機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　機(jī)電一體化技術(shù)將傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)和現(xiàn)代的電氣技術(shù)集成到一起，是工程中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為普遍的工程系統(tǒng)，是當(dāng)代的主流產(chǎn)品的概括和體現(xiàn)。對(duì)每個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)都是最為重要的企業(yè)活動(dòng)，是最為重要的戰(zhàn)場(chǎng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)人員便成為企業(yè)中的先鋒團(tuán)隊(duì)。因此，掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)技術(shù)是十分重要的。　　機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的工程應(yīng)用系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)需要有多學(xué)科的工程技術(shù)知識(shí)和多層次的集成技術(shù)。為學(xué)習(xí)和掌握這門(mén)設(shè)計(jì)技術(shù)，首先要有一本思路清晰、技術(shù)先進(jìn)和便于應(yīng)用的教材。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，本教材的寫(xiě)作特點(diǎn)是：以反求工程方法為主線，緊密結(jié)合課題開(kāi)發(fā)實(shí)際，機(jī)電技術(shù)融合一體，用先進(jìn)的定量方法描述、分析和選擇機(jī)電部件、控制算法和軟件編程的技術(shù)方案，講解科學(xué)實(shí)用的設(shè)計(jì)方法?！　】茖W(xué)技術(shù)都是在繼承的基礎(chǔ)上不斷發(fā)展的。憑空想象和簡(jiǎn)單直覺(jué)的實(shí)現(xiàn)不會(huì)帶來(lái)先進(jìn)的技術(shù)，僅是自我的現(xiàn)實(shí)鏡像。只有對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)和系統(tǒng)加以分析、借鑒和再設(shè)計(jì)，才有先進(jìn)的技術(shù)，才有先進(jìn)實(shí)用的系統(tǒng)。這就是反求方法的基本意義?！　∮嘘P(guān)機(jī)電部件的技術(shù)知識(shí)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較多，也比較好理解。關(guān)鍵的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：機(jī)電一體化系統(tǒng)功能的建立與分解，機(jī)電一體化系統(tǒng)總體布局，機(jī)電部件之間的接口，機(jī)電部件組成的系統(tǒng)的抗干擾性，機(jī)電部件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件），機(jī)電部件的快速制作、集成和調(diào)試。這些問(wèn)題，在教材中均給以清楚的講解?！　】刂品椒ǖ暮侠淼氖褂檬菣C(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的主要保障。本教材重點(diǎn)說(shuō)明了控制方法應(yīng)用的主要問(wèn)題：在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下，如何將控制算法融合到機(jī)電一體化系統(tǒng)中，控制算法和機(jī)電部件的設(shè)計(jì)關(guān)系，控制算法如何在軟件編程中落實(shí)和實(shí)現(xiàn)?！　∮捎谖⑻幚砥髟跈C(jī)電一體化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件編程技術(shù)成為機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)基本部分，而且是最后完成的部分。軟件在機(jī)電一體化系統(tǒng)中起到“融合”的作用。只有軟件編程的完成，才是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完成。只有軟件的實(shí)現(xiàn)，才是機(jī)電一體化系統(tǒng)的真正的實(shí)現(xiàn)。本教材對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件編程技術(shù)進(jìn)行了全面的闡述，給出了應(yīng)用實(shí)例和源程序，使讀者能快速掌握和直接應(yīng)用機(jī)電一體化軟件編程技術(shù)。　　機(jī)電一體化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，說(shuō)明相關(guān)的各個(gè)層次的技術(shù)方案很多。對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行精確描述、定量的評(píng)定和選擇，在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要。本教材在機(jī)電部件設(shè)計(jì)、控制方法設(shè)計(jì)和軟件編程技術(shù)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了統(tǒng)一的定量設(shè)計(jì)方法?！　”緯?shū)由黑龍江大學(xué)王丁、沈永良和黑龍江科技學(xué)院李海燕編著。具體分工如下：前言、第1章、第2章、第4章～第9章、附錄由王丁編寫(xiě)；第3章、第12章、第13章、第15章和第16章由沈永良編寫(xiě)；第10章、第11章和第14章由李海燕編寫(xiě)?！　”緯?shū)由山東理工大學(xué)魏修亭教授主審，并提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議，在此表示感謝。

內(nèi)容概要

本書(shū)為21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材。    本書(shū)以反求工程方法為主線，緊密結(jié)合課題開(kāi)發(fā)實(shí)際，將機(jī)電技術(shù)融為一體，講解科學(xué)實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)方法和典型方案兩部分。設(shè)計(jì)方法包括：反求工程的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和總體布局設(shè)計(jì)，產(chǎn)生具體方案和選擇具體方案方法，機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)，控制算法的開(kāi)發(fā)，軟件編程，樣機(jī)制作技術(shù)以及包含源程序的應(yīng)用實(shí)例。典型方案包括：機(jī)械方案概述，驅(qū)動(dòng)方案概述，外圍電氣設(shè)計(jì)方案概述，嵌入式控制器設(shè)計(jì)方案概述，典型機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)，控制方案，軟件編程方案。本書(shū)的編寫(xiě)注重機(jī)電一體化技術(shù)的方法先進(jìn)性和內(nèi)容實(shí)用性，采用便于教學(xué)、便于閱讀的寫(xiě)作表現(xiàn)形式。    本書(shū)可作為本科院校電氣類(lèi)和機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教材，也可供高職高專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程與應(yīng)用領(lǐng)域  1.2  機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成  1.3  機(jī)電一體化系統(tǒng)的多層模型  1.4  基于反求工程的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程  思考題與習(xí)題第2章  系統(tǒng)功能的建立  2.1  系統(tǒng)功能的定義  2.2  系統(tǒng)功能的來(lái)源  2.3  系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)建立的基本方法  思考題與習(xí)題第3章  總體布局的設(shè)計(jì)  3.1  機(jī)電一體化系統(tǒng)系列結(jié)構(gòu)  3.2  基于功能分塊的組件式總體布局設(shè)計(jì)方法  思考題與習(xí)題第4章  概念設(shè)計(jì)  4.1  機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念產(chǎn)生方法  4.2  概念方案的形態(tài)分析  4.3  概念方案的選擇  思考題與習(xí)題第5章  機(jī)械與電氣硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)  5.1  系統(tǒng)集成與接口技術(shù)  5.2  機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法  5.3  微處理器抗干擾技術(shù)  5.4  機(jī)電一體化系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)工具  思考題與習(xí)題第6章  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  6.1  對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本設(shè)置  6.2  機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制需求和控制方法  6.3  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  思考題與習(xí)題第7章  軟件設(shè)計(jì)技術(shù)  7.1  軟件的總體功能  7.2  機(jī)電一體化系統(tǒng)軟件的任務(wù)和任務(wù)管理  7.3  機(jī)電一體化系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法  思考題與習(xí)題第8章  物理樣機(jī)  8.1  物理樣機(jī)的意義與分類(lèi)  8.2  快速樣機(jī)技術(shù)  8.3  電控系統(tǒng)快速搭接技術(shù)  8.4  系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)  8.5  技術(shù)文件制定  思考題與習(xí)題第9章  寵物喂養(yǎng)機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)例  9.1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)  9.2  人機(jī)界面設(shè)計(jì)  9.3  具體程序?qū)崿F(xiàn)  思考題與習(xí)題第10章  機(jī)械方案概述  10.1  定義與描述  10.2  特點(diǎn)  10.3  分析標(biāo)準(zhǔn)  10.4  機(jī)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)  10.5  選擇標(biāo)準(zhǔn)  10.6  兩桿機(jī)構(gòu)和多桿機(jī)構(gòu)  10.7  單自由度機(jī)構(gòu)和多自由度機(jī)構(gòu)  10.8  開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)及閉鏈機(jī)構(gòu)  10.9  機(jī)械總體設(shè)計(jì)  思考題與習(xí)題第11章  驅(qū)動(dòng)方案概述  11.1  概述  11.2  電動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要方案  11.3  液壓型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要方案  11.4  氣動(dòng)型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要方案  思考題與習(xí)題第12章  外圍電氣設(shè)計(jì)方案概述  12.1  傳感方案概述  12.2  電力電子技術(shù)  12.3  液晶顯示模塊  思考題與習(xí)題第13章  嵌入式控制器設(shè)計(jì)方案概述  13.1  嵌入式控制器概述  13.2  單片機(jī)典型方案分析  13.3  典型單片機(jī)芯片舉例  13.4  可編程控制器概況  思考題與習(xí)題第14章  典型機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)  14.1  變輸入速度伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案  14.2  機(jī)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)方案  14.3  混合動(dòng)力機(jī)器方案  14.4  機(jī)構(gòu)與控制的協(xié)調(diào)工作  思考題與習(xí)題第15章  常用控制方案  15.1  反饋控制與前饋控制  15.2  PID控制  15.3  自適應(yīng)控制  15.4  智能控制  思考題與習(xí)題第16章  程序編制方案  16.1  面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)  16.2  機(jī)電一體化系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)  16.3  軟件的抗干擾措施  16.4  嵌入式操作系統(tǒng)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)  16.5  基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的對(duì)象編程方法實(shí)例  思考題與習(xí)題附錄  一個(gè)運(yùn)水機(jī)器人設(shè)計(jì)題目參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程與應(yīng)用領(lǐng)域　　機(jī)電一體化系統(tǒng)（Mechatronic Systems）是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱(chēng)。機(jī)電一體化發(fā)展至今已成為一門(mén)有著完備體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。其基本特征可概括如下：　?。?）機(jī)電一體化技術(shù)是一種技術(shù)群的總稱(chēng)。機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、軟件編程技術(shù)等，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，即為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品?！　。?）機(jī)電一體化系統(tǒng)是由若干具有特定功能的機(jī)械電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人的使用要求的最佳功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要是指機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)相互置換和有機(jī)結(jié)合，從而賦予新功能的一類(lèi)產(chǎn)品，有良好的人機(jī)交互關(guān)系?！　C(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其他新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械和電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純機(jī)械技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬于傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化之后，其中的微電子裝置除了可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別?！　　?/pre>




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　　《21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》以反求工程方法為主線，緊密結(jié)合課題開(kāi)發(fā)實(shí)際，機(jī)電技術(shù)融合一體，用先進(jìn)的定量方法描述、分析和選擇機(jī)電部件、控制算法和軟件編程的技術(shù)方案，講解科學(xué)實(shí)用的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法?！?1世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可作為本科院校電氣類(lèi)和機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教材，也可供高職高專(zhuān)院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生和工程技術(shù)人員參考。





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