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目录1

第1章　概论1

1.1　机电一体化基本概念1

1.2　机电一体化发展概况和发展趋势2

1.3　机电一体化共性关键技术3

1.4　机电一体化产品的设计5

1.4.1　机电一体化产品的基本设计思路5

1.4.2　构思比较5

1.4.3　方案的评价7

1.4.4　详细设计7

第2章　机电一体化系统数学建模9

2.1　机械传动系统建模9

2.1.1　机械移动系统9

2.1.2　机械转动系统11

2.2　电器控制系统模型13

2.2.1　基本电路13

2.2.2　伺服电机控制电路16

2.3　液压、气压装置及系统模型20

2.3.1　液压伺服马达的传递函数21

2.3.2　气动伺服马达的传递函数27

2.3.3　液压力矩放大器31

第3章　机械系统设计34

3.1　传动机构设计34

3.1.1　传动机构性能要求34

3.1.2　无侧隙齿轮传动机构34

3.1.3　滚珠丝杠副传动机构37

3.1.4　锥环无键联轴器50

3.1.5　同步带传动51

3.1.6　谐波传动59

3.1.7　滚珠花键传动60

3.2　支承与导向机构设计62

3.2.1　回转运动支承62

3.2.2　直线运动导向支承70

3.2.3　机身76

3.3　执行机构设计78

3.3.1　执行机构的特点及要求78

3.3.2　微动机构78

第4章　计算机控制系统设计84

4.1　被控对象数学模型的建立84

4.1.1　数学模型的类型84

4.1.2　建立数学模型方法84

4.1.3　被控对象模型的辨识85

4.2　计算机控制技术93

4.2.1　计算机控制系统的组成及特点94

4.2.2　Z变换94

4.2.3　Z反变换101

4.2.4　用Z变换解差分方程103

4.2.5　Z传递函数104

4.2.6　离散系统的稳定性条件105

4.3.1　数字PID控制算法106

4.3　计算机控制算法106

4.3.2　数字滤波器算法109

4.3.3　达林算法111

4.3.4　数字串级控制算法115

4.4　数字控制器设计117

4.4.1　PID数字控制器设计117

4.4.2　最少拍控制系统的设计124

4.4.3　最少拍无波纹系统的设计127

4.4.4　达林数字控制器设计130

4.4.5　串级控制系统设计131

4.5　控制输出接口设计132

4.5.1　机电接口类型及其特点132

4.5.2　D/A转换器及其接口设计133

4.5.3　功率接口设计136

4.5.4　光电耦合器驱动接口设计141

4.5.5　控制量输出通道的结构形式143

5.1.1　什么是伺服系统145

5.1.2　伺服系统的分类145

5.1　伺服系统的分类及设计要求145

第5章　伺服系统设计145

5.1.3　对伺服系统的总体要求148

5.2　伺服系统中的执行元件148

5.2.1　执行元件的分类148

5.2.2　伺服系统对执行元件的总体要求150

5.3　步进电机伺服系统150

5.3.1　步进电机的工作原理及特点150

5.3.2　步进电机的结构类型153

5.3.3　步进电机的运行特性及参数154

5.3.4　步进电机的驱动技术157

5.3.5　步进电机的微机开环控制163

5.3.6　步进电机的微机闭环控制168

5.3.7　步进电机伺服系统的设计计算168

5.4　直流伺服系统172

5.4.1　直流伺服电动机的原理、结构及分类172

5.4.2　直流伺服电动机的稳态特性173

5.4.3　直流伺服电动机的调速175

5.4.4　直流位置伺服系统的结构177

5.4.5　直流位置伺服系统的数学模型179

5.4.6　无刷直流伺服电动机181

5.4.7　伺服系统设计的有关计算184

5.5　交流伺服系统187

5.5.1　交流伺服电动机的类型及特点188

5.5.2　异步电动机的调速方法188

5.5.3　V1/f1变频调速188

5.5.4　转差频率控制的变频调速192

5.5.5　矢量控制技术193

5.6　直线电动机简介195

5.6.1　直线电动机的基本原理196

5.6.2　直线电动机的分类及特点196

5.6.3　直线步进电动机197

5.6.4　直线直流电动机198

5.6.5　压电式直线电动机199

5.7　液压和气压伺服系统199

5.7.1　液压伺服系统200

5.7.2　气压伺服系统203

第6章　检测系统设计206

6.1　模拟信号的检测207

6.1.1　基本转换电路207

6.1.2　振荡器209

6.1.3　量程切换电路211

6.1.4　放大器212

6.1.5　信号的调制与解调219

6.1.6　滤波器226

6.1.7　运算电路231

6.2　数字信号的检测233

6.2.1　数字信号检测系统的组成233

6.2.2　信号的细分与辨向234

6.2.3　脉冲当量变换电路243

6.3　检测系统中的抗干扰技术244

6.3.1　干扰的类型及产生244

6.3.2　常用的干扰抑制措施245

6.4.1　模拟信号的采集方法250

6.4　检测信号的采集方法250

6.4.2　采样／保持电路251

6.5　检测信号的处理方法254

6.6　检测系统接口技术255

6.6.1　ADC0809模转换器和单片机接口应用255

6.6.2　8031和5G14433A/D转换器接口260

第7章　机电一体化总体设计265

7.1　概述265

7.2　系统功能的划分266

7.3.2　机电一体化系统常用性能指标267

7.3　功能及性能指标的分配267

7.3.1　机电一体化系统内部功能的设计要求267

7.3.3　常用性能指标分配原则271

7.4　总体设计的方法和步骤274

7.4.1　机电一体化产品的设计类型和总体设计方法274

7.4.2　机电一体化产品的设计与现代设计方法276

7.4.3　机电一体化系统（或产品）的设计步骤280

参考文献282