機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科系列規(guī)劃教

第1章緒論

1.1機(jī)械電氣自動控制的研究目的和研究任務(wù)

1.2機(jī)械電氣自動控制系統(tǒng)的組成和分類

1.2.1斷續(xù)控制、連續(xù)控制和數(shù)字控制系統(tǒng)

1.2.2開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.3機(jī)械電氣自動控制技術(shù)的發(fā)展

1.3.1電力拖動技術(shù)的發(fā)展

1.3.2邏輯控制技術(shù)的發(fā)展

1.3.3數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展

第2章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)

2.1機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式

2.1.1運(yùn)動方程式

2.1.2運(yùn)動方程式中轉(zhuǎn)矩方向的確定

2.2轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量、飛輪轉(zhuǎn)矩的折算

2.2.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算

2.2.2轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算

2.3生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性

2.3.1恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性

2.3.2恒功率型機(jī)械特性

2.3.3離心式通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性

2.3.4直線型機(jī)械特性

2.4機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

習(xí)題

第3章電動機(jī)的工作原理及機(jī)械特性

3.1直流電動機(jī)的工作原理及機(jī)械特性

3.1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

3.1.2直流電機(jī)的工作原理

3.1.3直流發(fā)電機(jī)

3.1.4直流他勵電動機(jī)的機(jī)械特性

3.1.5直流他勵電動機(jī)的啟動特性

3.1.6直流他勵電動機(jī)的調(diào)速特性

3.1.7直流他勵電動機(jī)的制動特性

3.2交流電動機(jī)的工作原理及機(jī)械特性

3.2.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

3.2.2三相異步電動機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路

3.2.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

3.2.4三相異步電動機(jī)的啟動特性

3.2線繞式異步電動機(jī)的啟動方法

3.2.6三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性

3.2.7三相異步電動機(jī)的制動特性

3.2.8單相異步電動機(jī)

3.2.9同步電動機(jī)

習(xí)題

第4章常用低壓電器及其選擇

4.1低壓電器的電磁機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

4.1.1電磁機(jī)構(gòu)

4.1.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)

4.2控制電器

4.2.1主令電器

4.2.2非自動控制電器

4.2.3自動控制電器

4.3執(zhí)行電器

4.3.1電磁鐵

4.3.2電磁夾具

4.3.3電磁離合器

4.4檢測電器

4.4.1速度繼電器

4.4.2行程開關(guān)

4.5保護(hù)電器

4.5.11熔斷器

4.5.2熱繼電器

4.5.3低壓斷路器

習(xí)題

第5章接觸器—繼電器控制系統(tǒng)

5.1電氣設(shè)備圖的繪制及閱讀方法

5.1.1電氣設(shè)備電路圖

5.1.2電氣設(shè)備接線圖

5.1.3電氣設(shè)備安裝圖

5.2接觸器一繼電器控制系統(tǒng)的基本控制電路

5.2.1三相異步電動機(jī)的啟動控制電路

5.2.2三相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路

5.2.3三相異步電動機(jī)的制動控制電路

5.2.4雙速電動機(jī)控制電路

5.2.5控制線路的其他基本環(huán)節(jié)

5.2.6電氣控制系統(tǒng)保護(hù)

5.3典型機(jī)械設(shè)備控制電路分析v

5.3.1C650_2型普通車床控制電路

5.3.2X62w萬能升降臺銑床控制電路

5.3.3Z3040型搖臂鉆床的控制電路

5.3.4組合機(jī)床控制電路

5.4接觸器一繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計

5.4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟

5.4.2電氣原理設(shè)計

5.4.3電氣工藝設(shè)計

習(xí)題

第6章可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)

6.1PLC的概述

6.1.1PLC的基本結(jié)構(gòu)

6.1.2PLC的工作原理

6.1.3PLC的主要特點和應(yīng)用

6.1.4PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較

6.2FX2N系列可編程序控制器及其指令系統(tǒng)

6.2.1FX2N系列可編程序控制器硬件配置

6.2.2FX2N系列可編程控制器的編程元件

6.2.3FX系列可編程控制器的編程語言

6.2.4FX2N系列可編程序控制器的基本指令

6.2.5梯形圖編程的基本規(guī)則

6.2.6FX2N系列可編程序控制器的功能指令

6.3PLG的程序設(shè)計方法

6.3.1常用典型單元的梯形圖

6.3.2梯形圖的經(jīng)驗設(shè)計法

6.3.3繼電器電路轉(zhuǎn)化設(shè)計法

6.3.4順序功能圖（SFC）設(shè)計法

6.3.5順序控制梯形圖的編程方式

6.3.6復(fù)雜控制系統(tǒng)的編程方式

6.4PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

6.4.1PLC控制系統(tǒng)的分析方法

6.4.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

6.4.3機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

6.4.4搖臂鉆床PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

習(xí)題

第7章交、直流調(diào)速系統(tǒng)

7.1調(diào)速方法及其性能指標(biāo)

7.1.1調(diào)速方法

7.1.2調(diào)速的性能指標(biāo)

7.2常見電力電子器件的開關(guān)特性

7.2.1電力電子器件的分類

7.2.2電力電子器件的開關(guān)特性

7.3直流電動機(jī)無級調(diào)速系統(tǒng)

7.3.1可控直流電源

7.3.2幾種常見的反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)

7.3.3無靜差調(diào)速系統(tǒng)

7.4交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

7.4.1變頻調(diào)速系統(tǒng)

7.4.2其他調(diào)速系統(tǒng)

習(xí)題

第8章步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)

8.1步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理及分類

8.1.1步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

8.1.2小步距角步進(jìn)電動機(jī)

8.1.3步進(jìn)電動機(jī)的分類

8.2步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電源

8.2.1步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式

8.2.2步進(jìn)電動機(jī)的環(huán)形分配器

8.2.3步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路

8.3步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性及主要技術(shù)指標(biāo)

8.3.1步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性

8.3.2步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性的影響因素

8.3.3步進(jìn)電動機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用

8.4步進(jìn)電動機(jī)的開、閉環(huán)控制

8.4.1步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制

8.4.2步進(jìn)電動機(jī)的閉環(huán)控制

8.5步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實例

8.5.1步進(jìn)電動機(jī)在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

8.5.2基于PLC的步進(jìn)電動機(jī)控制的應(yīng)用

習(xí)題

附錄

附錄A常用電氣圖形符號

附錄B常用電氣技術(shù)文字符號

附錄C常用低壓電器技術(shù)參數(shù)

附錄DFx系列PLC的內(nèi)部軟繼電器及編號

附錄E三菱Fx系列PLC功能指令一覽表

參考文獻(xiàn)

第1章 緒論

1.1 機(jī)電一體化概念

1.1.1 我國對機(jī)電一體化的理解

1.1.2 機(jī)電一體化技術(shù)的主要特征

1.1.3 機(jī)電一體化技術(shù)與其他技術(shù)的區(qū)別

1.2 機(jī)電一體化的共性關(guān)鍵技術(shù)

1.3 機(jī)電一體化的功能構(gòu)成原理及其組成要素

1.3.1 機(jī)電一體化的功能構(gòu)成原理

1.3.2 機(jī)電一體化的功能構(gòu)成要素

1.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計、廣義接口和控制軟件的作用

1.4.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1.4.2 廣義接口和控制軟件的作用

1.4.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)評價

1.5 機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類

1.6 機(jī)電一體化的特點及發(fā)展趨勢

1.7 本課程的目的和要求

習(xí)題與思考題

第2章 機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)

2.1 機(jī)電傳動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式

2.2 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算

2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的折算

2.2.2 轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)矩的折算

2.3 生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性

2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性

2.3.2 離心式通風(fēng)型機(jī)械特性

2.3.3 直線型機(jī)械特性

2.3.4 恒功率型機(jī)械特性

2.4 機(jī)電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

習(xí)題與思考題

第3章 機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)

3.1 基本功能與要求

3.2 機(jī)械參數(shù)對伺服系統(tǒng)性能的影響

3.2.1 摩擦的影響

3.2.2 傳動間隙的影響

3.2.3 系統(tǒng)固有頻率ωn和系統(tǒng)阻尼比ξ

3.3 傳動機(jī)構(gòu)

3.3.1 傳動機(jī)構(gòu)的主要功能與分類

3.3.2 幾種典型傳動機(jī)構(gòu)

3.4 導(dǎo)向支承機(jī)構(gòu)

3.4.1 主要功能與分類

3.4.2 幾種典型導(dǎo)軌

3.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3.5.1 主要功能與分類

3.5.2 幾種典型執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3.6 機(jī)座或機(jī)架

3.6.1 機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求

3.6.2 機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

習(xí)題與思考題

第4章 電學(xué)基礎(chǔ)

4.1 測量

4.1.1 測量系統(tǒng)概述

4.1.2 測量系統(tǒng)的組成

4.1.3 測量方法

4.2 傳感器及其基本特征

4.2.1 傳感器及其組成

4.2.2 傳感器分類

4.2.3 傳感器的靜態(tài)特性

4.2.4 傳感器的動態(tài)特性

4.3 位移傳感器

4.3.1 電感式傳感器

4.3.2 電容式位移傳感器

4.3.3 光柵

4.3.4 感應(yīng)同步器

4.4 速度、加速度傳感器

4.4.1 直流測速機(jī)

4.4.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器

4.4.3 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

4.4.4 加速度傳感器

4.5 力、壓力和轉(zhuǎn)矩傳感器

4.5.1 測力傳感器

4.5.2 壓力傳感器

4.5.3 轉(zhuǎn)矩傳感器

4.6 位置傳感器

4.6.1 接觸式位置傳感器

4.6.2 接近式位置傳感器

4.7 溫度傳感器

4.7.1 熱電偶傳感器

4.7.2 熱電阻傳感器

4.7.3 半導(dǎo)體PN結(jié)

4.8 其他傳感器

4.8.1 霍爾式傳感器

4.8.2 光纖傳感器

4.8.3 超聲波傳感器

4.9 測試信號調(diào)理電路

4.9.1 濾波電路

4.9.2 比例電路

4.9.3 積分電路

4.9.4 微分電路

4.9.5 信號隔離

4.9.6 幾種典型傳感器的信號調(diào)理電路

4.10 電力電子器件

4.10.1 電力電子器件的特點

4.10.2 電力電子器件的分類

4.10.3 結(jié)型功率二極管

4.10.4 晶閘管

4.10.5 門極可關(guān)斷晶閘管

4.10.6 電力晶體管

4.10.7 功率場效應(yīng)晶體管

4.10.8 絕緣柵雙極型晶體管

習(xí)題與思考題

第5章 控制與計算機(jī)基礎(chǔ)

5.1 控制的基本功效與要求

5.2 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

5.3 控制系統(tǒng)中的典型環(huán)節(jié)

5.3.1 一階環(huán)節(jié)

5.3.2 二階環(huán)節(jié)

5.4 集成電路與計算機(jī)

5.4.1 集成電路與常用芯片

5.4.2 處理器

5.5 計算機(jī)接口

5.5.1 數(shù)據(jù)緩沖接口

5.5.2 CPU命令接口

5.5.3 信號轉(zhuǎn)換接口

5.5.4 設(shè)備選擇接口

5.5.5 中斷管理接口

5.5.6 數(shù)據(jù)寬度變換接口

5.5.7 功能可編程接口

習(xí)題與思考題

第6章 伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)

6.1 基本結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)

6.1.1 伺服系統(tǒng)及其分類

6.1.2 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

6.1.3 伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)

6.2 步進(jìn)伺服驅(qū)動

6.2.1 步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)

6.2.2 步進(jìn)電動機(jī)工作原理

6.2.3 環(huán)形分配器

6.2.4 驅(qū)動電路

6.2.5 工程中需要注意的問題

6.3 直流伺服驅(qū)動

6.3.1 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)

6.3.2 直流電動機(jī)工作原理

6.3.3 直流電動機(jī)機(jī)械特性

6.3.4 直流電動機(jī)的啟動

6.3.5 直流電動機(jī)的調(diào)速

6.3.6 直流電動機(jī)的制動

6.3.7 ACR有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

6.3.8 ACR無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

6.3.9 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)

6.4 交流伺服驅(qū)動

6.4.1 感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)

6.4.2 感應(yīng)電動機(jī)工作原理

6.4.3 感應(yīng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場

6.4.4 定子繞組線端連接方式

6.4.5 感應(yīng)電動機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路

6.4.6 感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性

6.4.7 感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速方式

6.4.8 感應(yīng)電動機(jī)的矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)

6.5 伺服系統(tǒng)

6.5.1 系統(tǒng)性能分析

6.5.2 位置指令信號分析

6.5.3 位置指令值的修正

6.5.4 脈沖比較的進(jìn)給伺服系統(tǒng)

6.5.5 相位比較的進(jìn)給伺服系統(tǒng)

6.5.6 幅值比較的進(jìn)給伺服系統(tǒng)

習(xí)題與思考題

參考文獻(xiàn)2100433B

《機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科系列規(guī)劃教材:機(jī)械電氣自動控制》系統(tǒng)地介紹了典型的機(jī)械電氣自動控制系統(tǒng)——接觸器—繼電器和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，同時介紹了交、直流調(diào)速和步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)，采用了最新電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

全書共8章：第1章緒論，第2章機(jī)電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)，第3章電動機(jī)的工作原理及機(jī)械特性，第4章常用低壓電器及其選擇，第5章接觸器—繼電器控制系統(tǒng)，第6章可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)，第7章交、直流調(diào)速系統(tǒng)，第8章步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)。

《機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科系列規(guī)劃教材:機(jī)械電氣自動控制》可作為機(jī)械電子工程、機(jī)械工程及自動化專業(yè)、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械電氣自動控制技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可作為高職高?；蛑袑?、技校的教學(xué)人員及有關(guān)的工程技術(shù)人員的參考書。

《機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科系列規(guī)劃教材:機(jī)電一體化基礎(chǔ)》由向中凡，肖繼學(xué)主編，重慶大學(xué)出版社出版。機(jī)電一體化是一門融機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、測控技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)于一體的學(xué)科?！稒C(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科系列規(guī)劃教材:機(jī)電一體化基礎(chǔ)》可作為本科院校機(jī)械電子工程專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)的教材，也可供研究生及從事機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計、制造與研究工程技術(shù)人員作參考書。

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化考研方向

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)可以選擇機(jī)械制造及其自動化、機(jī)械設(shè)計及理論、車輛工程、機(jī)械電子工程、材料加工工程等方向攻讀研究生 。

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化就業(yè)方向

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)主要在機(jī)械、汽車、航空航天、能源、化工、電子、材料、冶金等行業(yè)領(lǐng)域，從事機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運(yùn)行管理和經(jīng)營銷售等方面的工作 。

• 學(xué)制與學(xué)位

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)基本學(xué)制為四年，總學(xué)分建議150~190學(xué)分。各高?？筛鶕?jù)具體情況自行設(shè)定。

• 業(yè)務(wù)能力

（1）具有數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和機(jī)械設(shè)計制造及其自動化科學(xué)知識的應(yīng)用能力。

（2）具有制定實驗方案、進(jìn)行實驗、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力。

（3）具有設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)、部件和過程的能力。

（4）具有對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化問題進(jìn)行系統(tǒng)表達(dá)、建立模型、分析求解和論證的能力。

（5）具有在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化實踐中選擇、運(yùn)用相應(yīng)技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具的能力。

（6）具有在多學(xué)科團(tuán)隊中發(fā)揮作用的能力和人際交流能力。

（7）能夠理解、評價機(jī)械設(shè)計制造及其自動化實踐對世界和社會的影響，具有可持續(xù)發(fā)展的意識。

（8）具有終身學(xué)習(xí)的意識和適應(yīng)發(fā)展的能力。

各高校應(yīng)根據(jù)自身定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)科特點、行業(yè)和區(qū)域特色以及學(xué)生發(fā)展的需要，在上述業(yè)務(wù)要求的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化或者增加某些方面的知識、能力和素質(zhì)要求，形成人才培養(yǎng)特色 。

本書是根據(jù)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)加強(qiáng)實踐性教學(xué)、提高學(xué)生動手能力的需要編寫的。選取的實驗題目貼近工程實際，也符合培養(yǎng)21世紀(jì)應(yīng)用型人才的需求。

全書共分4章，包括機(jī)電傳動控制、可編程序控制器、現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)、液壓與氣壓傳動回路原理及實驗等內(nèi)容。本書主要作為工科高等院?！皺C(jī)械設(shè)計制造及其自動化”、“機(jī)械工程及自動化”及“機(jī)械電子工程”等專業(yè)的實驗教材，并可供高職機(jī)械類專業(yè)使用，同時也可供從事機(jī)電一體化工作的工程技術(shù)人員參考。