机电控制系统原理及工程应用

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

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。

《机电控制系统原理及工程应用实操指导书》根据中华人民共和国职业技能鉴定规范，并参考了深圳市电工技能职业标准编写。《机电控制系统原理及工程应用实操指导书》以实践操作为重点，理论叙述为实践操作服务。全书共分3章，第1章介绍了机电控制系统建模和仿真技术，重点介绍机电控制的建模、仿真和操作，配有经典控制理论分析等相关项目实训。第2章介绍了机电控制检测技术，讲述了常用传感器的工作原理、选用等，并配有大量传感器的特性测量和应用实训。第3章介绍了机电系统执行装置的控制技术，重点讲述了伺服电动机和步进电动机的控制应用技术，并配置了机电控制应用技术实训项目。附录中介绍了三菱FR-A700变频器的操作技术。

《机电控制系统原理及工程应用实操指导书》可供技工学校、高职院校电气类、机电一体化专业或自动化专业使用，也可作为电工、电梯、制冷类技师培训及考核前的技能训练。同时也是工控技术人员非常难得的一本参考书。

序

前言

第1章 机电控制系统建模和仿真

1.1 机电控制系统的基本概念

1.1.1 常见机电控制系统

1.1.2 机电控制系统的一般构成

1.1.3 基本控制方式

1.1.4 机电控制系统的性能要求和评价指标

1.2 机电控制系统的建模和仿真

1.2.1 建模

1.2.2 传递函数

1.2.3 仿真和框图模型

1.2.4 典型环节及其传递函数

1.3 控制器的基本操作

1.3.1 控制模式

1.3.2 开关控制，

1.3.3 比例控制

1.3.4 比例一积分控制

1.3.5 比例微分调节(PD)

l.3.6 模拟PID调节器

1.4 控制器的设计

1.5 机电控制实训平台

1.5.1 硬件资源

1.5.2 软件资源

1.6 机电控制应用实训

实训1 典型环节及其阶跃响应

实训2 二阶系统阶跃响应

实训3 控制系统的稳定性分析

实训4 数字PID控制

实训5 PID在温控炉控制中的应用

实训6 闭环控制系统实训

第2章 机电控制检测技术

2.1 传感器的组成及分类

2.1.1 传感器的构成

2.1.2 传感器的分类

2.1.3 机电系统常用传感器

2.1.4 传感器主要指标

2.2 测控系统

2.2.1 非电量电测法

2.2.2 自动测控系统

2.2.3 传感器总线

2.2.4 传感器的选用

2.3 常用传感器及应用

2.3.1 线位移传感器

2.3.2 速度传感器

2.3.3 霍尔式传感器

2.3.4 力传感器

2.3.5 红外、图像与光纤传感器

2.4 传感器实训平台

2.4.1 CSYl0A传感器实训平台简介

2.4.2 CSYl0A传感器实训平台

的使用

2.5 传感器特性测量及应用实训

实训7 电容式传感器特性测量实训

实训8 气敏传感器特性测量实训

实训9 相敏检波器特性测量实训

实训10 压电加速度式传感器特性测量实训

实训11 霍尔传感器直流特性测量实训

实训12 霍尔传感器应用实训——电子秤

实训13 光纤传感器应用实训1——位移测量

实训14 光纤传感器应用实训2——转速测量

实训15 风压变送器在流量调节阀控制中的应用

实训16 温度传感器在流量调节阀控制中的应用

第3章 机电系统的执行装置的控制技术

3.1 执行器的分类及特点

3.1.1 执行器的分类

3.1.2 机电控制系统常用执行器

3.1.3 执行器的基本要求和选择

3.2 常用伺服电动机及其驱动

3.2.1 概述

3.2.2 直流伺服电动机

3.2.3 交流伺服电动机

3.3 步进电动机及其驱动

3.3.1 概述

3.3.2 步进电动机工作原理

3.3.3 步进电动机的技术指标

3.3.4 步进电动机的驱动和控制

3.3.5 步进电动机的微机控制

3.3.6 步进电动机的选用

3.4 三菱伺服电动机控制技术

3.4.1 伺服系统功能概述

3.4.2 伺服放大器型号意义

3.4.3 伺服控制系统的接线

3.4.4 伺服电动机控制参数

3.4.5 伺服放大器控制操作

3.4.6 伺服系统试运行

3.4.7 伺服系统故障处理

3.4.8 伺服系统通信

3.5 伺服电动机计算机设置调试软件

SETUPl54C的使用

3.5.1 软件的基本设置

3.5.2 软件调试运行功能

3.6 定位控制技术

3.6.1 定位控制产品简介

3.6.2 定位模块的参数

3.6.3 定位控制系统的构成

3.6.4 定位控制指令

3.7 三菱定位控制软件包SWD05-FXVPS的使用

3.7.1 软件包的使用

3.7.2 定位程序的编写

3.7.3 定位程序的下载与运行

3.8 机电控制执行装置应用实训

实训17 步进电动机PLC控制

实训18 伺服电动机软件设置及调试操作实训

实训19 定位模块控制伺服电动机运行

实训20 PLC控制伺服电动机运行

实训21 定位模块在二维零件数控加工系统的应用

附录FR-A740变频器基本操作

参考文献 2100433B

《PLC原理及工程应用》以西门子公司S7-200（CN）系列PLC为背景，介绍了电气控制的基本知识、PLC的工作原理、特点、硬件结构、编程元件与指令系统，并从工程应用出发介绍了梯形图程序的常用设计方法、PLC系统设计与调试方法、PLC在实际应用中应注意的问题。《PLC原理及工程应用》不仅介绍了PLC在开关量、模拟量控制系统中的应用，同时还突出了PLC的脉冲输出控制、网络通信、现场总线等新技术。

《PLC原理及工程应用》为21世纪高等学校规划教材。