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第1章　机电一体化概论1

1.1　机电一体化概述1

1.1.1　机电一体化的概念1

1.1.2　机电一体化系统的构成2

1.1.3　机电一体化技术的发展3

1.1.4　机电一体化的意义7

1.1.5　机电一体化的发展方向8

1.2　机电一体化技术的分类9

1.2.1　机电一体化技术分类概述9

1.2.2　机电产品的机电一体化10

1.3　机电一体化的相关技术11

1.4　机电一体化设计方法13

1.5　基于微控制器的机电一体化产品的设计开发步骤16

第2章　机电一体化产品的组成20

2.1　机电一体化产品的控制器21

2.1.1　单片机与单板机21

2.1.2　可编程序控制器23

2.1.3　工业计算机的特点及选择26

2.1.4　嵌入式系统概述28

2.2　机电一体化产品中的传感器31

2.2.1　传感器概述31

2.2.2　传感器的选用原则及注意事项33

2.2.3　传感器的测量电路34

2.2.4　智能传感器36

2.3.1　驱动器的种类和对装置的基本要求38

2.3　驱动器及其控制38

2.3.2　直流伺服系统43

2.3.3　交流伺服系统47

2.4　机电一体化的机械传动与执行机构49

2.4.1　传动机构49

2.4.2　执行机构50

2.4.3　机械传动与执行机构举例53

2.4.4　机械传动与执行机构的发展趋势58

3.1　传统控制策略62

3.1.1　比例-积分-微分（PID）控制62

第3章　机电一体化设备的控制策略62

3.1.2　串级控制63

3.1.3　纯滞后对象的控制64

3.1.4　解耦控制66

3.2　现代控制策略68

3.2.1 自适应控制68

3.2.2　变结构控制69

3.2.3　鲁棒控制70

3.2.4　预测控制71

3.3　智能控制策略72

3.3.1　模糊控制73

3.3.2　专家控制73

3.3.3　神经网络控制74

3.3.4　遗传算法75

3.4　控制策略的渗透和结合77

第4章　机器人技术82

4.1　机器人概述82

4.1.1　机器人的含义及其组成82

4.1.2　机器人的分类84

4.2　机器人的机械系统85

4.2.1　机器人臂的典型机构85

4.2.2　机器人手腕结构86

4.2.3　机器人的手部结构88

4.2.4　仿生多指灵巧手90

4.3.1　机器人控制系统的作用及结构92

4.3　机器人的控制系统92

4.3.2　位置和力控制系统结构94

4.3.3　刚性控制95

4.4　智能机器人97

4.4.1　智能机器人的含义97

4.4.2　智能机器人的结构体系98

4.4.3　作业规划101

4.4.4　行动规划102

4.4.5　作业知识的获取107

4.5　多机器人系统107

4.5.1　多机器人系统概述107

4.5.2　几个典型多机器人系统108

4.5.3　多机器人系统体系结构109

4.5.4　多机器人的队形问题110

4.5.5　多机器人系统的信息融合与环境构建111

4.5.6　多机器人的协调111

第5章　数控技术112

5.1　数控技术概述112

5.1.1　数控机床的基本概念112

5.1.2　计算机数控装置的工作原理113

5.1.3　数控机床的分类114

5.2　数控系统的组成118

5.2.1　数控机床的组成118

5.2.2　计算机数控装置的硬件结构122

5.2.3　计算机数控装置的软件结构123

5.3　数控机床的进给和主轴控制系统124

5.4　数控机床的编程129

5.4.1　数控机床程序编制的概念129

5.4.2　程序编制130

5.4.3　自动编程134

5.5　数控技术的发展趋势135

第6章　微机电系统技术138

6.1　微机电系统与微加工技术及应用138

6.1.1　微机电系统138

6.1.2　微加工技术139

6.2　MEMS的组成143

6.2.1　微型传感器143

6.2.2　微型驱动（执行）器147

6.3　MEMS力学问题156

6.3.1　薄膜材料的力学特性157

6.3.2　微执行器的尺度效应158

6.3.3　压电执行器的尺度效应160

6.3.4　SMA执行器的尺度效应160

6.3.5　微机械的尺度效应161

6.4　微机电系统应用举例163

6.4.1　微型机器人163

6.4.2　微型飞行器165

6.4.3　微型反应器166

7.1.1　液压伺服系统的工作原理167

7.1　液压控制系统简介167

第7章　液压控制技术167

7.1.2　液压伺服系统的组成和分类168

7.1.3　液压伺服系统的特点及应用169

7.2　液压控制阀171

7.2.1　滑阀171

7.2.2　喷嘴挡板阀173

7.2.3　射流管阀174

7.2.4　电液伺服阀175

7.2.5　电液比例阀176

7.2.6　插装阀177

7.2.7　叠加阀179

7.3.1　机液伺服系统180

7.3　液压伺服系统180

7.3.2　电液伺服系统184

7.4　液压系统计算机控制186

7.4.1　组合机床液压动力滑台的液压系统工作原理186

7.4.2　液压系统的PLC控制187

第8章　机械故障诊断技术189

8.1　机械故障诊断技术概述189

8.2　机械故障诊断技术的信息获取190

8.2.1　振动190

8.2.2　噪声191

8.2.3　轴心轨迹192

8.2.6　油样193

8.2.5　温度193

8.2.4　声发射193

8.2.7　时标脉冲194

8.3　机械故障诊断中的信号分析方法194

8.3.1　傅里叶分析194

8.3.2　倒频谱196

8.3.3　短时傅里叶变换196

8.3.4　Wigner-Ville分布197

8.3.5　小波变换197

8.3.6　小波包198

8.3.7　匹配追踪信号分解199

8.3.8　时间序列分析199

8.3.9　包络解调分析200

8.3.11　高阶累积量和高阶累积量谱201

8.3.10　相关分析201

8.3.12　经验模态分解202

8.3.13　盲源分离203

8.3.14　时域同步平均和阶比分析203

8.3.15　时域统计特征203

8.3.16　分形204

8.4　机械故障诊断中的模式识别204

8.4.1　模糊理论204

8.4.2　人工神经网络205

8.4.3　专家系统206

8.4.4　粗糙集理论207

8.5.1　轴系故障诊断208

8.4.5　支持向量机208

8.5　典型机械故障诊断208

8.5.2　滚动轴承故障诊断210

8.5.3　滑动轴承故障诊断210

8.5.4　齿轮故障诊断210

8.6　机械故障诊断技术展望211

第9章　激光在机电一体化系统中的应用213

9.1　概述213

9.1.1　什么是激光213

9.1.2　激光的物理基础213

9.2　激光的基本原理214

9.2.1　光子的基本性质214

9.1.3　汤斯和肖洛的光激射器理论214

9.2.2　光的受激辐射基本概念215

9.2.3　光的受激辐射放大217

9.3　激光器的种类218

9.3.1　激光器概述218

9.3.2　固体激光器220

9.3.3　气体激光器223

9.3.4　半导体激光器225

9.3.5　液体激光器226

9.4　激光在机械加工技术中的应用226

9.4.1　激光打孔227

9.4.2　激光焊接227

9.4.3　激光切割228

9.4.4　激光加工内腔技术229

9.4.5　激光雕刻229

9.4.6　激光打标230

9.4.7　激光成型技术230

9.4.8　激光成型制造230

9.4.9　激光加工的现状与发展232

9.5　激光测试技术在机械工程中的应用233

9.5.1　激光视觉三维测量技术233

9.5.2　机械振动的激光测量233

9.5.3　激光层析成像技术234

9.5.4　激光无损检测235

9.5.5　激光测试技术的发展235

参考文献236