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的分類和特點(diǎn)

4.4.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理

4.4.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理

4.4.4 交流變頻調(diào)速技術(shù)的分類與特點(diǎn)

4.4.5 脈寬調(diào)制(PWM)原理

4.4.6 弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器

4.4.7 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇

4.4.8 交流伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向

4.5 液壓控制系統(tǒng)

4.5.1 液壓傳動(dòng)的基本原理

4.5.2 液壓系統(tǒng)的組成

4.5.3 液壓伺服系統(tǒng)

4.5.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)展概況

4.5.5 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.6 氣動(dòng)控制系統(tǒng)

4.6.1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成及特點(diǎn)

4.6.2 壓縮空氣的產(chǎn)生及凈化處理

4.6.3 氣動(dòng)控制閥

4.6.4 氣動(dòng)執(zhí)行元件

第5章 機(jī)電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制

5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

5.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

5.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

5.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

5.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)方法

5.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法

5.2.2 Z變換

5.2.3 控制器的離散化方法

5.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散設(shè)計(jì)方法

5.3.1 離散設(shè)計(jì)法

5.3.2 最小拍無差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.3.3 無紋波最小拍無差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.3.4 非最小拍無差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.4 PID控制算法

5.4.1 模擬PID調(diào)節(jié)器

5.4.2 PID算法的實(shí)現(xiàn)

5.4.3 PID算法的改進(jìn)

5.4.4 PID算式參數(shù)整定

5.5 機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的微處理器

5.5.1 MCS--51系列單片微機(jī)

5.5.2 MCS--96系列單片微機(jī)

5.5.3 DSP

5.5.4 可編過程控制器

第6章 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)實(shí)例

6.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

6.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

6.1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

6.2 摹于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)

6.2.1 概述

6.2.2 恒壓供水系統(tǒng)工作原理

6.2.3 恒壓供水系統(tǒng)性能

6.3 注塑機(jī)變頻微機(jī)控制系統(tǒng)

6.3.1 引言

6.3.2 注塑機(jī)變頻調(diào)速微機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)2100433B

《現(xiàn)代機(jī)電控制系統(tǒng)》介紹了現(xiàn)代制造業(yè)普遍使用的幾種機(jī)電控制系統(tǒng)，包括數(shù)控系統(tǒng)、可編程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)線控制和物流控制系統(tǒng)等。在數(shù)控系統(tǒng)中，提出了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)概念以及用信息流方法分析閉環(huán)和開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的原理。另外，數(shù)控化改造、數(shù)控生產(chǎn)線控制和物流自動(dòng)化等內(nèi)容在目前出版物中尚不多見、值得借鑒。

《現(xiàn)代機(jī)電控制系統(tǒng)》適合現(xiàn)代制造業(yè)從事機(jī)電控制的工程技術(shù)人員使用，也可作為相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的專業(yè)教材。

本書內(nèi)容注重系統(tǒng)性，書中既闡述了機(jī)電系統(tǒng)所涉及的基本概念和理論，又結(jié)合實(shí)例分析；既適于初學(xué)者循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)，又適于資深讀者有選擇地參閱。全書由6章構(gòu)成。第1、2章為基礎(chǔ)知識(shí)，主要介紹機(jī)電控制的基本概念，系統(tǒng)構(gòu)成及機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性；第3、4章介紹機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的檢測(cè)元件和驅(qū)動(dòng)元件；第5章介紹機(jī)電控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)方法；第6章通過實(shí)例，幫助讀者深刻理解機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，將理論和實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系起來。

本書依據(jù)國(guó)家職業(yè)技能鑒定規(guī)范，參照深圳市電工、電梯、制冷(模塊化)技師職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)地闡述了機(jī)電控制系統(tǒng)的基本原理、方法與應(yīng)用，并從機(jī)電控制系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中涉及到的內(nèi)容，先后分別介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法、執(zhí)行元件和檢測(cè)元件等內(nèi)容，使讀者對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成、分析設(shè)計(jì)、常用控制算法及實(shí)現(xiàn)手段等有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，提高讀者綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，為令后設(shè)計(jì)、開發(fā)新的機(jī)電控制系統(tǒng)或裝備奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

本書可用于電工等工種技師培訓(xùn)，同時(shí)可作為高等職業(yè)院校、技師學(xué)院機(jī)電工程專業(yè)的教材或參考書，也可供從事機(jī)電系統(tǒng)(產(chǎn)品)開發(fā)、維護(hù)的廣大科技人員閱讀。