機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)

前言

　　“機(jī)電一體化”是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種形式；是電子技術(shù)、信息技術(shù)向機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域滲透過(guò)程中逐漸形成的一個(gè)新概念；是機(jī)電專(zhuān)業(yè)中一門(mén)綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程。所謂“機(jī)電一體化”并不是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的簡(jiǎn)單組合，而是各種技術(shù)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短、有機(jī)融合，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快等各方面都達(dá)到最佳化。隨著機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品的性能將更加優(yōu)越，功能將更加齊全，種類(lèi)將更加豐富。機(jī)電一體化產(chǎn)品也向著高可靠性、智能化、人性化的方向發(fā)展。　　本書(shū)最大的特點(diǎn)是，從機(jī)電有機(jī)結(jié)合的角度系統(tǒng)全面地介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、功能及其特點(diǎn)，同時(shí)從自動(dòng)控制技術(shù)的角度，闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。充分體現(xiàn)了高等院校機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)“以機(jī)為主，以電為用，機(jī)電有機(jī)結(jié)合”的原則?！　C(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)電專(zhuān)業(yè)綜合性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，需要學(xué)生具有較多的知識(shí)儲(chǔ)備。在學(xué)習(xí)機(jī)電一體化技術(shù)課程之前，學(xué)生應(yīng)具備機(jī)械設(shè)計(jì)理論、數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。本教材在講清基本概念、基本理論的基礎(chǔ)上，力求強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念?！　∪珪?shū)共分7章，內(nèi)容包括：①機(jī)電一體化概論主要介紹機(jī)電一體化技術(shù)的定義和基本概念；②自動(dòng)控制技術(shù)主要介紹了自動(dòng)控制技術(shù)基本概念，PID控制、模糊控制、計(jì)算機(jī)控制以及簡(jiǎn)單介紹了先進(jìn)控制方法；③機(jī)電一體化檢測(cè)系統(tǒng)主要介紹了檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、特點(diǎn)以及重點(diǎn)介紹了傳感器的概念、基本特性和常見(jiàn)的傳感器的結(jié)構(gòu)原理、應(yīng)用等；④伺服控制系統(tǒng)介紹了伺服控制系統(tǒng)的概念、類(lèi)型。基本要求，闡述了交直流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和變流變頻技術(shù)；⑤接口技術(shù)介紹了接口的定義、類(lèi)型，輸入/輸出接口、模擬量輸入/輸出通道，以及總線接口技術(shù)；⑥機(jī)械技術(shù)主要闡述了機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)軌副和支承部件三大結(jié)構(gòu)部件。最后介紹了幾種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

內(nèi)容概要

“機(jī)電一體化技術(shù)”從“系統(tǒng)”的角度出發(fā)，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念和原理、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、接口技術(shù)、伺服控制技術(shù)等的工作原理、特點(diǎn)、選用原則和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述；同時(shí)從機(jī)電有機(jī)結(jié)合的角度，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法作了簡(jiǎn)單介紹；最后列舉了一些典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。    本書(shū)特色鮮明、內(nèi)容豐富、條理清晰、圖文并茂，既可作為工程型、應(yīng)用型高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課教材，也可供夜大、函大、職大等選用。

書(shū)籍目錄

第1章　概論　1.1　機(jī)電一體化的定義　1.2　機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成　1.3　機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)　1.4　機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)　　1.4.1　機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類(lèi)　　1.4.2　機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的類(lèi)型　　1.4.3　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的常用方法　　1.4.4　機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　1.4.5　機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程　1.5　機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)　　1.5.1　機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程　　1.5.2　機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)　本章小結(jié)　思考題第12章　機(jī)械技術(shù)　2.1　概述　2.2　機(jī)械傳動(dòng)　　2.2.1　同步帶傳動(dòng)　　2.2.2　齒輪傳動(dòng)　　2.2.3　諧波齒輪傳動(dòng)　　2.2.4　滾珠螺旋傳動(dòng)　　2.2.5　滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)　2.3　支承部件　　2.3.1　軸系的支承部件　　2.3.2　支承件　2.4　導(dǎo)軌副　　2.4.1　導(dǎo)軌副的種類(lèi)、基本要求和材料選擇　　2.4.2　滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副　　2.4.3　滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副　本章小結(jié)　思考題第3章　自動(dòng)化控制技術(shù)　3.1　自動(dòng)控制技術(shù)概述　　3.1.1　自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成　　3.1.2　自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和性能指標(biāo)　　3.1.3　開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制　3.2　PID控制技術(shù)　　3.2.1　數(shù)字PID控制　　3.2.2　智能PID控制方法　3.3　模糊控制理論　　3.3.1　模糊集合的基本概念　　3.3.2　模糊推理　　3.3.3　模糊控制器尿理及設(shè)計(jì)　3.4　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)　　3.4.1　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成　　3.4.2　計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式.　　3.4.3　工業(yè)控制計(jì)算機(jī)　3.5　先進(jìn)控制方法簡(jiǎn)介　3.5.1　模型預(yù)測(cè)控制　　3.5.2　自適應(yīng)控制　　3.5.3　智能控制　　3.5.4　神經(jīng)控制　本章小結(jié)　思考題第4章　檢測(cè)技術(shù)與傳感器　4.1　概述一　　4.1.1　檢測(cè)系統(tǒng)_的組成　　4.1.2　傳感器的概念及基本特性　　4.1.3　信號(hào)傳輸與處理電路　4.2　位移檢測(cè)　　4.2.1　模擬式位移傳感器　　4.2.2　數(shù)字式位移傳感器　4.3　速度、加速度檢測(cè)　　4.3.1　直流測(cè)速機(jī)速度檢測(cè)　　4.3.2　光電式轉(zhuǎn)速傳感器　　4.3.3　加速度傳感器　4.4　力、扭矩和流體壓強(qiáng)檢測(cè)一　　4.4.1　力檢測(cè)　　4.4.2　力矩測(cè)量　　4.4.3流體壓強(qiáng)傳感器　4.5　其他傳感器　　4.5.1　固態(tài)圖像傳感器(CCD)　　4.5.2　激光檢測(cè)　　4.5.3　超聲波檢測(cè)　4.6　傳感器的正確選擇和使用　　4.6.1　傳感器的選擇　　4.6.2　傳感器的正確使用　4.7　傳感器前級(jí)信號(hào)處理　　4.7.1　測(cè)量放大器　　4.7.2　程控增益放大器　　4.7.3　隔離放大器　4.8　傳感器接口技術(shù)　　4.8.1　傳感器信號(hào)的采樣／保持　　4.8.2　多通道模擬信號(hào)輸入　本章小結(jié)　思考題第5章　伺服控制系統(tǒng)　5.1　概述　　5.1.1　伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成　　5.1.2　伺服系統(tǒng)類(lèi)型　　5.1.3　伺服系統(tǒng)的基本要求　5.2　執(zhí)行元件　　5.2.1　執(zhí)行元件的類(lèi)型及其特點(diǎn)　　5.2.2　伺服電動(dòng)機(jī)及其控制　　5.2.3　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)　5.3　電力電子變流技術(shù)和PWM型變頻電路　　5.3.1　開(kāi)關(guān)器件特性　　5.3.2　變流技術(shù)　　5.3.3　變頻技術(shù)　5.4　伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　5.4.1　方案設(shè)計(jì)　　5.4.2　系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)　　5.4.3　伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)　本章小結(jié)　思考題第6章　接口技術(shù)　6.1　接口技術(shù)概述　　6.1.1　接口的定義　　6.1.2　接口的分類(lèi)　6.2　人機(jī)交互接口技術(shù)　　6.2.1　人機(jī)接口類(lèi)型及特點(diǎn)　　6.2.2　輸入接口　　6.2.3　輸出接口　6.3　模擬量輸入／輸出通道接口技術(shù)　　6.3.1　A／D轉(zhuǎn)換接口　　6.3.2　D／A轉(zhuǎn)換接口　　6.3.3控制量輸出接口　6.4　總線接口技術(shù)　　6.4.1　串行通信基本概念　　6.4.2　串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線(RS-232-c)　　6.4.3　SPI總線　　6.4.4　I2C總線　本章小結(jié)　思考題第7章　典型機(jī)電一體化系統(tǒng)　7.1　機(jī)器人　　7.1.1　機(jī)器人的由來(lái)　　7.1.2　機(jī)器人的組成　　7.1.3　機(jī)器人的分類(lèi)　　7.1.4　機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展　7.2　數(shù)控機(jī)床　　7.2.1　數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生　　7.2.2　數(shù)控機(jī)床的組成　　7.2.3　數(shù)控機(jī)床的基本工作原理　　7.2.4　數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)　　7.2.5　數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)　　7.2.6　數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)　　7.2.7　Roeders　RHP800三軸數(shù)控超高速加工中心　7.3　雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)　　7.3.1　雷達(dá)光電跟蹤液壓伺服系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和要求　　7.3.2　雷達(dá)光電跟蹤液壓伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分析　　7.3.3　雷達(dá)無(wú)線伺服系統(tǒng)框圖　　7.3.4　實(shí)現(xiàn)方式　7.4　自動(dòng)化制造系統(tǒng)　　7.4.1　剛性自動(dòng)化生產(chǎn)　　7.4.2　柔性制造單元FMC　　　7.4.3　柔性制造系統(tǒng)FMS　　7.4.4　柔性制造線FML　　7.4.5　柔性裝配線FAL　　7.4.6　計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)　本章小結(jié)　思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　?。?）三角形一平面導(dǎo)軌組合。這種組合形式的導(dǎo)軌具有三角形和矩形組合導(dǎo)軌的基本特點(diǎn)，但由于沒(méi)有閉合導(dǎo)軌裝置，因此只能用于受力向下的場(chǎng)合?！　?duì)于三角形和矩形、三角形和平面組合導(dǎo)軌，由于三角形和矩形（或平面）導(dǎo)軌的摩擦阻力不相等，因此在布置牽引力的位置時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)軌的摩擦阻力的合力與牽引力在同一直線上，否則就會(huì)產(chǎn)生力矩，使三角形導(dǎo)軌對(duì)角接觸，影響運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)向精度和運(yùn)動(dòng)的靈活性?！　。?）燕尾形導(dǎo)軌及其組合。燕尾形組合導(dǎo)軌的特點(diǎn)是制造、調(diào)試方便；燕尾與矩形組合時(shí)，它兼有調(diào)整方便和能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，多用于橫梁、立柱和搖臂等導(dǎo)軌。　　2.4.1.2 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求　?。?）導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。影響它的因素有：導(dǎo)軌的幾何精度、接觸精度、結(jié)構(gòu)形式、剛度、熱變形、裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等?！　。?）耐磨性。是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^(guò)程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減小磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整?！　。?）疲勞和壓潰。導(dǎo)軌面由于過(guò)載或接觸應(yīng)力不均勻而使導(dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)運(yùn)行多次后就會(huì)形成疲勞點(diǎn)，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要原因，為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性?！　。?）剛度。導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度及部件之間的相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度?！　。?）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)?！　　?/pre>








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