機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學科，并正日益得到普遍重視和廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的一項高新技術(shù)。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用而生產(chǎn)出來的機電一體化產(chǎn)品已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟的各個領(lǐng)域。為了在當今國際范圍內(nèi)激烈的技術(shù)、經(jīng)濟競爭中占據(jù)優(yōu)勢，世界各國紛紛將機電一體化的研究和發(fā)展作為一項重要內(nèi)容而列入本國的發(fā)展計劃。該教材和課程能夠使學生了解和掌握機電一體化的知識體系以及機電一體化設(shè)計的理論和方法，從而能夠靈活地綜合運用共性關(guān)鍵基礎(chǔ)知識進行機電一體化產(chǎn)品的分析、設(shè)計與開發(fā)，達到知識結(jié)構(gòu)、能力的機電一體化。
《機電一體化技術(shù)》一書以機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞各種技術(shù)的融合與綜合應(yīng)用撰寫知識體系，使讀者了解和掌握機電一體化的實質(zhì)、理論和基本方法，從而能夠綜合運用共性關(guān)鍵技術(shù)進行機電一體化產(chǎn)品乃至系統(tǒng)的分析、設(shè)計與開發(fā)。
作為規(guī)范教材，我們在編寫過程中著重考慮了以下幾點：一是著重體現(xiàn)機電一體化領(lǐng)域中多學科的融合與交叉，避免相關(guān)知識的簡單堆砌；二是在保證教材內(nèi)容豐富的同時，突出側(cè)重點，幫助讀者有針對性地閱讀與學習；三是注重讀者動手能力的培養(yǎng)，從不同的層面和角度介紹、講解了大量的技術(shù)示例和工程實例，鍛煉與培養(yǎng)其實踐能力；四是強調(diào)機電一體化的技術(shù)體系認知、機電一體化思維以及知識結(jié)構(gòu)和相關(guān)能力的同步發(fā)展。
本書以機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)為基本框架，結(jié)合教材宜學宜教的一般結(jié)構(gòu)體系設(shè)置了總論、精密機械技術(shù)、電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)、傳感與檢測技術(shù)、計算機控制基礎(chǔ)、伺服控制、接口技術(shù)、系統(tǒng)總體設(shè)計和應(yīng)用實例9章，力求系統(tǒng)和全面地表述機電一體化技術(shù)精髓與工程實踐。
機電一體化是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新興的綜合性技術(shù)學科，正日益得到普遍重視和廣泛應(yīng)用，已成為現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的一項高新技術(shù)。機電一體化技術(shù)系統(tǒng)理論的形成最早起源于20世紀60年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)由早期的機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的簡單組合過渡至高度融合且智能化的階段。機電一體化將機械、電工、電子、信息處理、伺服驅(qū)動、傳感檢測、自動控制等技術(shù)進行有機結(jié)合，用系統(tǒng)的觀點在工程的構(gòu)思、規(guī)劃、設(shè)計等方面優(yōu)化組織“物質(zhì)、能量、信息”現(xiàn)代工業(yè)三要素，從而制造出具有多種集成功能、高性能、高可靠性并在市場中具有競爭力的產(chǎn)品。目前機電一體化產(chǎn)品已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟的各個領(lǐng)域。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機電一體化產(chǎn)品的概念不再局限于某一具體產(chǎn)品的范圍，已擴大到控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)品制造和過程控制。為了在當今國際范圍內(nèi)激烈的技術(shù)、經(jīng)濟競爭中占據(jù)優(yōu)勢，世界各國紛紛將機電一體化的研究和發(fā)展作為一項重要內(nèi)容而列入本國的發(fā)展計劃，而我國也正處于由“制造大國”向“制造強國”的轉(zhuǎn)變過程中，需要能夠掌握核心與關(guān)鍵技術(shù)的人才進行自主創(chuàng)新，增強核心競爭力。目前，我國很多高校和高職高專院校在機械工程類專業(yè)中設(shè)立了機電一體化技術(shù)方向；企業(yè)及研究院所也有相當多的工程技術(shù)人員從事機電一體化技術(shù)方面的研究與開發(fā)工作。
本書以機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞各種技術(shù)的融合與綜合應(yīng)用撰寫知識體系，使讀者了解和掌握機電一體化的實質(zhì)、理論和基本方法，從而能夠綜合運用共性關(guān)鍵技術(shù)進行機電一體化產(chǎn)品乃至系統(tǒng)的分析、設(shè)計與開發(fā)。
作為規(guī)范教材，我們在編寫過程中著重考慮了以下幾點：一是著重體現(xiàn)機電一體化領(lǐng)域中多學科的融合與交叉，避免相關(guān)知識的簡單堆砌；二是在保證教材內(nèi)容豐富的同時，突出側(cè)重點，幫助讀者有針對性地閱讀與學習；三是注重讀者動手能力的培養(yǎng)，從不同的層面和角度介紹、講解了大量的技術(shù)示例和工程實例，鍛煉與培養(yǎng)其實踐能力；四是強調(diào)機電一體化的技術(shù)體系認知、機電一體化思維以及知識結(jié)構(gòu)和相關(guān)能力的同步發(fā)展。
前言
第1章總論1
1.1機電一體化的基本概念1
1.1.1機電一體化的定義1
1.1.2機電一體化產(chǎn)品的分類2
1.1.3機電一體化的技術(shù)特點3
1.2機電一體化的發(fā)展歷程4
1.2.1理論形成階段4
1.2.2技術(shù)現(xiàn)狀5
1.2.3發(fā)展趨勢9
1.3機電一體化系統(tǒng)要素與組成10
1.4機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)12
1.5機電一體化技術(shù)的運用流程14
1.5.1可行性研究14
1.5.2技術(shù)設(shè)計15
1.5.3試驗運行15
思考題18
第2章精密機械技術(shù)19
2.1概述19
2.2傳動機構(gòu)19
2.2.1傳動機構(gòu)的性能要求19
2.2.2絲杠螺母傳動20
2.2.3齒輪傳動24
2.2.4撓性傳動29
2.2.5間歇傳動30
2.3導(dǎo)向機構(gòu)31
2.3.1導(dǎo)向機構(gòu)的性能要求與分類31
2.3.2滾動直線導(dǎo)軌32
2.3.3塑料導(dǎo)軌34
2.3.4流體靜壓導(dǎo)軌35
2.4執(zhí)行機構(gòu)36
2.4.1執(zhí)行機構(gòu)的基本要求36
2.4.2電磁執(zhí)行機構(gòu)36
2.4.3微動執(zhí)行機構(gòu)38
2.4.4工業(yè)機械手末端執(zhí)行器40
2.5軸系42
2.5.1軸系的性能要求與分類42
2.5.2滾動軸承43
2.5.3流體靜壓軸承44
2.5.4磁懸浮軸承45
2.6機座和機架46
2.7機構(gòu)簡圖的繪制47
思考題48
機電一體化技術(shù)目錄第3章電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)49
3.1集成運算放大器49
3.1.1基本知識49
3.1.2信號運算52
3.1.3信號處理57
3.2直流穩(wěn)壓電源62
3.2.1工作原理63
3.2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路64
3.2.3輔助電源電路65
3.2.4串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的保護電路66
3.3組合邏輯電路67
3.3.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計67
3.3.2編碼器69
3.3.3譯碼器71
3.3.4加法器73
3.4時序邏輯電路75
3.4.1時序邏輯電路的分析77
3.4.2時序邏輯電路的設(shè)計81
3.4.3移位寄存器90
思考題93
第4章傳感與檢測技術(shù)95
4.1概述95
4.2傳感器分類及特性96
4.2.1傳感器的定義及作用96
4.2.2傳感器的構(gòu)成與分類96
4.2.3傳感器的靜態(tài)特性98
4.2.4傳感器的動態(tài)特性99
4.3常用傳感器與傳感元件100
4.3.1位移傳感器100
4.3.2力傳感器105
4.3.3速度和加速度傳感器107
4.3.4其他工程量檢測108
4.3.5其他重要傳感元件110
4.3.6傳感器的選用原則111
4.4信號預(yù)處理112
4.4.1信號放大112
4.4.2調(diào)制與解調(diào)114
4.4.3濾波115
4.4.4信號的采樣與保持118
4.5傳感器的非線性補償119
4.5.1計算法119
4.5.2查表法119
4.5.3插值法119
思考題120
第5章計算機控制基礎(chǔ)121
5.1概述121
5.1.1計算機控制系統(tǒng)的組成121
5.1.2計算機控制系統(tǒng)的特點122
5.1.3計算機控制系統(tǒng)的分類123
5.1.4計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展126
5.2被控對象數(shù)學模型128
5.2.1機械移動系統(tǒng)128
5.2.2機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)131
5.2.3電路網(wǎng)絡(luò)133
5.2.4機械系統(tǒng)與電系統(tǒng)的模型相似138
5.3單片機143
5.3.1單片機基本知識144
5.3.2MCS51系列單片機硬件和原理145
5.3.3C51語言的編程基礎(chǔ)152
5.3.4單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的基本方法177
5.4可編程序控制器（PLC）185
5.4.1PLC的硬件系統(tǒng)組成186
5.4.2PLC的輸入/輸出模塊187
5.4.3PLC的編程語言189
5.4.4PLC的基本指令190
5.4.5狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及編程方法194
思考題202
第6章伺服控制205
6.1概述205
6.1.1伺服控制的基本概念205
6.1.2伺服系統(tǒng)的分類206
6.1.3伺服系統(tǒng)的總體要求208
6.2執(zhí)行元件209
6.2.1執(zhí)行元件的分類209
6.2.2電氣式執(zhí)行元件211
6.3控制與驅(qū)動225
6.3.1步進電動機的控制驅(qū)動225
6.3.2直流伺服電動機的控制驅(qū)動231
6.3.3交流伺服電動機的控制驅(qū)動235
6.4技術(shù)示例238
6.4.1天線控制系統(tǒng)的構(gòu)成238
6.4.2組成環(huán)節(jié)的單元239
6.4.3系統(tǒng)的數(shù)學模型239
6.4.4方框圖和傳遞函數(shù)240
6.4.5控制指標241
6.4.6速度控制系統(tǒng)的設(shè)計242
6.4.7天線位置控制系統(tǒng)的設(shè)計244
思考題250
第7章接口技術(shù)251
7.1概述251
7.2地址譯碼器與CPU接口252
7.2.1地址譯碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理252
7.2.2輸出接口254
7.2.3輸入接口255
7.3人機接口255
7.3.1人機接口的特點255
7.3.2人機輸入接口設(shè)計255
7.3.3人機交互輸出設(shè)備工作原理及接口設(shè)計258
7.3.4輸出接口電路示例260
7.4機電接口263
7.4.1機電接口類型及特點263
7.4.2D/A轉(zhuǎn)換264
7.4.3A/D轉(zhuǎn)換268
7.4.4功率接口277
7.5總線接口283
7.5.1串行通信283
7.5.2串行通信標準總線285
思考題288
第8章系統(tǒng)總體設(shè)計290
8.1總體設(shè)計的概念及內(nèi)容290
8.1.1總體設(shè)計的概念290
8.1.2總體設(shè)計的主要內(nèi)容290
8.2性能指標與優(yōu)化方法295
8.2.1產(chǎn)品的使用要求295
8.2.2系統(tǒng)的性能指標297
8.2.3系統(tǒng)的優(yōu)化指標298
8.2.4系統(tǒng)優(yōu)化方法301
8.3產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計301
8.3.1結(jié)構(gòu)方案的確定302
8.3.2優(yōu)化指標的處理304
8.3.3精度指標分配305
8.3.4功能指標分配307
8.3.5優(yōu)化設(shè)計示例310
8.4系統(tǒng)干擾與抑制312
8.4.1干擾源313
8.4.2電源抗干擾設(shè)計314
8.4.3地線干擾抑制315
8.4.4屏蔽技術(shù)318
8.4.5感性負載瞬態(tài)噪聲抑制及觸點保護318
8.4.6軟件抗干擾320
思考題321
第9章應(yīng)用實例323
9.1工業(yè)機器人323
9.1.1工業(yè)機器人的發(fā)展歷程323
9.1.2技術(shù)特點與性能要素324
9.1.3工業(yè)機器人的組成325
9.1.4機械本體常見構(gòu)型326
9.1.5控制系統(tǒng)328
9.1.6工業(yè)機器人的應(yīng)用330
9.1.7技術(shù)示例332
9.2數(shù)控機床335
9.2.1概述335
9.2.2數(shù)控機床的構(gòu)成336
9.2.3應(yīng)用及分類338
9.2.4加工中心（MC）339
9.2.5電火花數(shù)控機床343
9.3微機電系統(tǒng)346
9.3.1概述346
9.3.2MEMS基礎(chǔ)研究內(nèi)容347
9.3.3MEMS的基本組成349
9.3.4微機電系統(tǒng)熱點應(yīng)用349
9.3.5工程示例351
9.4智能農(nóng)業(yè)裝備356
9.4.1智能施藥機器人356
9.4.2田間鋤草機器人357
9.4.3果蔬采摘機器人358
9.4.4技術(shù)示例360
思考題364
參考文獻365
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