機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計圖書目錄

目錄

序

前言

第1章 概述

1.1 機(jī)電一體化的概念和主要特征

1.1.1 機(jī)電一體化的基本概念

1.1.2 機(jī)電一體化技術(shù)的主要特征

1.1.3 機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)

1.2 機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 機(jī)電一體化的作用

1.2.2 機(jī)電一體化的目的

1.2.3 機(jī)電一體化的社會經(jīng)濟(jì)效益

1.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成

1.3.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成要素

1.3.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的功能構(gòu)成

1.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類

1.4.1 按機(jī)電一體化產(chǎn)品的用途(服務(wù)領(lǐng)域)分類

1.4.2 按機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能分類

1.4.3 按機(jī)電結(jié)合程度和形式分類

1.5 機(jī)電一體化的展望

1.5.1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略1.5.2 機(jī)電一體發(fā)展趨勢

習(xí)題與思考題

第2章 機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)

2.1.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法

2.1.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計類型

2.1.3 機(jī)電一體化總體設(shè)計的主要內(nèi)容

2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程

2.2.1 機(jī)電一體化產(chǎn)品基本開發(fā)工程路線

2.2.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計工作流程

2.3 系統(tǒng)評價與系統(tǒng)決策

2.4 系統(tǒng)調(diào)試

2.4.1 硬件調(diào)試

2.4.2 軟件調(diào)試

2.4.3 模擬調(diào)試

2.4.4 現(xiàn)場試運(yùn)行

2.5 抗干擾設(shè)計

2.5.1 干擾源

2.5.2 抗干擾措施

習(xí)題與思考題

第3章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計

3.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

3.1.1 精度和誤差的概念

3.1.2 減少誤差的方法

3.1.3 精度設(shè)計中的主要原則

3.2 傳動系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 傳動系統(tǒng)的作用

3.2.2 傳動系統(tǒng)的性能要求

3.2.3 傳動系統(tǒng)的類型

3.2.4 齒輪傳動

3.2.5 同步帶

3.2.6 滾珠絲杠副傳動機(jī)構(gòu)

3.2.7 其他機(jī)械傳動

3.3 機(jī)械設(shè)計中的基本問題

3.3.1 材料選擇

3.3.2 動平衡

3.4 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.4.1 軸與支撐

3.4.2 軸上零件的固定

3.4.3 聯(lián)軸器

3.4.4 制動器

3.5 滾動導(dǎo)軌

習(xí)題與思考題

第4章 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器

4.1 傳感器概述

4.1.1 傳感器的定義

4.1.2 傳感器的組成

4.1.3 傳感器的分類

4.2 位移傳感器

4.2.1 光柵式傳感器

4.2.2 編碼器

4.2.3 磁柵

4.2.4 感應(yīng)同步器

4.2.5 旋轉(zhuǎn)變壓器

4.3 速度傳感器分類

4.3.1 速度傳感器分類

4.3.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的速度傳感器

4.4 壓力傳感器

4.4.1 壓力檢測的方法

4.4.2 力檢測的基本方法

4.4.3 常用的壓力傳感器和力傳感器

4.5 溫度傳感器

4.5.1 測溫傳感器分類

4.5.2 一體化系統(tǒng)中常用的溫度計

4.6 視覺、傳感器

4.6.1 視覺傳感器

4.6.2 聽覺傳感器

習(xí)題與思考題

第5章 控制系統(tǒng)設(shè)計

5.1 控制系統(tǒng)的組成及其作用

5.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

5.3 控制系統(tǒng)中的輸入裝置

5.3.1 通用鍵盤的使用

5.3.2 矩陣鍵盤的使用

5.4 控制系統(tǒng)中的信息顯示

5.4.1 CRT顯示

5.4.2 數(shù)碼管顯示

5.5 控制系統(tǒng)中的信息輸入、輸出

5.5.1 并行輸入/輸出

5.5.2 串行輸入/輸出

5.6 控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理

5.6.1 數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理

5.6.2 數(shù)字濾波

習(xí)題與思考題

第6章 機(jī)電一體化系統(tǒng)控制

6.1 順序控制

6.1.1 實現(xiàn)順序控制的程序形式和工作方式

6.1.2 順序控制的實現(xiàn)

6.2 時間控制

6.2.1 時間繼電器

6.2.2 FX2系列PLC中的定時器

6.2.3 時間繼電器控制線路

6.2.4 (FX2系列)PLC定時指令及編程方法

6.3 速度控制

6.3.1 直流伺服系統(tǒng)的調(diào)速

6.3.2 交流伺服電動機(jī)的調(diào)速

6.4 軌跡控制

6.4.1 脈沖增量插補(bǔ)原理

6.4.2 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)原理

習(xí)題與思考題

第7章 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

7.1 工業(yè)機(jī)器人分類

7.2 工業(yè)機(jī)器人中的傳動

7.2.1 電力傳動

7.2.2 機(jī)械傳動

7.3 工來機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

7.3.1 機(jī)器人末端執(zhí)行器

7.3.2 機(jī)器人手腕

7.3.3 機(jī)器人手臂

7.4 機(jī)器人的計算機(jī)控制系統(tǒng)

7.4.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟、硬件的任務(wù)分配

7.4.2 示教盒、操作盤

7.4.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

7.4.4 示教、編程與再現(xiàn)

7.5 工業(yè)機(jī)器人作業(yè)實施

7.6 機(jī)器人語言

7.6.1 機(jī)器人編程語言和基本要求

7.6.2 機(jī)器人操作語言介紹

習(xí)題與思考題

第8章 機(jī)電一體化產(chǎn)品實例

8.1 灌裝封蓋機(jī)械

8.1.1 曲型灌裝封口機(jī)結(jié)構(gòu)分析

8.1.2 控制部分

8.2 自動檢測系統(tǒng)

8.2.1 概述

8.2.2 數(shù)控加工過程中的在線檢測

8.2.3 智能型聲發(fā)射刀具監(jiān)控儀AEM-2000

8.2.4 花鍵分度誤差自動檢測裝置

習(xí)題與思考題

附錄

附錄A 通用鍵盤布局和正常編碼

附錄B 與Shift、Ctrl組合的鍵盤編碼

附錄C 與Alt組合的鍵盤編碼

參考文獻(xiàn) 2100433B

本書是為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程編寫的規(guī)劃教材。從應(yīng)用角度出發(fā)，介紹了機(jī)電一體化產(chǎn)品組成和原理，產(chǎn)品特點(diǎn)；主要零部件和元器件的原理、作用和選用；主要控制元件與控制電路的介紹、分析、選擇；機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用實例等。書中內(nèi)容新穎、符合專業(yè)應(yīng)用要求。 全書共分8章，第1章介紹了機(jī)電一體化的概念和主要特征、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成、機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類；第2章介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計；第3章介紹子機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計；第4章介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器；第5章介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計；第6章介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)控制；第7章介紹工業(yè)機(jī)器人技術(shù)；第8章介紹了機(jī)電一體化產(chǎn)品。

機(jī)電一體化在大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)為代表的微電子技術(shù)高度發(fā)展、精密機(jī)械高速發(fā)展、機(jī)械與電子技術(shù)高度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從根本上改變了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，為人類帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 本書是為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計課程編寫的規(guī)劃教材。從應(yīng)用角度出發(fā)，介紹了機(jī)電一體化產(chǎn)品組成和原理，產(chǎn)品特點(diǎn)；主要零部件和元器件的原理、作用和選用；主要控制元件與控制電路的介紹、分析、選擇；機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用實例等。書中內(nèi)容新穎、符合專業(yè)應(yīng)用要求。 主要應(yīng)用內(nèi)容為數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、灌裝機(jī)和三種微機(jī)檢測系統(tǒng)，深淺適中，特別適合數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)和機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)使用。本書也可作為從事計算機(jī)控制、機(jī)電一體化工作的技術(shù)人員的參考資料。 通過本書的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生在全面了解典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)對一般機(jī)電一體化產(chǎn)品運(yùn)行原理、故障等初步分析、判斷的能力，提高初步的維護(hù)、維修能力，也為深入學(xué)習(xí)和從事機(jī)電一體化設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計方法、模型及概念： 建模、仿真及實現(xiàn)基礎(chǔ)》（原書第1~5章，以下簡稱“建模與仿真篇”）和《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計方法、模型及概念： 實現(xiàn)、控制及分析》（原書第6~12章和附錄，以下簡稱“控制與分析篇”）。譯者認(rèn)為，這是關(guān)于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計和分析的一本不可多得的權(quán)威著作，有很高的學(xué)術(shù)水準(zhǔn)，內(nèi)容全面豐富。書中不少內(nèi)容基于作者研究組的最新研究成果，有很強(qiáng)的創(chuàng)新。例如，基于通用機(jī)電變送器建模（建模與仿真篇第5章），給出了靜電（控制與分析篇第6章）、壓電（控制與分析篇第7章）、電磁以及電動力變送器（控制與分析篇第8章）的形式化描述。建模與仿真篇第5章介紹的通用機(jī)電變送器模型框架為一般了解電力耦合變送器的原理以及不同類型變送器物理原理的表示提供了方法論 。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點(diǎn)實驗室現(xiàn)有科研人員54人（教授19人，副教授13人，講師19人），其中天津特聘講座教授1人，天津市"131"創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程第二層次人選3人，第三層次人選13人，具備博士學(xué)位者43人，占到學(xué)術(shù)隊伍的80%，科研實力雄厚。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點(diǎn)實驗室的主要研究方向：

一、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)與控制

本方向主要研究帶柔性鉸鏈的微納米級操作機(jī)器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、并聯(lián)機(jī)器人理論與關(guān)鍵技術(shù)、移動機(jī)器人控制與制導(dǎo)、多傳感器融合技術(shù)以及基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作等。近幾年，本方向申報并獲批了多項國家自然科學(xué)基金及省部級科研基金，形成了堅實的后備科研梯隊。在國家基金委和天津市教委資助下,本團(tuán)隊成員先后出訪美國、法國、德國、英國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家，與美國、英國、澳大利亞、日本等多所國際著名大學(xué)和研究單位開展合作研究。經(jīng)過多年的人才培養(yǎng)與引進(jìn)，極大地促進(jìn)和提升了本團(tuán)隊的科研實力和水平，在微納操作機(jī)器人等方面的研究已經(jīng)達(dá)到了國際水平。目前學(xué)術(shù)梯隊更趨合理,在微納米操作機(jī)器人、并聯(lián)與移動機(jī)器人、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論研究與工程應(yīng)用等方面形成了突出的科研優(yōu)勢。

二、仿生設(shè)計理論與制造

本方向研究包括面向設(shè)計的仿生、面向制造的仿生和面向控制的仿生，探索仿生制造系統(tǒng)的自組織控制機(jī)制與方法，有選擇性的在設(shè)計、制造及控制過程中應(yīng)用這些原理和特征。制造技術(shù)與生物技術(shù)密切結(jié)合產(chǎn)生了仿生制造技術(shù)、生物反應(yīng)器、單分子技術(shù)平臺，催生了大量的新產(chǎn)品和新產(chǎn)業(yè)，成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的一個重要組成部分和前沿方向，在醫(yī)療與健康、節(jié)能與環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，目前實驗室具有自主研發(fā)的以直線電機(jī)為基礎(chǔ)的組合式多功能生物反應(yīng)器；音圈電機(jī)為動力的仿生雙頻載荷的組織工程裝置；以有限元為基礎(chǔ)的仿生設(shè)計技術(shù)；正在開發(fā)的多種單分子技術(shù)平臺，包括激光光鑷、生物膜力探針和單分子熒光成像平臺；實驗室配備有設(shè)計、制造相關(guān)的眾多檢測儀器，設(shè)備與儀器總價值270萬元，具備了良好的科研條件。

三、機(jī)電液一體化裝備集成

本方向緊密圍繞機(jī)電液一體化裝備集成的共性技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的理論研究與應(yīng)用開發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上的有機(jī)綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化，在關(guān)鍵零部件研究與系統(tǒng)開發(fā)方面形成了一個科研氛圍濃厚、創(chuàng)新能力突出的研究團(tuán)隊。目前本研究方向在港口及海洋工程的物理模擬實驗研究領(lǐng)域、鋼管在線高速精確切割技術(shù)、液壓機(jī)生產(chǎn)的高效和節(jié)能技術(shù)以及精密機(jī)械控制技術(shù)方面形成了“企業(yè)需求帶動、理論研究驅(qū)動、校企合作聯(lián)動”的科研特色，既做到了高?？蒲械摹绊斕炝⒌亍保怀隽死碚撗芯康纳疃扰c廣度，又切實做到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、推動產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合方面發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，本方向在機(jī)電液一體化裝備集成的共性技術(shù)研究方面積累了豐富的理論研究基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗。

天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計與智能控制重點(diǎn)實驗室先后承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家基金項目、天津市科委重點(diǎn)項目等90余項，企業(yè)項目80余項，累計實到科研經(jīng)費(fèi)7500余萬元，發(fā)表論文500余篇，被SCI、EI檢索163篇，獲得天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎等省部級獎5項，軟件著作權(quán)和發(fā)明專利34項。實驗室承辦了圖像與信號處理國際會議（2008 International Congress on Image and Signal Processing(CISP 2008)）及生物醫(yī)學(xué)工程與信息國際會議（2008 International Conference on Biomedical Engineering and Informatics(BMEI 2008）兩項國際會議，主辦了第124屆模糊科學(xué)研討會等4次學(xué)術(shù)交流會議，并參加了多次國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議。與美國、日本等多個國家的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)建立了穩(wěn)定的合作研究關(guān)系，進(jìn)行過多次人員互訪和學(xué)術(shù)交流。 2100433B

譯者引言（第1~5章簡介）

第6章功能實現(xiàn)：靜電變送器

6.1系統(tǒng)工程背景

6.2物理基礎(chǔ)

6.3通用靜電變送器

6.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.3.2靜電變送器本構(gòu)方程

6.3.3ELM二端口模型

6.3.4負(fù)載靜電變送器

6.3.5結(jié)構(gòu)原理

6.4具有電壓驅(qū)動與可變電極間距的變送器

6.4.1一般動態(tài)模型

6.4.2使用串聯(lián)電容增大運(yùn)動范圍

6.4.3使用串聯(lián)電阻的被動阻尼

6.5具有可變電極間距和電流驅(qū)動的變送器

6.6差動變送器

6.6.1通用變送器配置

6.6.2推推控制：機(jī)械對稱結(jié)構(gòu)

6.6.3推推控制：橫向梳形變送器

6.6.4推挽控制：靜電軸承

6.6.5推挽控制：軸對稱雙梳變送器

6.7具有恒定電極間距的變送器

6.7.1一般動態(tài)模型

6.7.2縱向梳形變送器

6.7.3采用線性級齒的梳形變送器

本章參考書目

第7章功能實現(xiàn)：壓電變送器

7.1系統(tǒng)工程背景

7.2物理基礎(chǔ)

7.3通用壓電變送器

7.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7.3.2壓電變送器的本構(gòu)方程

7.3.3ELM二端口模型

7.3.4負(fù)載壓電變送器

7.3.5結(jié)構(gòu)原理

7.4帶阻抗反饋的變送器

7.5機(jī)械諧振器

7.5.1比例工作和諧振工作

7.5.2超聲壓電電機(jī)

本章參考書目

第8章功能實現(xiàn)：電磁作用變送器

8.1系統(tǒng)工程背景

8.2物理基礎(chǔ)

8.3通用電磁變送器：可變磁阻

8.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

8.3.2電磁變送器的本構(gòu)方程

8.3.3ELM二端口模型

8.3.4負(fù)載電磁變送器

8.3.5結(jié)構(gòu)原理

8.3.6具有可變工作氣隙的電磁變送器

8.3.7差動電磁變送器：磁軸承

8.3.8具有恒定工作氣隙的電磁變送器

8.3.9磁阻步進(jìn)電機(jī)

8.4通用電動力變送器：洛倫茲力

8.4.1系統(tǒng)配置

8.4.2電動力變送器的本構(gòu)方程

8.4.3ELM二端口模型

8.4.4負(fù)載電動力變送器

8.4.5結(jié)構(gòu)原理

本章參考書目

第9章功能實現(xiàn)：數(shù)字信息處理

9.1系統(tǒng)工程背景

9.2定義

9.2.1參考結(jié)構(gòu)

9.2.2建模方法

9.3采樣

9.4混疊

9.5保持器

9.6采樣對象的頻率響應(yīng)

9.7振蕩系統(tǒng)中的混疊

9.8數(shù)字控制器

9.9變換頻域

9.10信號轉(zhuǎn)換

9.11數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

9.12實時性

9.13設(shè)計時要考慮的問題

本章參考書目

第10章控制理論

10.1系統(tǒng)工程背景

10.2一般的設(shè)計考慮

10.3建模不確定性

10.3.1多體系統(tǒng)參數(shù)不確定性

10.3.2未建模的本征模態(tài)

10.3.3寄生動態(tài)

10.4多體系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性

10.4.1穿越（或相交）形式的奈奎斯特判據(jù)

10.4.2使用尼柯爾斯圖的穩(wěn)定性分析

10.4.3彈性本征模的魯棒穩(wěn)定性

10.5頻域控制器的手工設(shè)計

10.5.1魯棒控制策略

10.5.2多體系統(tǒng)的通用控制器類型

10.5.3單位反饋下的暫態(tài)特性

10.5.4單質(zhì)振子的控制

10.5.5同位MBS控制

10.5.6非同位MBS控制

10.6隔振

10.6.1被動隔振

10.6.2主動隔振：天鉤原理

10.6.3主動檢測質(zhì)量阻尼器

10.7可觀性與可控性

10.7.1一般性質(zhì)

10.7.2相對坐標(biāo)下的MBS控制

10.7.3振蕩節(jié)點(diǎn)處的測量與執(zhí)行位置

10.8數(shù)字控制

10.8.1一般設(shè)計過程

10.8.2剛體主導(dǎo)的系統(tǒng)

10.8.3具有未建模本征模的系統(tǒng)

11.8.4數(shù)字控制器中的混疊

10.8.5測量噪聲的混疊

本章參考文獻(xiàn)

第11章隨機(jī)動態(tài)分析

11.1系統(tǒng)工程背景

11.2隨機(jī)系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

11.2.1隨機(jī)變量

11.2.2隨機(jī)時間函數(shù)與隨機(jī)過程

11.2.3具有隨機(jī)輸入的LTI系統(tǒng)

11.3白噪聲

11.4色噪聲

11.5噪聲源的建模

11.6協(xié)方差分析

本章參考書目

第12章設(shè)計評價：系統(tǒng)預(yù)算

12.1系統(tǒng)工程背景

12.2性能度量參數(shù)

12.3度量的線性預(yù)算

12.4度量的非線性預(yù)算

12.5產(chǎn)品精度

12.6非純一度量的預(yù)算編制

12.7使用預(yù)算的設(shè)計優(yōu)化

12.8設(shè)計示例 2100433B