機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)

前言

　　機(jī)電一體化是在以大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)為代表的微電子技術(shù)高速發(fā)展并逐步向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)滲透過程中形成的新概念。機(jī)電一體化已逐步發(fā)展成為融機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興交叉學(xué)科。機(jī)電一體化系統(tǒng)實現(xiàn)了機(jī)械技術(shù)與微電子、信息、軟件等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，極大地擴(kuò)展了機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展空間?！　C(jī)電一體化的發(fā)展改變著人們的傳統(tǒng)觀念，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到世界經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展的各個領(lǐng)域，成為世界技術(shù)競爭的制高點。技術(shù)競爭的關(guān)鍵是人才的競爭，因此，機(jī)電一體化領(lǐng)域的人才培養(yǎng)和專業(yè)教育具有重要的意義。目前，許多高等院校開設(shè)了有關(guān)機(jī)電一體化方面的相關(guān)課程，同時有大量的工程技術(shù)人員在從事機(jī)電一體化方面的研究和技術(shù)開發(fā)工作，編寫本書的目的在于為機(jī)電一體化教學(xué)和研究領(lǐng)域提供一本內(nèi)容較豐富新穎、體系較完整清晰、有一定特色的教材和參考書?！　”緯窃诰幷呖偨Y(jié)高等院校本科與研究生相關(guān)課程教學(xué)和科研經(jīng)驗，并借鑒機(jī)電一體化領(lǐng)域已經(jīng)出版的教材和參考書籍的基礎(chǔ)上編寫而成的。書中匯集了編者多年的教學(xué)講義和教案資料，并力求將機(jī)電一體化領(lǐng)域近年來的最新發(fā)展成果引入教材。本書內(nèi)容的選擇和章節(jié)的設(shè)置力求適應(yīng)機(jī)械工程及自動化等專業(yè)的現(xiàn)行課程體系，將繁雜分散的教學(xué)內(nèi)容用清晰簡潔的方式融合起來，注重理論與實踐相結(jié)合，突出案例教學(xué)特色。　　本書共10章，具體內(nèi)容包括：第1章機(jī)電一體化概論；第2章精密機(jī)械技術(shù)；第3章工業(yè)控制計算機(jī)；第4章基于單片機(jī)的控制器；第5章可編程序控制器；第6章傳感器與計算機(jī)接口；第7章動力驅(qū)動及其計算機(jī)控制；第8章生產(chǎn)過程自動化技術(shù)；第9章機(jī)電一體化系統(tǒng)的常用控制策略；第10章機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法與實例。每章后均有習(xí)題與思考題，便于學(xué)生課后練習(xí)。

內(nèi)容概要

計時鳴主編的《機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)》以機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成為主線，系統(tǒng)介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)各主要組成部分及其控制技術(shù)和控制策略，并通過實例詳細(xì)介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。
全書共10章，內(nèi)容包括：機(jī)電一體化概論、精密機(jī)械技術(shù)、工業(yè)控制計算機(jī)、基于單片機(jī)的控制器、可編程序控制器、傳感器與計算機(jī)接口、動力驅(qū)動及其計算機(jī)控制、生產(chǎn)過程自動化技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)的常用控制策略和機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法與實例。每章后均有習(xí)題與思考題，便于學(xué)生課后練習(xí)。
《機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)》內(nèi)容翔實、圖文并茂，注重理論聯(lián)系工程設(shè)計與應(yīng)用，將最新科研成果和發(fā)展動態(tài)融入教材內(nèi)容之中，可作為機(jī)械工程及自動化、機(jī)械電子工程、機(jī)電控制工程、自動控制及相關(guān)機(jī)電類專業(yè)的高年級本科生、研究生教材，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章  機(jī)電一體化概論
  1.1  機(jī)電一體化的概念
    1.1.1  機(jī)電一體化的發(fā)展歷史
    1.1.2  機(jī)電一體化系統(tǒng)的特征
    1.1.3  機(jī)電一體化的意義
  1.2  機(jī)電一體化的技術(shù)基礎(chǔ)
    1.2.1  機(jī)械設(shè)計和制造技術(shù)
    1.2.2  微電子技術(shù)
    1.2.3  傳感器技術(shù)
    1.2.4  軟件技術(shù)
    1.2.5  通信技術(shù)
    1.2.6  驅(qū)動技術(shù)
    1.2.7  自動控制技術(shù)
    1.2.8  系統(tǒng)技術(shù)
  1.3  機(jī)電一體化的發(fā)展及應(yīng)用概況
  習(xí)題與思考題
第2章  精密機(jī)械技術(shù)
  ……
第3章  工業(yè)控制計算機(jī)
第4章  基于單片機(jī)的控制器
第5章  可編程充控制器
第6章  傳感器與計算機(jī)接口
第7章  動力驅(qū)動及其計算機(jī)控制
第8章  生產(chǎn)過程自動化技術(shù)
第9章  機(jī)電一體化系統(tǒng)的常用控制策略
第10章  機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法與實例
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1）主板 主板由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）和I／O接口等部件組成，其作用是將采集到的實時信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過程。芯片采用工業(yè)級芯片，并且是一體化（ALL—IN—ONE）主板，易于更換。 2）系統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線可分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，常用的內(nèi)部總線有PC總線、PCI總線等。外部總線是工控機(jī)與其他計算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。 3）輸入／輸出接口 輸入／輸出接口是工控機(jī)和外部設(shè)備或生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信號傳遞和變換的連接通道。輸入／輸出接口包括模擬量輸入通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道（DI）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道（DO）。輸入通道的作用是將生產(chǎn)過程中的信號變換成主機(jī)能夠接收和識別的代碼；輸出通道的作用是將主機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電氣開關(guān)的控制信號。 4）人機(jī)接口 人機(jī)接口包括顯示器、鍵盤、打印機(jī)以及專用操作顯示臺等，用于操作員與計算機(jī)之間進(jìn)行信息交換。人機(jī)接口既可用于顯示工業(yè)生產(chǎn)過程的狀況，也可用于修改運行參數(shù)。 5）通信接口 通信接口是工控機(jī)與其他計算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的通道。常用的通信接口有RS—232C、RS—485和CAN總線等。為方便主機(jī)系統(tǒng)集成，USB總線接口技術(shù)日益受到重視。 6）系統(tǒng)支持 系統(tǒng)支持功能主要包括： （1）監(jiān)控定時器，俗稱“看門狗”（Watchdog）。當(dāng)系統(tǒng)因干擾或軟故障等原因出現(xiàn)異常時，能夠使系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，提高了系統(tǒng)的可靠性。 （2）電源掉電監(jiān)測。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)電源掉電故障時，可及時發(fā)現(xiàn)并保護(hù)當(dāng)時的重要數(shù)據(jù)和計算機(jī)各寄存器的狀態(tài)。一旦上電，工控機(jī)能從斷電處繼續(xù)運行。 （3）后備存儲器。Watchdog和掉電監(jiān)測功能均需要后備存儲器來保存重要數(shù)據(jù)。為保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失，系統(tǒng)存儲器工作期間，后備存儲器應(yīng)處于上鎖狀態(tài)，以備在系統(tǒng)掉電后保證所存數(shù)據(jù)不丟失。 （4）實時日歷時鐘。實際控制系統(tǒng)中通常有事件驅(qū)動和時間驅(qū)動能力。工控機(jī)可在某時刻自動設(shè)置某些控制功能，可自動記錄某個動作的發(fā)生時間，而且實時時鐘在掉電后仍能正常工作。 7）磁盤系統(tǒng) 可以用半導(dǎo)體虛擬磁盤，也可以配通用的軟磁盤和硬磁盤或采用USB磁盤。 2.工控機(jī)軟件 工控機(jī)軟件按其功用可分為系統(tǒng)軟件、工具軟件和應(yīng)用軟件三部分。 1）系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件管理工控機(jī)的資源，并以簡便的形式向用戶提供服務(wù)，包括實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序。其中操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件最基本的部分，如Windows等。 2）工具軟件 工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序和診斷程序等，以提高軟件生產(chǎn)效率和改善軟件產(chǎn)品質(zhì)量。 3）應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序，通常包括過程輸入／輸出程序、過程控制程序、人機(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。 隨著硬件技術(shù)的高速發(fā)展，計算機(jī)控制系統(tǒng)對軟件也提出了更高的要求。只有軟件和硬件相互配合，充分發(fā)揮計算機(jī)的優(yōu)勢，才能研制出具有更高性價比的計算機(jī)控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)控制軟件正向著組態(tài)化、結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展。

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