機(jī)械工程測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)及系統(tǒng)集成應(yīng)用

前言

先進(jìn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品及生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)是依靠檢測(cè)和控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)各種物理量進(jìn)行在線檢測(cè)和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行反饋控制的。檢測(cè)系統(tǒng)用來(lái)精確獲取系統(tǒng)工作狀態(tài)和結(jié)果；控制系統(tǒng)則根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的控制規(guī)律計(jì)算出控制量，實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，使整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠按照一定的品質(zhì)特征工作。在整個(gè)過(guò)程中，要求檢測(cè)和控制環(huán)節(jié)在時(shí)間和空間上相互銜接，在數(shù)據(jù)和指令上相互印證。正因如此，通常將檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組合后統(tǒng)稱為測(cè)控系統(tǒng)。測(cè)控系統(tǒng)好比一個(gè)人的感官、神經(jīng)和大腦，具備信息感知、傳遞和處理等功能。人的感官、神經(jīng)和大腦是在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中逐步形成、相得益彰的，人類信息獲取、處理、傳遞、反饋的協(xié)同工作機(jī)制堪稱完美。對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化裝置和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，將信息獲取、處理、傳遞、反饋等內(nèi)容和環(huán)節(jié)系統(tǒng)加以考慮，達(dá)到優(yōu)化組合、完美結(jié)合的效果，也是從事機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員追求的目標(biāo)。然而，傳統(tǒng)的課程和教材，如信號(hào)和系統(tǒng)、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)測(cè)控等往往以單元技術(shù)和單一目的為主，這對(duì)于因強(qiáng)調(diào)通識(shí)教學(xué)而減少專業(yè)課時(shí)后，再要著力強(qiáng)化工程實(shí)踐能力的機(jī)械自動(dòng)化工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)尤感不足。這也正是作者不揣冒昧編寫此書的目的，希望能對(duì)從事相關(guān)工作的工程技術(shù)人員，以及機(jī)械自動(dòng)化工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)有所裨益，同時(shí)真誠(chéng)地期待更多的專家、學(xué)者有更好的教材和著作出版。本書以測(cè)控技術(shù)為基礎(chǔ)，以測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用為目的，討論信號(hào)的獲取、傳感、處理和反饋控制、計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用等問(wèn)題，旨在形成一個(gè)較為完整系統(tǒng)的知識(shí)和能力體系。全書共6章，前3章為信號(hào)、傳感、處理等方面的技術(shù)基礎(chǔ)；第4章為系統(tǒng)及系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)；第5章為計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用基礎(chǔ)，介紹機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的計(jì)算機(jī)軟硬件、通信、總線等基礎(chǔ)知識(shí)；第6章為測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。本書基本涵蓋了機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、信號(hào)和傳感技術(shù)等傳統(tǒng)課程的教學(xué)大綱內(nèi)容，在這一基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集成應(yīng)用。因此，本書既可以作為機(jī)械工程及自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)和其他相近專業(yè)本科高年級(jí)的教材，也可作為高校推行素質(zhì)教學(xué)、工程教學(xué)改革的特色教材，也可供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)械工程測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)及系統(tǒng)集成應(yīng)用》以測(cè)控技術(shù)為基礎(chǔ)，以測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用為目的，討論信號(hào)的獲取、傳感、處理和反饋控制、計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用等問(wèn)題，旨在形成一個(gè)較為完整系統(tǒng)的知識(shí)和能力體系。全書共6章，前3章為信號(hào)、傳感、處理等方面的技術(shù)基礎(chǔ)；第4章為系統(tǒng)及系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)；第5章為計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用基礎(chǔ)，介紹機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的計(jì)算機(jī)軟硬件、通信、總線等基礎(chǔ)知識(shí)；第6章為測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例?！　　稒C(jī)械工程測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)及系統(tǒng)集成應(yīng)用》基本涵蓋了機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、信號(hào)和傳感技術(shù)等傳統(tǒng)課程的教學(xué)大綱內(nèi)容，在這一基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集成應(yīng)用。因此，《機(jī)械工程測(cè)控技術(shù)基礎(chǔ)及系統(tǒng)集成應(yīng)用》可作為機(jī)械工程及自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)和其他相近專業(yè)本科高年級(jí)的教材，也可作為高校推行素質(zhì)教學(xué)、工程教學(xué)改革的特色教材，也可供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

屠大維，1987、1989、1993在浙江大學(xué)分別獲學(xué)士、碩士、博士學(xué)位?，F(xiàn)為上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院執(zhí)行院長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師。從事傳感檢測(cè)及信號(hào)處理、光機(jī)電一體化精密機(jī)械及儀器、機(jī)器視覺及機(jī)器智能等方面的教學(xué)、科研工作。擔(dān)任國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)機(jī)械工程學(xué)科評(píng)議組成員、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)精密機(jī)械分會(huì)常務(wù)理事、機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化分委員會(huì)委員等學(xué)術(shù)職務(wù)。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，負(fù)責(zé)完成省部及企事業(yè)項(xiàng)目30余項(xiàng)。并取得較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊及會(huì)議上發(fā)表論文80余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，合作出版專著1本。曾榮獲上海市高校優(yōu)秀青年教師、王寬誠(chéng)育才獎(jiǎng)、上海大學(xué)十佳杰出青年、上海市政府重大工程“上海科技館”建設(shè)立功競(jìng)賽個(gè)人記功等榮譽(yù)。入選上海市科委科技“啟明星”人才計(jì)劃。兼任民革中央委員、上海市政協(xié)委員等社會(huì)職務(wù)。

書籍目錄

前言緒論0.1 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)中的測(cè)控技術(shù)和系統(tǒng)集成0.2 本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法第1章 信號(hào)及信號(hào)分析1.1 概述1.2 信號(hào)分類與描述1.2.1 信號(hào)的分類1.2.2 信號(hào)的時(shí)域描述和頻域描述1.3 信號(hào)的時(shí)域分析1.3.1 信號(hào)分析中的常用函數(shù)1.3.2 信號(hào)的時(shí)域運(yùn)算1.3.3 信號(hào)的時(shí)域分解1.3.4 周期信號(hào)的強(qiáng)度1.4 周期信號(hào)及其頻域分析1.4.1 傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開式1.4.2 傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)函數(shù)展開式1.4.3 周期信號(hào)的功率及功率譜1.5 非周期信號(hào)及其頻域分析1.5.1 傅里葉變換1.5.2 能量譜1.5.3 傅里葉變換的主要性質(zhì)1.5.4 典型功率信號(hào)的頻譜1.6 隨機(jī)信號(hào)及其分析1.6.1 概述1.6.2 隨機(jī)信號(hào)的主要特征參數(shù)1.6.3 相關(guān)分析及其應(yīng)用1.6.4 功率譜分析及其應(yīng)用參考文獻(xiàn)第2章 傳感技術(shù)基礎(chǔ)2.1 概述2.2 傳感器分類及其基本特性2.2.1 傳感器的分類2.2.2 傳感器的基本特性2.3 機(jī)械式傳感器2.4 電阻式傳感器2.4.1 電位器式傳感器2.4.2 電阻應(yīng)變式傳感器2.5 電感式傳感器2.5.1 可變磁阻式電感傳感器2.5.2 渦流式電感傳感器2.5.3 差動(dòng)變壓器式電感傳感器2.6 電容式傳感器2.6.1 工作原理2.6.2 類型2.6.3 電容式傳感器的特點(diǎn)及等效電路2.6.4 電容傳感器測(cè)量電路2.6.5 電容傳感器的應(yīng)用2.7 壓電式傳感器2.7.1 壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)2.7.2 壓電式傳感器簡(jiǎn)介2.7.3 壓電式傳感器的等效電路2.7.4 壓電晶片的并聯(lián)和串聯(lián)2.7.5 壓電式傳感器的測(cè)量電路2.7.6 壓電式傳感器的應(yīng)用2.8 磁電傳感器2.8.1 磁電感應(yīng)式傳感器2.8.2 霍爾傳感器2.9 光電傳感器2.9.1 光電效應(yīng)2.9.2 光電器件及其特征2.9.3 測(cè)量電路及應(yīng)用2.10 熱電式傳感器2.10.1 熱電阻2.10.2 熱敏電阻2.10.3 熱電偶2.11 計(jì)數(shù)編碼類傳感器2.11.1 感應(yīng)同步器2.11.2 光柵傳感器2.11.3 磁柵傳感器2.11.4 光電編碼器2.12 圖像傳感器2.12.1 CCD芯片2.12.2 CMOS芯片2.12.3 圖像傳感器的應(yīng)用2.13 微型、智能及網(wǎng)絡(luò)傳感器2.13.1 微型傳感器2.13.2 智能傳感器2.13.3 網(wǎng)絡(luò)傳感器參考文獻(xiàn)第3章 信號(hào)處理基礎(chǔ)3.1 信號(hào)處理概述3.2 模擬信號(hào)處理基礎(chǔ)3.2.1 模擬信號(hào)處理概述3.2.2 信號(hào)放大3.2.3 調(diào)制解調(diào)3.2.4 濾波3.3 數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)3.3.1 數(shù)字信號(hào)處理概述3.3.2 數(shù)字信號(hào)處理的基本步驟3.3.3 A／D、D／A轉(zhuǎn)換器3.3.4 采樣定理3.3.5 泄漏與加窗處理3.3.6 離散傅里葉變換3.3.7 柵欄效應(yīng)3.3.8 常見數(shù)字信號(hào)處理參考文獻(xiàn)第4章 系統(tǒng)及系統(tǒng)特性分析基礎(chǔ)4.1 線性系統(tǒng)與常微分方程4.1.1 系統(tǒng)分類和特點(diǎn)4.1.2 定常線性系統(tǒng)4.2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)4.2.1 傳遞函數(shù)的定義4.2.2 環(huán)節(jié)的串聯(lián)、并聯(lián)和反饋4.2.3 一些典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)4.2.4 傳遞函數(shù)框圖及其等價(jià)變換4.3 系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)4.4 系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)4.5 一階、二階典型系統(tǒng)特性分析4.5.1 一階、二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性4.5.2 一階、二階系統(tǒng)對(duì)典型激勵(lì)的響應(yīng)4.6 系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)4.7 系統(tǒng)不失真條件4.8 系統(tǒng)負(fù)載效應(yīng)4.9 系統(tǒng)校正4.10 系統(tǒng)的干擾源和抗干擾性設(shè)計(jì)4.10.1 系統(tǒng)干擾源4.10.2 供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾4.10.3 信道干擾及其抗干擾4.10.4 接地設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)第5章 計(jì)算機(jī)集成應(yīng)用基礎(chǔ)5.1 概述5.2 單片微控制器5.2.1 單片微控制器的硬件結(jié)構(gòu)5.2.2 單片微控制器的指令系統(tǒng)5.2.3 單片微控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用5.3 數(shù)字信號(hào)處理器5.3.1 DSP算法的特點(diǎn)及其硬件要求5.3.2 DSP處理器的基本結(jié)構(gòu)組成5.3.3 DSP應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用5.4 嵌入式微處理器5.4.1 嵌入式系統(tǒng)的概念5.4.2 嵌人式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)5.4.3 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)5.5 可編程序控制器5.5.1 PLC概述5.5.2 PLC結(jié)構(gòu)組成及工作原理5.5.3 PLC指令及其程序設(shè)計(jì)5.6 系統(tǒng)集成中的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)5.6.1 系統(tǒng)集成中接口技術(shù)的作用5.6.2 系統(tǒng)集成中計(jì)算機(jī)接口5.7 計(jì)算機(jī)通信原理與人機(jī)接口5.7.1 計(jì)算機(jī)通信原理5.7.2 人機(jī)接口5.8 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議5.8.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)5.8.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議5.9 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)5.9.1 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)集成體系5.9.2 管控一體化集成體系5.10 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)5.10.1 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介5.10.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)5.10.3 幾種典型現(xiàn)場(chǎng)總線參考文獻(xiàn)第6章 測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例6.1 物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的傳感和系統(tǒng)集成6.1.1 概述6.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.1.3 系統(tǒng)集成6.2 智能焊接機(jī)器人焊縫跟蹤測(cè)控系統(tǒng)6.2.1 概述6.2.2 智能焊接機(jī)器人的主要子系統(tǒng)及其功能6.2.3 智能焊接機(jī)器人的計(jì)算機(jī)集成6.2.4 基于視覺的焊縫跟蹤測(cè)量與控制6.2.5 基于視覺的焊縫跟蹤軟件流程6.3 虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用6.3.1 概述6.3.2 虛擬儀器技術(shù)與基本構(gòu)成6.3.3 虛擬儀器的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2．信道的抗干擾措施信號(hào)通道通常采用下列一些抗干擾措施：1)合理選用元器件和設(shè)計(jì)方案。如盡量采用低噪聲材料、放大器采用低噪聲設(shè)計(jì)、根據(jù)測(cè)量信號(hào)頻譜合理選擇濾波器等。2)印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)元器件排放要合理。小信號(hào)區(qū)與大信號(hào)區(qū)要明確分開，并盡可能地遠(yuǎn)離；輸出線與輸入線避免靠近或平行；有可能產(chǎn)生電磁輻射的元器件（如大電感元件、變壓器等)盡可能地遠(yuǎn)離輸入端；合理地接地和屏蔽。3)在有一定傳輸長(zhǎng)度的信號(hào)輸出中，尤其是數(shù)字信號(hào)的傳輸可采用光耦合隔離技術(shù)、雙絞線傳輸。雙絞線可最大可能地降低電磁干擾的影響。對(duì)于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送，可采用平衡輸出驅(qū)動(dòng)器和平衡輸入的接收器。4．10．4接地設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路中地線是所有電路公共的零電平參考點(diǎn)。理論上，地線上所有位置的電平應(yīng)該相同。然而，由于各個(gè)地點(diǎn)之間必須用具有一定電阻的導(dǎo)線連接，一旦有地電流流過(guò)時(shí)，就有可能使各個(gè)地點(diǎn)的電位產(chǎn)生差異。同時(shí)，地線是所有信號(hào)的公共點(diǎn)，所有信號(hào)電流都要經(jīng)過(guò)地線。這就可能產(chǎn)生公共地電阻的耦合干擾。地線的多點(diǎn)相連也會(huì)產(chǎn)生環(huán)路電流。環(huán)路電流會(huì)與其他電路產(chǎn)生耦合。所以，認(rèn)真設(shè)計(jì)地線和接地點(diǎn)對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定是十分重要的。常用的接地方式有下列幾種可供選擇。1．單點(diǎn)接地各單元電路的地點(diǎn)接在一點(diǎn)上，稱為單點(diǎn)接地。其優(yōu)點(diǎn)是不存在環(huán)形地回路，因而不存在環(huán)路地電流。各單元電路地點(diǎn)電位只與本電路的地電流及接地電阻有關(guān)，相互干擾較小。2．串聯(lián)接地各單元電路的地點(diǎn)順序連接在一條公共的地線上，稱為串聯(lián)接地。每個(gè)電路的地電位都受到其他電路的影響，干擾通過(guò)公共地線相互耦合。雖然接法不合理，但因接法簡(jiǎn)便，還是常被采用。

編輯推薦

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