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目录1

译者序1

前言1

第1章　绪论1

1.1　什么是机电一体化1

1.2　机电一体化集成设计问题2

1.3　机电一体化关键要素4

1.3.1　信息系统4

1.3.2　机械系统9

1.3.3　电气系统10

1.3.4　计算机系统14

1.3.5　传感器和执行器15

1.3.6　实时接口16

1.4　机电一体化设计过程18

1.5　机电一体化中的高级方法21

1.6　小结24

参考文献24

习题24

第2章　物理系统的建模和仿真27

2.1　概述27

2.2　仿真和框图27

2.2.1　框图28

2.2.2　仿真30

2.3　模拟和阻抗框图31

2.3.1　位势变量PV和流体变量FV31

2.3.2　阻抗图32

2.3.3　修正模拟法37

2.4.2　电压源、电流源和变压器41

2.4.1　电阻、电容和电感41

2.4　电气系统41

2.5　机械平动系统46

2.5.1　摩擦力48

2.5.2　弹簧51

2.6　机械转动系统60

2.7　机电耦合64

2.7.1　洛伦兹定律64

2.7.2　法拉第定律65

2.7.3　作用公式66

2.8　流体系统68

2.8.1　密度与重度68

2.8.3　体积模量69

2.8.4　质量守恒69

2.8.2　力、压力与压头间的关系69

2.8.5　能量守恒70

2.8.6　节流口71

2.8.7　容器73

2.8.8　流体类比小结74

2.9　小结79

参考文献79

习题80

第3章　传感器和变换器85

3.1　传感器和变换器概述85

3.1.1　传感器的分类86

3.1.2　传感器和变换器的参数测量87

3.1.3　仪表系统的品质参数88

3.1.4　机电一体化建模参数中的误差和不确定度90

3.1.5　应用示例92

3.2　运动和位置测量传感器95

3.2.1　电阻式变换器96

3.2.2　电感式变换器99

3.2.3　电容式变换器103

3.2.4　压电式变换器109

3.2.5　涡流式变换器116

3.2.6　霍尔效应117

3.2.7　运动测量用的数字传感器120

3.2.8　气动式变换器124

3.3　力、转矩和触觉式传感器126

3.3.1　应变计126

3.3.2　触觉式传感器131

3.4　流量传感器132

3.4.1　固体流量132

3.4.2　液体流量133

3.4.3　差压式传感器134

3.4.4　流量测量的超声波流量传感器137

3.4.5　靶式流量计138

3.4.6　涡轮流量计139

3.4.7　转子力矩质量流量计139

3.4.8　利用激光多普勒效应的流量测量140

3.4.9　热线风速计141

3.4.10　电磁流量计141

3.5　温度传感器142

3.5.1　基于电阻变化的温度传感器143

3.5.2　基于不同金属间接触电压的温度传感器144

3.5.3　辐射式温度传感器146

3.5.4　光纤式温度传感器146

3.5.5　干涉式温度传感器146

3.6.1　超声波距离测量147

3.6　超声波传感器147

3.6.3　超声波流量测量148

3.7　测距传感器148

3.6.2　超声波应力测量148

3.7.1　测距传感器原理149

3.7.2　点投影测量法150

3.7.3　光条纹测量法151

3.7.4　移动拍照测量法151

3.7.5　飞行时间测量法151

3.7.6　双目镜测量法152

3.7.7　应用位置敏感检测器的光学测量法153

3.7.8　其他测距技术154

3.8.1　实时振动控制的执行器155

3.8.2　磁致伸缩式变换器155

3.8　基于磁致伸缩式传感器的有源振动控制155

3.9　机电一体化系统中的光纤器件157

3.10　小结159

参考文献160

习题161

第4章　执行装置167

4.1　直流电动机167

4.1.1　直流电动机的数学模型167

4.1.2　无刷直流电动机168

4.1.3　交流电动机169

4.2　永磁步进电动机169

4.2.1　建模方法170

4.2.2　驱动方程和框图模型171

4.2.3　电动机方程和框图模型171

4.3.1　流体动力中的控制系统173

4.3　流体动力执行器173

4.3.2　流体动力执行器176

4.4　流体动力设计要素176

4.4.1　流体动力能量输入装置177

4.4.2　能量调制装置180

4.4.3　能量输出装置184

4.4.4　流体动力回路的控制模式185

4.4.5　流体动力回路的其他电气元件186

4.5　压电执行器186

4.6　小结187

参考文献187

习题188

第5章　机电一体化系统的硬件组成189

5.1　机电一体化数字系统189

5.2　二进制逻辑193

5.2.1　几种逻辑表达的证明与简化195

5.2.2　真值表196

5.3　卡诺图化简198

5.3.1　二变量卡诺图198

5.3.2　三变量卡诺图199

5.3.3　四变量卡诺图201

5.4　变换器信号调节及数据转换装置201

5.4.1　运算及检测放大器201

5.4.2　数据转换装置207

5.5 编程控制器209

5.5.1　PLC系统概述210

5.5.2 可编程控制器特点211

5.5.3　PLC编程基础213

5.6　小结215

习题216

参考文献216

第6章　信号、系统与控制219

6.1　信号、系统和控制概述219

6.2　系统描述221

6.2.1　传递函数形式221

6.2.2　框图形式223

6.3　非线性系统的线性化225

6.4　延时227

6.5　系统性能指标229

6.5.1　稳定性229

6.5.2　准确度229

6.5.3　瞬态响应233

6.5.4　灵敏度235

6.6　根轨迹236

6.6.1　基本原理237

6.6.2　绘制规则238

6.6.3　绘制实例239

6.6.4　控制240

6.7　伯德图246

6.8　小结253

参考文献253

习题253

第7章　实时接口257

7.1　概述257

7.2　数据采集与控制系统的基本要素257

7.3　I/O过程的概述259

7.4　I/O卡与软件的安装262

7.5.1　使用VisSim进行基础建模和仿真264

7.5　应用软件的安装264

7.5.2　为实时运行设置VisSim267

7.6　实例272

7.6.1　悬臂梁力的测量272

7.6.2　控制步进电动机274

7.6.3　数据采集和控制系统279

7.7　帧溢出284

7.7.1　识别上限285

7.7.2　限制视图285

7.7.3　延长时间步长285

7.7.4　使用更简单的积分算法285

7.7.5　关闭隐含的公式运算器286

7.8　小结286

参考文献286

8.1　状态监测传感器287

第8章　机电一体化系统的高级应用287

8.2　自动化制造中的机电一体化控制290

8.2.1　制造过程监测290

8.2.2　在线质量监测290

8.2.3　基于模型的系统291

8.2.4　硬件在环路仿真292

8.2.5　制造检验中的监督控制293

8.2.6　异构系统的集成294

8.3　机电一体化中的人工智能296

8.3.1　机电一体化中的人工神经网络296

8.3.2　知识库系统297

8.4　机电一体化中的模糊逻辑应用298

8.4.1　模糊逻辑系统298

8.4.2　何谓模糊控制299

8.4.3　模糊专家系统的使用301

8.5　机电一体化中的微型传感器302

8.5.1　微型传感器制造技术303

8.5.2　微型压力传感器305

8.5.3　微型加速计传感器305

8.5.4　微型热传感器305

8.5.5　微型流量传感器305

8.5.6　微型湿度传感器305

8.5.7　微型位移传感器305

8.5.8　微型光学传感器305

8.6　小结306

参考文献306

9.1.1 运输桥梁表面材料测试309

9.1　数据采集案例分析309

第9章　案例分析309

9.1.2　应用在汽车中的传感器标定系统310

9.1.3　应变计称重系统312

9.1.4　螺线管电磁力——位移标定系统314

9.1.5　光学旋转编码器315

9.2　数据采集和控制案例分析317

9.2.1　陶瓷板的热循环疲劳318

9.2.2　pH值控制系统320

9.2.3　除冰温度控制系统321

9.2.4　CD播放器的跳读控制324

9.3　小结325

9.4　关于其他案例分析的建议325

附录　国内外电气图形符号对照328

索引329