机电一体化技术

前言
第1章 绪论1
1.1 机电一体化技术概述1
1.1.1 基本概念1
1.1.2 机电一体化产品分类1
1.2 国内外机电一体化发展现状2
1.2.1 国外机电一体化发展现状2
1.2.2 国内机电一体化发展现状3
1.3 机电一体化技术基本组成4
1.4 机电一体化技术体系6
1.5 机电一体化技术发展趋势7
习题9
第2章 机械系统设计理论10
2.1 机电一体化机械系统概述10
2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求10
2.1.2 机械系统的组成10
2.1.3 机械系统的设计思想11
2.2 机械系统性能分析11
2.2.1 数学模型的建立12
2.2.2 力学性能参数对系统性能的影响16
2.3 传动机构19
2.3.1 机电一体化系统对机械传动的要求19
2.3.2 无侧隙齿轮传动机构19
2.3.3 谐波齿轮传动机构24
2.3.4 滚珠花键传动机构26
2.3.5 同步齿形带传动机构27
2.3.6 滚珠丝杠螺母副传动机构31
2.4 导向机构36
2.4.1 导轨的分类和基本要求37
2.4.2 滑动导轨37
2.4.3 滚动导轨39
2.4.4 导轨的润滑与防护41
2.4.5 提高导轨耐磨性的措施42
2.5 执行机构43
2.5.1 执行机构的基本要求43
2.5.2 微动执行机构43
2.5.3 工业机械手末端执行器45
习题48
第3章 计算机控制技术49
3.1 计算机控制系统49
3.1.1 计算机控制系统概述49
3.1.2 计算机控制系统的组成50
3.1.3 计算机控制系统的特点52
3.1.4 计算机控制系统的类型53
3.2 工业控制计算机57
3.2.1 工业控制计算机概述57
3.2.2 工业控制计算机的特点57
3.2.3 工业控制计算机的常用类型58
3.3 Arduino58
3.3.1 Arduino概述58
3.3.2 Arduino硬件分类61
3.3.3 Arduino IDE介绍63
3.3.4 常用的Arduino第三方软件介绍66
3.3.5 Arduino使用方法67
3.3.6 Arduino应用实例69
3.4 可编程序控制器79
3.4.1 PLC概述79
3.4.2 S7-1200 PLC81
3.4.3 博途软件（TIA Portal）的使用87
3.4.4 S7-1200 PLC应用实例90
3.5 总线工业控制机96
3.5.1 总线工业控制机的组成与特点96
3.5.2 工控机的总线结构99
3.5.3 工控机I/O模块104
3.5.4 总线工控机I/O模块应用实例109
习题112
第4章 PID控制算法113
4.1 PID控制的原理和特点113
4.1.1 模拟PID113
4.1.2 数字PID114
4.2 PID各环节对控制系统的影响117
4.3 数字PID参数整定方法120
4.4 PID控制算法应用实例122
4.4.1 单容水箱恒液位值控制122
4.4.2 PID智能控制器123
4.4.3 Arduino控制器124
习题126
第5章 检测技术127
5.1 传感器概述127
5.1.1 传感器组成127
5.1.2 机械量测量传感器127
5.2 位置测量传感器128
5.2.1 位置传感器的主要技术指标128
5.2.2 常用的位置测量传感器129
5.3 位移测量传感器137
5.3.1 电感式位移传感器（微纳位移检测）137
5.3.2 电容式位移传感器（微纳位移检测）139
5.3.3 霍尔式位移传感器（微纳位移检测）141
5.3.4 光栅位移传感器（大尺寸位移检测）142
5.3.5 磁栅尺（大尺寸位移检测）144
5.4 速度测量传感器147
5.4.1 测速发电机147
5.4.2 光电式转速传感器147
5.5 力、力矩测量传感器150
5.5.1 电阻应变式力传感器150
5.5.2 压电式测力传感器151
5.5.3 电阻应变式力矩传感器151
5.5.4 相位差式转矩测量仪153
5.6 工业机器视觉简介153
5.6.1 机器视觉基础153
5.6.2 机器视觉系统156
5.6.3 机器视觉软件及图像处理常用算法161
习题163
第6章 伺服技术164
6.1 伺服概述164
6.1.1 伺服的概念164
6.1.2 伺服系统的分类165
6.2 伺服系统的组成及要求168
6.2.1 伺服系统的组成168
6.2.2 伺服系统的基本要求169
6.2.3 伺服电动机概述170
6.3 步进电动机171
6.3.1 步进电动机分类171
6.3.2 步进电动机的工作原理172
6.3.3 步进电动机的运行特性174
6.3.4 步进电动机的选用177
6.3.5 步进电动机的驱动器178
6.4 伺服电动机181
6.4.1 交流伺服电动机182
6.4.2 交流伺服驱动器185
6.4.3 伺服控制系统结构186
6.5 直线电动机187
6.5.1 直线电动机的结构和工作原理187
6.5.2 直线电动机和传统的旋转电动机 滚珠丝杠运动系统的比较188
6.6 DD电动机189
6.6.1 DD电动机的结构190
6.6.2 DD电动机的优点191
6.6.3 DD电动机与伺服、步进电动机的区别191
6.7 音圈电动机192
6.7.1 音圈电动机的工作原理193
6.7.2 音圈电动机的特点193
习题194
第7章 MCGS组态软件技术195
7.1 MCGS组态软件概述195
7.1.1 MCGS组态软件的系统构成196
7.1.2 MCGS组态软件的工作方式197
7.2 MCGS通用版组态软件应用实例198
7.2.1 建立一个新工程198
7.2.2 设计画面流程201
7.3 让动画动起来205
7.3.1 定义数据变量205
7.3.2 动画连接207
7.3.3 模拟设备213
7.3.4 编写控制流程214
7.4 报警显示与报警数据216
7.4.1 定义报警217
7.4.2 报警显示217
7.4.3 报警数据218
7.4.4 修改报警限值220
7.4.5 报警动画223
7.5 报表输出224
7.5.1 实时报表225
7.5.2 历史报表226
7.6 曲线显示230
7.6.