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第一篇 机电控制技术基础2

1 机电控制的基础知识2

1.1 机电控制技术概述2

1.1.1 机械与控制2

1.1.2 机电控制系统的发展概况3

1.1.3 机电一体化产品4

1.2 机电控制系统的基本组成和工作原理4

1.3 机电控制系统的基本设计要求5

1.4 机电控制系统的基本控制方式6

1.4.1 开环控制方式6

1.4.2 反馈控制方式7

1.4.3 复合控制方式8

2 机电控制系统的静态特性和动态特性9

2.1 机电控制系统的数学模型及传递函数9

2.1.1 数学模型的概念9

2.1.2 非线性系统的线性化10

2.1.3 数学模型的微分方程10

2.1.4 系统的传递函数12

2.1.5 系统的结构图13

2.1.6 物理系统传递函数的推导18

2.2 机电控制系统稳态特性与动态特性21

2.2.1 时间响应及其组成21

2.2.2 典型的输入信号22

2.2.3 系统稳定性的概念23

2.2.4 系统的动态性能与稳态性能25

2.2.5 一阶系统的动态性能27

2.2.6 二阶系统的动态性能29

2.2.7 系统的稳定判定与稳定裕量34

2.3 机电控制系统的性能指标与校正39

2.3.1 机电控制系统的性能指标39

2.3.2 机电控制系统的校正46

2.3.3 串联校正47

2.3.4 PID校正50

2.3.5 反馈校正52

2.3.6 系统的频率法设计应用实例——基于频率法的Matlab串联校正设计55

2.3.7 PID数字控制器的设计应用实例——基于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统57

3 机电控制系统的传感检测技术62

3.1 传感器的种类及特点62

3.1.1 传感器的分类62

3.1.2 传感器的基本要求64

3.1.3 位移传感器65

3.1.4 速度传感器74

3.1.5 加速度传感器77

3.1.6 力、扭矩和压力传感器78

3.1.7 温度传感器80

3.1.8 红外、图像与光纤传感器84

3.2 检测元件的性能参数89

3.3 检测元件的选用90

3.4 检测元件的应用实例91

3.4.1 压电式传感器的应用举例91

3.4.2 电容式传感器的应用举例92

4 机电控制系统的执行装置94

4.1 执行装置的种类及特点94

4.1.1 驱动元件的分类94

4.1.2 机电控制系统对执行元件的基本要求95

4.1.3 步进电动机的驱动与控制96

4.1.4 直流伺服电动机的驱动与控制104

4.1.5 交流伺服电动机的驱动与控制111

4.2 驱动元件的选用118

4.2.1 负载分析118

4.2.2 环境条件120

4.2.3 机构120

4.3 驱动元件的应用实例122

5 机电控制系统的执行元件124

5.1 概述124

5.1.1 执行元件的分类124

5.1.2 机电控制系统对执行元件的基本要求126

5.2 液压缸的种类和结构127

5.2.1 液压缸的分类127

5.2.2 液压缸的典型结构128

5.3 液压马达的种类和结构131

5.3.1 叶片式液压马达131

5.3.2 径向柱塞式液压马达132

5.3.3 轴向柱塞马达139

5.3.4 齿轮液压马达140

5.4 气动马达142

5.4.1 气动马达的特点142

5.4.2 气动马达的结构142

5.4.3 气动马达的选择及使用要求144

5.5 执行元件的应用实例144

5.5.1 卷纸张力的控制144

5.5.2 恒高度零件供料装置145

5.5.3 机械手伸缩运动伺服系统146

5.5.4 公共汽车车门气压传动系统146

6 机电控制系统的微机控制技术148

6.1 微机控制技术概论148

6.1.1 微机控制技术148

6.1.2 微机控制技术系统的组成及其特点149

6.1.3 微机控制系统的分类150

6.1.4 微机控制系统的设计步骤151

6.2 机电控制系统的单片机技术152

6.2.1 80C51单片机硬件结构155

6.2.2 80C51单片机接口技术157

6.2.3 80C51单片机中断、定时技术173

6.2.4 单片机常用设计语言196

6.3 机电控制系统的可编程控制技术203

6.3.1 可编程控制技术概述203

6.3.2 PLC的基本组成和工作原理203

6.3.3 S7-200系列PLC的硬件系统211

6.3.4 S7-200系列PLC的编程元件213

6.3.5 S7-200系列PLC的基本指令214

6.3.6 PLC的基本应用实例229

6.3.7 S7-200系列PLC的顺序控制指令及应用实例230

第二篇 机电控制系统的典型应用实例230

7 伺服控制系统应用实例238

7.1 位置伺服控制系统238

7.1.1 永磁交流位置伺服控制系统应用实例238

7.1.2 气动位置伺服系统应用实例247

7.2 速度伺服控制系统260

7.2.1 电液伺服系统的设计内容260

7.2.2 液压动力元件设计260

7.2.3 各组成元件的传递函数262

7.2.4 系统的传递函数265

8 过程控制系统应用实例266

8.1 基于80C51的计量泵流量控制系统设计266

8.1.1 硬件设计部分266

8.1.2 软件设计部分270

8.2 80C51单片机在电液位置伺服系统上的应用276

8.2.1 直驱式电液位置伺服系统简介276

8.2.2 硬件控制系统设计277

8.2.3 软件系统设计281

9 数控机床机电控制系统应用实例287

9.1 常用三相异步电动机的基本控制环节及控制实现287

9.1.1 起动、停车和点动287

9.1.2 电动机的正转、反转和停止控制288

9.1.3 电动机正／反转连锁控制288

9.2 PLC在步进电动机控制中的应用289

9.3 可编程控制器在常用机床中的应用实例291

9.3.1 全自动导轨除锈磨光机291

9.3.2 基于PLC和触摸屏的工业汽轮机控制系统的设计294

9.3.3 基于PLC控制的数控齿条插齿机控制系统应用实例297

9.3.4 注塑机可编过程控制器的原理与设计309

10 工业机器人315

10.1 工业机器人基本组成及分类315

10.1.1 工业机器人基本组成315

10.1.2 工业机器人的分类316

10.2 工业机器人的技术参数318

10.3 工业机器人机构原理319

10.3.1 末端执行器320

10.3.2 机器人手腕320

10.3.3 机器人手臂320

10.3.4 机器人机座321

10.3.5 工业机器人的传动321

10.4 工业机器人的机电控制系统组成322

10.5 机电控制系统在工业机器人中的应用实例323

10.5.1 钨极氨弧焊机器人控制应用实例323

10.5.2 自动涂胶机械手控制应用实例326

参考文献329