機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1
1.1什么是機(jī)電一體化.1
1.2機(jī)電一體化集成設(shè)計(jì)問題2
1.3機(jī)電一體化關(guān)鍵要素4
1.3.1信息系統(tǒng)4
1.3.2機(jī)械系統(tǒng)9
1.3.3電氣系統(tǒng)10
1.3.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)14
1.3.5傳感器和執(zhí)行器15
1.3.6實(shí)時(shí)接口16
1.4機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程18
1.5機(jī)電一體化中的高級(jí)方法21
1.6小結(jié)24
參考文獻(xiàn)24
習(xí)題24
第2章物理系統(tǒng)的建模和仿真27
2.1概述27
2.2仿真和框圖27
2.2.1框圖28
2.2.2仿真30
2.3模擬和阻抗框圖31
2.3.1位勢(shì)變量PV和流體變量FV31
2.3.2阻抗圖32
2.3.3修正模擬法37
2.4電氣系統(tǒng)41
2.4.1電阻.電容和電感41
2.4.2電壓源.電流源和變壓器41
2.5機(jī)械平動(dòng)系統(tǒng)46
2.5.1摩擦力48
2.5.2彈簧51
2.6機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)60
2.7機(jī)電耦合64
2.7.1洛倫茲定律64
2.7.2法拉第定律65
2.7.3作用公式66
2.8流體系統(tǒng)68
2.8.1密度與重度68
2.8.2力.壓力與壓頭間的關(guān)系69
2.8.3體積模量69
2.8.4質(zhì)量守恒69
2.8.5能量守恒70
2.8.6節(jié)流口71
2.8.7容器73
2.8.8流體類比小結(jié)74
2.9小結(jié)79
參考文獻(xiàn)79
習(xí)題80
第3章傳感器和變換器85
3.1傳感器和變換器概述85
3.1.1傳感器的分類86
3.1.2傳感器和變換器的參數(shù)測(cè)量87
3.1.3儀表系統(tǒng)的品質(zhì)參數(shù)88
3.1.4機(jī)電一體化建模參數(shù)中的誤差和不確定度90
3.1.5應(yīng)用示例92
3.2運(yùn)動(dòng)和位置測(cè)量傳感器95
3.2.1電阻式變換器96
3.2.2電感式變換器99
3.2.3電容式變換器103
3.2.4壓電式變換器109
3.2.5渦流式變換器116
3.2.6霍爾效應(yīng)117
3.2.7運(yùn)動(dòng)測(cè)量用的數(shù)字傳感器120
3.2.8氣動(dòng)式變換器124
3.3力.轉(zhuǎn)矩和觸覺式傳感器126
3.3.1應(yīng)變計(jì)126
3.3.2觸覺式傳感器131
3.4流量傳感器132
3.4.1固體流量132
3.4.2液體流量133
3.4.3差壓式傳感器134
3.4.4流量測(cè)量的超聲波流量傳感器137
3.4.5靶式流量計(jì)138
3.4.6渦輪流量計(jì)139
3.4.7轉(zhuǎn)子力矩質(zhì)量流量計(jì)139
3.4.8利用激光多普勒效應(yīng)的流量測(cè)量140
3.4.9熱線風(fēng)速計(jì)141
3.4.10電磁流量計(jì)141
3.5溫度傳感器142
3.5.1基于電阻變化的溫度傳感器143
3.5.2基于不同金屬間接觸電壓的溫度傳感器144
3.5.3輻射式溫度傳感器146
3.5.4光纖式溫度傳感器146
3.5.5干涉式溫度傳感器146
3.6超聲波傳感器147
3.6.1超聲波距離測(cè)量147
3.6.2超聲波應(yīng)力測(cè)量148
3.6.3超聲波流量測(cè)量148
3.7測(cè)距傳感器148
3.7.1測(cè)距傳感器原理149
3.7.2點(diǎn)投影測(cè)量法150
3.7.3光條紋測(cè)量法151
3.7.4移動(dòng)拍照測(cè)量法151
3.7.5飛行時(shí)間測(cè)量法151
3.7.6雙目鏡測(cè)量法152
3.7.7應(yīng)用位置敏感檢測(cè)器的光學(xué)測(cè)量法153
3.7.8其他測(cè)距技術(shù)154
3.8基于磁致伸縮式傳感器的有源振動(dòng)控制155
3.8.1實(shí)時(shí)振動(dòng)控制的執(zhí)行器155
3.8.2磁致伸縮式變換器155
3.9機(jī)電一體化系統(tǒng)中的光纖器件157
3.10小結(jié)159
參考文獻(xiàn)..160
習(xí)題161
第4章執(zhí)行裝置167
4.1直流電動(dòng)機(jī)167
4.1.1直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型167
4.1.2無刷直流電動(dòng)機(jī)168
4.1.3交流電動(dòng)機(jī)169
4.2永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)169
4.2.1建模方法170
4.2.2驅(qū)動(dòng)方程和框圖模型171
4.2.3電動(dòng)機(jī)方程和框圖模型171
4.3流體動(dòng)力執(zhí)行器173
4.3.1流體動(dòng)力中的控制系統(tǒng)173
4.3.2流體動(dòng)力執(zhí)行器176
4.4流體動(dòng)力設(shè)計(jì)要素176
4.4.1流體動(dòng)力能量輸入裝置177
4.4.2能量調(diào)制裝置180
4.4.3能量輸出裝置184
4.4.4流體動(dòng)力回路的控制模式185
4.4.5流體動(dòng)力回路的其他電氣元件186
4.5壓電執(zhí)行器186
4.6小結(jié)187
參考文獻(xiàn)187
習(xí)題188
第5章機(jī)電一體化系統(tǒng)的硬件組成189
5.1機(jī)電一體化數(shù)字系統(tǒng)189
5.2二進(jìn)制邏輯193
5.2.1幾種邏輯表達(dá)的證明與簡(jiǎn)化195
5.2.2真值表196
5.3卡諾圖化簡(jiǎn)198
5.3.1二變量卡諾圖198
5.3.2三變量卡諾圖199
5.3.3四變量卡諾圖201
5.4變換器信號(hào)調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置201
5.4.1運(yùn)算及檢測(cè)放大器201
5.4.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置207
5.5可編程控制器209
5.5.1PLC系統(tǒng)概述210
5.5.2可編程控制器特點(diǎn)211
5.5.3PLC編程基礎(chǔ)213
5.6小結(jié)215
參考文獻(xiàn)216
習(xí)題216
第6章信號(hào).系統(tǒng)與控制219
6.1信號(hào).系統(tǒng)和控制概述219
6.2系統(tǒng)描述221
6.2.1傳遞函數(shù)形式221
6.2.2框圖形式223
6.3非線性系統(tǒng)的線性化225
6.4延時(shí)227
6.5系統(tǒng)性能指標(biāo)229
6.5.1穩(wěn)定性229
6.5.2準(zhǔn)確度229
6.5.3瞬態(tài)響應(yīng)233
6.5.4靈敏度235
6.6根軌跡236
6.6.1基本原理237
6.6.2繪制規(guī)則238
6.6.3繪制實(shí)例239
6.6.4控制240
6.7伯德圖246
6.8小結(jié)253
參考文獻(xiàn)253
習(xí)題253
第7章實(shí)時(shí)接口257
7.1概述257
7.2數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的基本要素257
7.3I/O過程的概述259
7.4I/O卡與軟件的安裝262
7.5應(yīng)用軟件的安裝264
7.5.1使用VisSim進(jìn)行基礎(chǔ)建模和仿真264
7.5.2為實(shí)時(shí)運(yùn)行設(shè)置VisSim267
7.6實(shí)例272
7.6.1懸臂梁力的測(cè)量272
7.6.2控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)274
7.6.3數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)279
7.7幀溢出284
7.7.1識(shí)別上限285
7.7.2限制視圖285
7.7.3延長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)285
7.7.4使用更簡(jiǎn)單的積分算法285
7.7.5關(guān)閉隱含的公式運(yùn)算器286
7.8小結(jié)286
參考文獻(xiàn)286
第8章機(jī)電一體化系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用287
8.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器287
8.2自動(dòng)化制造中的機(jī)電一體化控制290
8.2.1制造過程監(jiān)測(cè)290
8.2.2在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)290
8.2.3基于模型的系統(tǒng)291
8.2.4硬件在環(huán)路仿真292
8.2.5制造檢驗(yàn)中的監(jiān)督控制293
8.2.6異構(gòu)系統(tǒng)的集成294
8.3機(jī)電一體化中的人工智能296
8.3.1機(jī)電一體化中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)296
8.3.2知識(shí)庫系統(tǒng)297
8.4機(jī)電一體化中的模糊邏輯應(yīng)用298
8.4.1模糊邏輯系統(tǒng)298
8.4.2何謂模糊控制299
8.4.3模糊專家系統(tǒng)的使用301
8.5機(jī)電一體化中的微型傳感器302
8.5.1微型傳感器制造技術(shù)303
8.5.2微型壓力傳感器305
8.5.3微型加速計(jì)傳感器305
8.5.4微型熱傳感器305
8.5.5微型流量傳感器305
8.5.6微型濕度傳感器305
8.5.7微型位移傳感器305
8.5.8微型光學(xué)傳感器305
8.6小結(jié)306
參考文獻(xiàn)306
第9章案例分析309
9.1數(shù)據(jù)采集案例分析309
9.1.1運(yùn)輸橋梁表面材料測(cè)試309
9.1.2應(yīng)用在汽車中的傳感器標(biāo)定系統(tǒng)310
9.1.3應(yīng)變計(jì)稱重系統(tǒng)312
9.1.4螺線管電磁力—位移標(biāo)定系統(tǒng)314
9.1.5光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器315
9.2數(shù)據(jù)采集和控制案例分析317
9.2.1陶瓷板的熱循環(huán)疲勞318
9.2.2pH值控制系統(tǒng)320
9.2.3除冰溫度控制系統(tǒng)321
9.2.4CD播放器的跳讀控制324
9.3小結(jié)...325
9.4關(guān)于其他案例分析的建議325
附錄國(guó)內(nèi)外電氣圖形符號(hào)對(duì)照328
索引329