機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

第1章緒論1
1.1什么是機電一體化.1
1.2機電一體化集成設(shè)計問題2
1.3機電一體化關(guān)鍵要素4
1.3.1信息系統(tǒng)4
1.3.2機械系統(tǒng)9
1.3.3電氣系統(tǒng)10
1.3.4計算機系統(tǒng)14
1.3.5傳感器和執(zhí)行器15
1.3.6實時接口16
1.4機電一體化設(shè)計過程18
1.5機電一體化中的高級方法21
1.6小結(jié)24
參考文獻24
習題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機械平動系統(tǒng)46
2.5.1摩擦力48
2.5.2彈簧51
2.6機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)60
2.7機電耦合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79
習題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)測量87
3.1.3儀表系統(tǒng)的品質(zhì)參數(shù)88
3.1.4機電一體化建模參數(shù)中的誤差和不確定度90
3.1.5應(yīng)用示例92
3.2運動和位置測量傳感器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運動測量用的數(shù)字傳感器120
3.2.8氣動式變換器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流量測量的超聲波流量傳感器137
3.4.5靶式流量計138
3.4.6渦輪流量計139
3.4.7轉(zhuǎn)子力矩質(zhì)量流量計139
3.4.8利用激光多普勒效應(yīng)的流量測量140
3.4.9熱線風速計141
3.4.10電磁流量計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超聲波距離測量147
3.6.2超聲波應(yīng)力測量148
3.6.3超聲波流量測量148
3.7測距傳感器148
3.7.1測距傳感器原理149
3.7.2點投影測量法150
3.7.3光條紋測量法151
3.7.4移動拍照測量法151
3.7.5飛行時間測量法151
3.7.6雙目鏡測量法152
3.7.7應(yīng)用位置敏感檢測器的光學測量法153
3.7.8其他測距技術(shù)154
3.8基于磁致伸縮式傳感器的有源振動控制155
3.8.1實時振動控制的執(zhí)行器155
3.8.2磁致伸縮式變換器155
3.9機電一體化系統(tǒng)中的光纖器件157
3.10小結(jié)159
參考文獻..160
習題161
第4章執(zhí)行裝置167
4.1直流電動機167
4.1.1直流電動機的數(shù)學模型167
4.1.2無刷直流電動機168
4.1.3交流電動機169
4.2永磁步進電動機169
4.2.1建模方法170
4.2.2驅(qū)動方程和框圖模型171
4.2.3電動機方程和框圖模型171
4.3流體動力執(zhí)行器173
4.3.1流體動力中的控制系統(tǒng)173
4.3.2流體動力執(zhí)行器176
4.4流體動力設(shè)計要素176
4.4.1流體動力能量輸入裝置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流體動力回路的控制模式185
4.4.5流體動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187
習題188
第5章機電一體化系統(tǒng)的硬件組成189
5.1機電一體化數(shù)字系統(tǒng)189
5.2二進制邏輯193
5.2.1幾種邏輯表達的證明與簡化195
5.2.2真值表196
5.3卡諾圖化簡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變換器信號調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置201
5.4.1運算及檢測放大器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211
5.5.3PLC編程基礎(chǔ)213
5.6小結(jié)215
參考文獻216
習題216
第6章信號.系統(tǒng)與控制219
6.1信號.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227
6.5系統(tǒng)性能指標229
6.5.1穩(wěn)定性229
6.5.2準確度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繪制實例239
6.6.4控制240
6.7伯德圖246
6.8小結(jié)253
參考文獻253
習題253
第7章實時接口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進行基礎(chǔ)建模和仿真264
7.5.2為實時運行設(shè)置VisSim267
7.6實例272
7.6.1懸臂梁力的測量272
7.6.2控制步進電動機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識別上限285
7.7.2限制視圖285
7.7.3延長時間步長285
7.7.4使用更簡單的積分算法285
7.7.5關(guān)閉隱含的公式運算器286
7.8小結(jié)286
參考文獻286
第8章機電一體化系統(tǒng)的高級應(yīng)用287
8.1狀態(tài)監(jiān)測傳感器287
8.2自動化制造中的機電一體化控制290
8.2.1制造過程監(jiān)測290
8.2.2在線質(zhì)量監(jiān)測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制造檢驗中的監(jiān)督控制293
8.2.6異構(gòu)系統(tǒng)的集成294
8.3機電一體化中的人工智能296
8.3.1機電一體化中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)296
8.3.2知識庫系統(tǒng)297
8.4機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微型光學傳感器305
8.6小結(jié)306
參考文獻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運輸橋梁表面材料測試309
9.1.2應(yīng)用在汽車中的傳感器標定系統(tǒng)310
9.1.3應(yīng)變計稱重系統(tǒng)312
9.1.4螺線管電磁力—位移標定系統(tǒng)314
9.1.5光學旋轉(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
附錄國內(nèi)外電氣圖形符號對照328
索引329