机电控制系统

第一章　机电控制系统概述

第一节　定义

第二节　自动控制系统示例

第三节　对控制系统的性能要求

习题与思考题

第二章　检测与传感器

第一节　概述

第二节　电阻应变式传感器

第三节　电容式传感器

第四节　电感式传感器

第五节　压电式传感器

第六节　光电式传感器

第七节　热电偶传感器

第八节　数字式传感器

第九节　传感器的正确选用和使用

习题与思考题

第三章　机电控制系统的分析方法

第一节　数学基础

第二节　控制系统的数学模型

第三节　系统分析

习题与思考题

第四章　自动控制的基本规律及调节器

第一节　双位控制

第二节　比例控制

第三节　积分控制

第四节　比例积分控制

第五节　微分控制

第六节　比例积分微分控制

第七节　DDZ-Ⅲ型调节器

习题与思考题

第五章　单回路控制系统

第一节　单回路控制系统的设计

第二节　单回路控制系统的投运及调节器

参数的整定

习题与思考题

第六章　微型计算机工业控制概述

第一节　微型计算机工业控制发展概况

第二节　微机工业控制系统的组成

第三节　微机工业控制系统的分类

习题与思考题

第七章　数字控制系统的实现

第一节　PID算法的数字实现

第二节　单片机温度控制系统

第三节　PID算法的几种发展

第四节　PID参数的整定

习题与思考题

第八章　电动机控制技术

第一节　直流电动机控制技术

第二节　交流电动机控制技术

第三节　步进电动机控制技术

习题与思考题

第九章　工业机器人控制系统

第一节　工业机器人控制系统的组成与分类

第二节　工业机器人的作业程序控制

第三节　工业机器人的示教控制

第四节　工业机器人的计算机控制技术

习题与思考题

第十章　机床数控技术

第一节　基本概念

第二节　开环数值控制插补

第三节　机床数控系统实例

习题与思考题

附录　镍铬一镍硅（镍铝）热电偶分度表

机械装置运动到某一特定位置接通电源开关，完成另一个工作，就是最简单的机电控制系统。如果再加上智能判别，就可以完成较复杂的工作。例如，你家别墅有个停车库，当你将车开到距离车库门5米远的地方，地上的开关接通电源后，将车库门开启，你可以将车开入车库中存好。如果加上智能判别，只有你和你的家人的车才可进入车库，别人是不可能打开车库门的。

本书内容包括：机电控制系统的基本概念、组成及分类；机电控制系统的信号检测及传感器的选择方法；机电控制系统数学模型的建立及控制系统的分析方法；自动控制的基本规律及调节器；单回路控制系统的设计及调节器参数的整定方法；微机工业控制系统的组成；数字调节器的实现；典型机电控制系统实例等。

本书参照劳动部颁发的中级技术工人技术等级考核标准及职业技能鉴定规范，并结合中等专业学校、职业学校的特点编写，可以作为中等专业学校、中等职业学校机械专业、机电一体化专业教材，也可作为机械行业技术人员岗位培训教材及自学用书。

机电控制系统的控制任务主要在于使得被控制对象的控制值等于目标值，而在实际控制过程当中，这种类似于“监察”的基本任务是利用专门的机电传感装置来实现的。其中响应比较分析的任务则是通过系统的控制装置来完成的，执行阶段则有专门的执行装置予以落实 。2100433B

【机电控制工程】 是一门结合这一学科领域的最新发展的专业技术课程，这门课程主要讨论的对象是机械系统的机电控制，特别是自动化机械设备的运动控制技术。在控制系统设计中将控制元件的内容结合系统，计算机控制结合模拟控制一起叙述；增加了科研中得到的实际典型系统介绍；本课程对控制工程的理论体系更加完整，内容更加充实新颖，理论与实际联系更加紧密。

本课程第1章基础知识，介绍术语定义、典型机电控制系统、系统数学模型、性能指标分析及控制器设计。第2章受控机械系统动态模型，从动力学观点将受控机械系统分为平移、定轴旋转、定点旋转、多刚体以及微型机电系统，分别采用各种动力学原理建立它们的动态数学模型。第3章电动机转矩转速控制，讨论直流电动机、无刷直流电动机、永磁同步电动机及交流感应电动机的原理、特性、数学模型以及转矩转速控制方法。第4章步进电动机运动控制，介绍步进电动机原理、特性、主要控制部件、速度与位置控制方法以及闭环控制技术。第5章伺服系统分析与综合，讨论伺服系统方案、性能分析、控制器改进设计、数字控制器硬件配置以及闭环系统控制软件。

《机电控制系统》主要内容有机电控制系统概述、电力电子简介、通用变频器原理及功能、现场总线通信、PLC和变频器的控制系统设计，既可以反映现代工业控制技术，又能满足工科学生的本科教学要求，能使学生学到应用于生产第一线的先进知识，为毕业后进入社会打下扎实的基础。

机械原理、电工学、测试技术、机械控制工程基础、信号与系统、计算机硬件基础、微机原理及应用、单片机接口及其应用、机械电气电子控制技术、机电伺服控制技术；

后续课程：现场总线技术及其应用，嵌入式系统原理及应用，DSP的原理及应用，PLC原理及其应用等。

序

前言

第1章 概论

1.1 机电控制系统的基本概念及发展概况

1.1.1 机电控制系统

1.1.2 控制的基本概念

1.1.3 机电控制基本理论

1.1.4 机电控制系统的发展概况

1.2 机电控制系统的一般构成

1.2.1 机电控制系统的构成

1.2.2 控制装置

1.2.3 执行装置

1.2.4 传感器

1.2.5 机械部分

l.3 机电控制系统的基本控制方式

1.3.1 开环控制方式

1.3.2 按偏差调节的闭环控制方式

1.3.3 复合控制方式

1.4 机电控制系统的性能要求和指标

1.4.1 机电控制系统的性能要求

1.4.2 机电控制系统的性能指标

第2章 机电控制系统的分析方法

2.1 机电控制系统的数学模型

2.1.1 机电控制系统数学模型的概念

2.1.2 系统的微分方程式

2.1.3 非线性数学模型的线性化

2.1.4 传递函数

2.1.5 典型环节及其传递函数

2.1.6 系统结构图

2.2 机电控制系统的时域分析

2.2.1 系统的稳定性分析

2.2.2 系统的时域分析

2.3 控制系统的频域分析

2.3.1 频率特性和频域分析

2.3.2 频率特性和传递函数的关系

2.3.3 对数幅频和对数相频特性

2.3.4 渐近对数幅频和相频特性

2.4 典型环节波特图

2.4.1 比例环节

2.4.2 积分环节

2.4.3 微分环节

2.4.4 延迟环节

2.4.5 惯性环节

2.4.6 振荡环节

第3章 机电控制系统中的检测技术

3.1 传感器的组成及分类

3.1.1 传感器的组成

3.1.2 传感器的分类

3.1.3 传感器的一般特性

3.2 常用位移传感器及其应用

3.2.1 电容式位移传感器

3.2.2 电感式位移传感器

3.2.3 旋转变压器

3.2.4 感应同步器

3.2.5 光栅位移传感器

3.2.6 磁栅位移传感器

3.3 常用速度传感器

3.3.1 直流测速机

3.3.2 光电式转速传感器

3.3.3 磁电式转速传感器

3.3.4 霍尔式传感器

3.4 力传感器

3.4.1 电阻应变式传感器

3.4.2 压电式传感器

3.5 物位传感器

3.5.1 液位传感器

3.5.2 静压式液位传感器

3.6 红外、图像与光纤传感器

3.6.1 红外传感器

3.6.2 CCD图像传感器

3.6.3 光纤传感器

第4章 机电控制系统中的执行装置

4.1 概述

4.1.1 执行装置的构成

4.1.2 执行装置的分类及特点

4.1.3 机电控制系统对执行元件的基本要求

4.2 步进电动机及其驱动

4.2.1 步进电动机的基本工作原理

4.2.2 步进电动机的基本特性

4.2.3 步进电动机的驱动和控制

4.2.4 步进电动机的微机控制

4.2.5 步进电动机的选用

4.3 直流伺服电动机及控制

4.3.1 直流伺服电动机的基本结构及其分类

4.3.2 直流伺服电动机工作原理

4.3.3 直流伺服电动机的要求及选用

4.3.4 直流伺服电动机的调速方法

4.3.5 晶体管直流脉宽(PWM)调速系统

4.4 交流伺服电动机及控制

4.4.1 交流伺服电动机的分类和特点

4.4.2 交流伺服电动机工作原理

4.4.3 交流伺服电动机的调速原理

4.4.4 交流变频调速技术的分类与特点

4.4.5 脉宽调制(PWM)原理

4.4.6 弦波脉宽调制(SPWM)变频器

4.4.7 交流伺服电动机的选择

4.4.8 交流伺服电动机的发展方向

4.5 液压控制系统

4.5.1 液压传动的基本原理

4.5.2 液压系统的组成

4.5.3 液压伺服系统

4.5.4 液压系统的发展概况

4.5.5 液压系统的优缺点

4.6 气动控制系统

4.6.1 气动控制系统的一般构成及特点

4.6.2 压缩空气的产生及净化处理

4.6.3 气动控制阀

4.6.4 气动执行元件

第5章 机电系统的计算机控制

5.1 计算机控制系统概述

5.1.1 计算机控制系统的组成

5.1.2 计算机控制系统的分类

5.1.3 计算机控制系统的发展趋势

5.2 计算机控制系统模拟设计方法

5.2.1 计算机控制系统的基本设计方法

5.2.2 Z变换

5.2.3 控制器的离散化方法

5.3 计算机控制系统的离散设计方法

5.3.1 离散设计法

5.3.2 最小拍无差控制系统的设计

5.3.3 无纹波最小拍无差控制系统的设计

5.3.4 非最小拍无差控制系统的设计

5.4 PID控制算法

5.4.1 模拟PID调节器

5.4.2 PID算法的实现

5.4.3 PID算法的改进

5.4.4 PID算式参数整定

5.5 机电控制系统中常用的微处理器

5.5.1 MCS--51系列单片微机

5.5.2 MCS--96系列单片微机

5.5.3 DSP

5.5.4 可编过程控制器

第6章 机电控制系统的设计方法及设计实例

6.1 机电控制系统的设计步骤

6.1.1 机电控制系统的设计规划

6.1.2 机电控制系统的详细设计

6.2 摹于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统

6.2.1 概述

6.2.2 恒压供水系统工作原理

6.2.3 恒压供水系统性能

6.3 注塑机变频微机控制系统

6.3.1 引言

6.3.2 注塑机变频调速微机控制系统的工作原理及设计

参考文献2100433B

《现代机电控制系统》介绍了现代制造业普遍使用的几种机电控制系统，包括数控系统、可编程控制系统、生产线控制和物流控制系统等。在数控系统中，提出了实时操作系统概念以及用信息流方法分析闭环和开环数控系统的原理。另外，数控化改造、数控生产线控制和物流自动化等内容在目前出版物中尚不多见、值得借鉴。

《现代机电控制系统》适合现代制造业从事机电控制的工程技术人员使用，也可作为相关专业本科生、研究生的专业教材。

本书内容注重系统性，书中既阐述了机电系统所涉及的基本概念和理论，又结合实例分析；既适于初学者循序渐进学习，又适于资深读者有选择地参阅。全书由6章构成。第1、2章为基础知识，主要介绍机电控制的基本概念，系统构成及机电系统的动、静态特性；第3、4章介绍机电控制系统中常用的检测元件和驱动元件；第5章介绍机电控制系统的计算机控制设计方法；第6章通过实例，帮助读者深刻理解机电系统的设计过程，将理论和实践有机联系起来。

本书依据国家职业技能鉴定规范，参照深圳市电工、电梯、制冷(模块化)技师职业标准，系统地阐述了机电控制系统的基本原理、方法与应用，并从机电控制系统产品设计过程中涉及到的内容，先后分别介绍了机电控制系统的分析和设计方法、执行元件和检测元件等内容，使读者对机电系统的基本构成、分析设计、常用控制算法及实现手段等有系统的认识和了解，提高读者综合应用所学知识的能力，为令后设计、开发新的机电控制系统或装备奠定必要的技术基础。

本书可用于电工等工种技师培训，同时可作为高等职业院校、技师学院机电工程专业的教材或参考书，也可供从事机电系统(产品)开发、维护的广大科技人员阅读。