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第1章 总论1

1.1 概述1

1.1.1 机电一体化定义1

1.1.2 机电一体化技术的主要特征1

1.2 机电控制系统的基本功能和构成2

1.2.1 控制系统的基本功能2

1.2.2 控制系统的基本构成3

1.3 机电一体化系统中微机控制系统的设计步骤5

1.3.1 确定运动规律5

1.3.2 运动循环图的设计及修订6

1.3.3 确定系统整体控制方案6

1.3.4 控制算法的选用6

1.3.5 选择微型计算机7

1.3.6 硬件设计7

1.3.7 软件设计8

2.1.1 控制系统的方式和组成9

2.1 概述9

第2章 机电系统控制基础9

2.1.2 控制系统的基本指标10

2.2 控制系统的数学模型11

2.2.1 控制系统的微分方程11

2.2.2 控制系统的传递函数13

2.2.3 系统动态结构图16

2.2.4 自动控制系统传递函数推导举例18

2.3.1 典型输入信号及其响应21

2.3 控制系统的时域分析21

2.3.2 一阶系统的时域响应22

2.3.3 二阶系统的时域响应24

2.3.4 线性系统的稳定性分析29

2.3.5 线性系统的稳态误差分析30

2.4 控制系统的频域分析31

2.4.1 频率特性的基本概念32

2.4.2 频率特性的表示方法32

2.4.3 频率特性的图示法33

2.4.4 系统性能的分析35

2.5 控制系统的校正38

2.5.1 控制系统校正装置的结构38

2.5.2 常用的无源串联校正装置及其特性39

2.5.3 相位超前与相位滞后校正的比较42

第3章 机电控制系统机械系统部件的选择与设计43

3.1 概述43

3.1.1 机电控制系统对机械系统部件的基本要求43

3.1.2 机电控制系统机械系统部件的组成43

3.2 机械传动系统的选择与设计44

3.2.1 齿轮传动44

3.2.2 谐波齿轮传动50

3.2.3 滚珠螺旋传动53

3.2.4 滚珠花键传动62

3.3 导向及支承机构的选择与设计65

3.3.1 导向支承机构的选择与设计65

3.3.2 轴系支承部件的选择与设计71

3.4.1 执行机构概述75

3.4 执行机构的选择与设计75

3.4.2 连杆机构76

3.4.3 微动机构76

3.4.4 工业机器人末端执行器78

第4章 机电控制系统电路设计81

4.1 概述81

4.2 模拟信号调理电路82

4.2.1 滤波和限幅电路82

4.2.2 运算放大电路84

4.2.3 隔离技术90

4.3 单片机外围接口电路91

4.3.1 并行总线接口92

4.3.2 SPI总线接口92

4.3.3 SMBUS（I2C）总线接口98

4.4 通信接口电路的设计102

4.4.1 RS-232协议接口设计102

4.4.2 RS-485/RS-422协议接口设计102

4.5.1 开关量信号输入电路及开关量处理方法105

4.5 开关量输入输出电路105

4.5.2 开关量输出电路108

4.6 人机接口设计110

4.6.1 键盘接口驱动程序设计110

4.6.2 显示接口电路及驱动程序设计112

第5章 检测系统设计115

5.1 模拟信号的检测116

5.1.1 基本转换电路116

5.1.2 振荡器117

5.1.3 量程切换电路119

5.1.4 放大器120

5.1.5 信号的调制与解调125

5.1.6 滤波器131

5.1.7 运算电路135

5.2 数字信号的检测137

5.2.1 数字信号检测系统的组成137

5.2.2 信号的细分与辨向138

5.2.3 脉冲当量变换电路145

5.3.1 模拟信号的采集方法146

5.3 检测信号的采集方法146

5.3.2 采样／保持电路147

5.4 检测信号的处理方法150

第6章 电液控制系统设计151

6.1 概述151

6.1.1 电液控制系统的组成151

6.1.2 电液控制系统的分类152

6.2.1 比例电磁铁153

6.2 电-机械转换器153

6.2.2 永磁动铁式力矩马达155

6.2.3 动圈式力马达和力矩马达156

6.3 电液比例控制系统156

6.3.1 概述156

6.3.2 电液比例阀的性能指标158

6.3.3 电液比例控制系统的设计160

6.4.1 电液伺服控制原理171

6.4 电液伺服控制系统171

6.4.2 电液伺服阀173

6.4.3 电液伺服阀的特性及主要的性能指标176

6.4.4 液压伺服系统的设计179

第7章 微机控制系统设计189

7.1 概述189

7.2 微机控制技术基础189

7.2.1 微机控制技术的几个基本概念189

7.2.2 微机控制系统的分类及其功能特点191

7.2.3 Z变换和Z传递函数193

7.3 数字控制器设计194

7.3.1 PID数字控制器设计195

7.3.2 最少拍随动系统的设计200

7.3.3 最少拍无波纹随动系统的设计204

7.3.4 达林数字控制器设计207

7.4 智能控制器设计209

7.4.1 模糊控制209

7.4.2 专家控制211

7.4.3 神经网络控制213

7.4.4 遗传算法控制216

7.5 微机控制装置设计218

7.5.1 微机控制系统的一般组成218

7.5.2 微机控制系统的接口技术219

第8章 系统控制的典型实例224

8.1 利用蓝牙技术和远程信息控制单元实现汽车诊断224

8.2 电阻加热装置的计算机恒流控制系统实例227

8.3 模拟温室环境监控技术的应用232

8.3.1 模拟温室及分类232

8.3.2 模拟温室环境监测与调控233

8.3.3 智能温室环境控制的发展方向242

8.4 嵌入式系统技术应用243

8.4.1 Windows CE嵌入式实时操作系统245

8.4.2 嵌入式运动数据采集系统的开发248

参考文献252