本书以机电一体化系统的组成为主线，系统介绍了机电一体化系统各主要组成部分及其控制技术和控制策略，并通过实例详细介绍了机电一体化系统的设计方法。

全书共10章，内容包括：机电一体化概论、精密机械技术、工业控制计算机、基于单片机的控制器、可程式序控制器、感测器与计算机接口、动力驱动及其计算机控制、生产过程自动化技术、机电一体化系统的常用控制策略和机电一体化系统设计方法与实例。每章后均有习题与思考题，便于学生课后练习。

本书内容翔实、图文并茂，注重理论联繫工程设计与套用，将最新科研成果和发展动态融入教材内容之中，可作为机械工程及自动化、机械电子工程、机电控制工程、自动控制及相关机电类专业的高年级本科生、研究生教材，也可供相关工程技术人员参考。

第1章 机电一体化概论 1

1.1 机电一体化的概念 1

1.1.1 机电一体化的发展历史 1

1.1.2 机电一体化系统的特徵 2

1.1.3 机电一体化的意义 5

1.2 机电一体化的技术基础 6

1.2.1 机械设计和製造技术 6

1.2.2 微电子技术 6

1.2.3 感测器技术 6

1.2.4 软体技术 7

1.2.5 通信技术 7

1.2.6 驱动技术 7

1.2.7 自动控制技术 7

1.2.8 系统技术 8

1.3 机电一体化的发展及套用概况 8

习题与思考题 10

第2章 精密机械技术 11

2.1 概述 11

2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求 11

2.1.2 机械系统的主要组成 12

2.2 传动机构 12

2.2.1 传动机构的性能要求 12

2.2.2 精密传动机构——滚珠丝槓副 12

2.2.3 齿轮传动 18

2.2.4 同步带传动 20

2.2.5 间歇传动 22

2.3 导向机构 23

2.3.1 导轨副的组成及种类 23

2.3.2 导轨的基本要求 24

2.3.3 滑动导轨副 27

2.3.4 滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副 31

2.3.5 静压导轨副 33

2.4 执行机构 34

2.4.1 执行机构及其技术特点 34

2.4.2 电磁执行机构 34

2.4.3 压电驱动器与超声电机 39

2.4.4 微动机构 47

2.4.5 液压机构 51

2.4.6 气动机构 57

习题与思考题 62

第3章 工业控制计算机 64

3.1 概述 64

3.1.1 机电一体化对控制系统的基本要求 64

3.1.2 机电一体化控制系统的类型、特点与选用 64

3.2 工控机的特点、组成及汇流排 67

3.2.1 工控机及其特点 67

3.2.2 工控机的组成 67

3.2.3 工控机的ISA汇流排和PCI汇流排 69

3.3 工控机的主机板 79

3.4 工控机的接口卡 79

3.4.1 模拟量输入/输出卡 79

3.4.2 数字量输入/输出卡 85

3.4.3 运动控制卡 85

3.4.4 RS-232/RS-485模组 89

3.4.5 CAN汇流排接口卡 91

3.5 工业组态软体 94

3.5.1 工业组态软体简介 94

3.5.2 工业组态软体设计的基本步骤 96

3.5.3 工业组态软体的设备连线与测试 96

3.5.4 工业组态软体的报警显示 97

3.5.5 工业组态软体实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示 97

3.5.6 工业组态软体的工程安全机制 97

3.6 工控机与组态软体的套用 98

习题与思考题 99

第4章 基于单片机的控制器 101

4.1 MCS-51单片机 101

4.2 模拟数据採集 101

4.2.1 感测器 102

4.2.2 多路模拟开关 102

4.2.3 放大器 103

4.2.4 採样/保持器 103

4.2.5 A/D转换器及其与单片机接口 103

4.3 模拟数据输出 112

4.4 功率输出 115

4.4.1 功率电晶体接口 115

4.4.2 光电耦合器隔离 116

4.4.3 双向晶闸管接口 117

4.5 单片机现场控制器 117

4.6 其他嵌入式处理器 119

习题与思考题 120

第5章 可程式序控制器 122

5.1 顺序控制系统及其实现 122

5.1.1 顺序控制系统 122

5.1.2 顺序控制系统的实现 124

5.2 可程式序控制器基础 124

5.2.1 可程式序控制器的结构及分类 124

5.2.2 可程式序控制器的输入/输出模组 127

5.2.3 可程式序控制器的工作机制 130

5.2.4 可程式序控制器的程式语言 131

5.2.5 与其他顺序逻辑控制系统的比较 134

5.2.6 可程式序控制器的套用概况 135

5.3 三菱FX2N系列可程式序控制器及其指令系统 136

5.3.1 三菱可程式序控制器概述 136

5.3.2 三菱FX2N系列可程式序控制器的软组件及其功能 138

5.3.3 三菱FX2N系列可程式序控制器的指令系统 147

5.4 可程式序控制器的基本套用 159

5.4.1 PLC控制系统设计的基本内容和步骤 159

5.4.2 编程方法及编程规则与技巧 160

5.4.3 常用和基本环节编程 163

5.4.4 套用实例 168

5.5 可程式序控制器的高级套用 173

5.5.1 可程式序控制器的通信及网路 173

5.5.2 可程式序控制器的人机界面 175

习题与思考题 176

第6章 感测器与计算机接口 179

6.1 概述 179

6.1.1 感测检测装置在机电一体化系统中的作用 179

6.1.2 感测检测装置的组成 179

6.2 机电一体化系统中的常用感测器 180

6.2.1 感测器的定义与分类 180

6.2.2 机电一体化系统中的常用感测器 180

6.2.3 智慧型感测器 193

6.3 感测器与计算机接口技术 194

6.3.1 数字型感测器与计算机的接口及实例 194

6.3.2 模拟型感测器与计算机的接口 195

习题与思考题 197

第7章 动力驱动及其计算机控制 198

7.1 概述 198

7.1.1 机电一体化系统中执行装置的特点 198

7.1.2 电力电子技术在执行装置中的套用 198

7.1.3 机电传动系统建模 199

7.2 电力电子技术套用基础 203

7.2.1 晶闸管及其驱动电路 203

7.2.2 功率电晶体及其驱动电路 206

7.2.3 功率场效应电晶体及其驱动电路 208

7.2.4 IGBT及其驱动电路 211

7.3 直流传动控制系统 213

7.3.1 直流电机的晶闸管驱动控制 213

7.3.2 直流电机的全桥驱动控制 216

7.3.3 直流电机调速和伺服控制 217

7.4 交流传动控制系统 218

7.4.1 交流电机控制原理 218

7.4.2 交流伺服电机的驱动原理 219

7.5 步进传动控制系统 221

7.5.1 步进电机的原理和结构 221

7.5.2 步进电机控制 223

习题与思考题 226

第8章 生产过程自动化技术 228

8.1 概述 228

8.1.1 基本概念 228

8.1.2 自动化製造系统的常见类型 229

8.2 自动化加工设备 231

8.2.1 组合工具机 231

8.2.2 一般数控工具机 231

8.2.3 车削中心 232

8.2.4 加工中心 233

8.3 工件储运系统 234

8.3.1 存储设备 234

8.3.2 工件输送装置 239

8.4 检验过程自动化 253

8.4.1 概述 253

8.4.2 加工过程中的自动检验装置 255

8.4.3 自动补偿装置 259

8.4.4 检验自动机 261

8.5 辅助设备 264

8.5.1 提升装置 264

8.5.2 分路装置 265

8.5.3 小零件的转向和定向装置 267

8.5.4 大零件的转位装置 269

8.5.5 断屑装置 271

8.6 自动化製造系统的控制系统 273

8.6.1 FMS的信息流 273

8.6.2 製造过程的协调控制 275

8.6.3 加工过程监控 279

8.7 计算机集成製造系统 279

8.7.1 基本定义 279

8.7.2 计算机集成製造系统的基本组成 279

8.7.3 计算机集成製造系统的递阶控制模式 282

习题与思考题 284

第9章 机电一体化系统的常用控制策略 285

9.1 模拟PID调节器 285

9.2 数字PID控制器 286

9.2.1 数字PID位置型控制算法 286

9.2.2 数字PID增量型控制算法 288

9.3 数字PID控制算法的改进 290

9.3.1 积分分离PID控制算法 290

9.3.2 遇限削弱积分PID控制算法 292

9.3.3 不完全微分PID控制算法 293

9.3.4 微分先行PID控制算法 295

9.3.5 带死区的PID控制算法 296

9.4 数字PID控制技术的套用实例 297

9.4.1 直线电机的数字PID控制 297

9.4.2 运动控制系统中位置环数字PID控制算法的改进实现 300

9.5 其他智慧型控制 302

9.5.1 模糊控制 302

9.5.2 专家智慧型控制 317

9.5.3 自学习智慧型控制系统 318

9.5.4 基于神经网路的智慧型控制 318

习题与思考题 319

第10章 机电一体化系统设计方法与实例 320

10.1 机电一体化系统设计方法学概论 320

10.1.1 机电一体化系统设计原则 320

10.1.2 机电一体化系统设计类型 321

10.1.3 机电一体化系统设计方法 321

10.1.4 机电一体化系统设计步骤 322

10.1.5 机电一体化系统的性能评价 325

10.2 基于单片机的机电一体化控制系统设计案例 327

10.2.1 基于89C52 单片机的连续纸胶印机控制系统 327

10.2.2 基于P87C591单片机的温室控制单元 329

10.2.3 基于压力平衡原理的汽车燃油检漏仪 330

10.3 基于PC机的机电一体化控制系统设计案例 332

10.3.1 基于机器视觉的晶振外壳缺陷线上抽检系统 332

10.3.2 基于PC的并在线上床控制系统 334

10.3.3 基于PC的开放式数控系统 336

10.4 基于PLC的机电一体化控制系统设计案例 338

10.4.1 锅炉膜式水冷壁管屏自动焊接生产线控制系统 338

10.4.2 气动机械手控制系统 340

10.5 机器人及其控制系统设计案例 343

10.5.1 液压挖掘机器人分散式测控系统 343

10.5.2 多自由度机器人的结构与控制系统 345

10.5.3 高速并在线上械手位置控制系统 346

10.6 机电一体化系统的综合设计实例 349

10.6.1 数控五轴联动雷射加工机 349

10.6.2 机器人智慧型关节 354

习题与思考题 363

参考文献 365