機電系統設計

本書根據作者多年的教學與科研工作經驗編寫，為機械電子相關領域本科生、研究生以及科研工作者提供了系統的理論知識、完整的技術路線和豐富的應用案例。本書主要內容包括機電系統的執行裝置結構及原理、機電系統精密機械傳動技術、機電系統伺服驅動技術、計算機伺服控制接口技術和典型機電系統的工程應用等。

本書適合在校本科生和研究生作為教材使用，同時，也適合工程技術人員進修和自學使用。 ^[1] 

前言

第1章 緒論1

1.1 機電一體化的基本含義1

1.1.1 機電一體化的定義1

1.1.2 機電一體化的關鍵技術2

1.2 機電一體化系統功能構成及評價3

1.2.1 從仿生學角度認識機電一體化五大要素3

1.2.2 機電一體化系統的功能構成4

1.2.3 機電一體化系統的評價5

1.3 機電一體化產品的分類及技術特點6

1.3.1 機電一體化技術發展歷程6

1.3.2 機電一體化產品演化過程6

1.3.3 機電一體化技術設計原理7

1.4 機電一體化技術發展趨勢8

習題9

第2章 伺服驅動執行裝置10

2.1 概述10

2.1.1 伺服驅動執行裝置及其分類10

2.1.2 動力驅動裝置的特點11

2.1.3 動力驅動裝置的性能12

2.1.4 動力驅動裝置的應用12

2.1.5 新型動力驅動裝置12

2.2 電動執行裝置13

2.2.1 直流伺服電動機13

2.2.2 交流伺服電動機17

2.2.3 步進電動機24

2.2.4 直線電動機24

2.3 液壓執行裝置及伺服系統28

2.3.1 液壓系統28

2.3.2 液壓缸29

2.3.3 液壓馬達29

2.3.4 液壓伺服閥的工作原理31

2.3.5 電液伺服系統35

2.3.6 電液比例控制39

2.4 氣動執行裝置及伺服系統41

2.4.1 氣動系統41

2.4.2 氣馬達42

2.4.3 氣缸42

2.4.4 氣動比例/伺服控制閥45

2.4.5 電-氣比例伺服迴路48

習題51

第3章 精密機械傳動技術52

3.1 精密機械傳動總則52

3.2 同步帶傳動52

3.2.1 同步帶傳動原理52

3.2.2 同步帶結構53

3.2.3 同步帶傳動分類和傳動特點53

3.3 齒輪傳動系統與傳動比54

3.3.1 佳總傳動比54

3.3.2 總傳動比分配56

3.4 少齒差行星齒輪傳動60

3.4.1 少齒差行星齒輪傳動的結構60

3.4.2 少齒差行星齒輪傳動的結構和原理60

3.4.3 少齒差行星齒輪傳動的幾種形式及傳動特點60

3.5 諧波齒輪傳動61

3.5.1 組成和工作原理61

3.5.2 諧波齒輪傳動基本構件的結構和材料62

3.5.3 諧波齒輪傳動的主要特點63

3.6 RV減速器64

3.6.1 基本結構64

3.6.2 變速原理65

3.6.3 RV減速器的主要特點68

3.7 滾珠螺旋傳動68

3.7.1 滾珠絲槓副的傳動原理68

3.7.2 滾珠螺旋傳動的典型結構和類型69

3.7.3 滾珠螺旋傳動特點71

3.7.4 滾珠絲槓的支承結構形式71

3.8 精密直線導軌73

3.8.1 直線滾珠導軌73

3.8.2 燕尾導軌75

習題76

第4章 半導體變流技術78

4.1 晶閘管78

4.1.1 晶閘管的結構78

4.1.2 晶閘管的工作原理79

4.2 晶閘管的觸發電路79

4.2.1 晶閘管對觸發電路的要求79

4.2.2 晶閘管的觸發電路80

4.3 單相可控整流電路82

4.3.1 單相半波可控整流電路82

4.3.2 單相橋式半控整流電路88

4.3.3 單相橋式全控整流電路92

4.4 三相可控整流電路98

4.4.1 三相半波可控整流電路98

4.4.2 三相橋式全控整流電路103

習題108

第5章 伺服控制技術110

5.1 閉環控制與開環控制110

5.1.1 開環控制系統110

5.1.2 閉環控制系統111

5.1.3 開環控制系統與閉環控制系統的比較111

5.2 閉環伺服系統性能分析112

5.2.1 閉環伺服系統的數學描述112

5.2.2 典型伺服進給系統的穩態分析116

5.2.3 典型伺服進給系統的動態過程分析118

5.3 位置隨動系統分析120

5.3.1 對位置伺服系統的基本要求120

5.3.2 位置隨動系統常用的控制方式123

5.3.3 檢測信號反饋比較方式126

習題132

第6章 傳感檢測技術133

6.1 檢測的概念133

6.1.1 檢測系統的組成133

6.1.2 信號的傳輸與處理134

6.2 傳感器的組成和分類134

6.2.1 傳感器的組成134

6.2.2 傳感器的分類135

6.3 位移檢測傳感器135

6.3.1 電阻式位移傳感器135

6.3.2 電感式位移傳感器137

6.3.3 電容式位移傳感器137

6.3.4 光柵式位移傳感器138

6.3.5 超聲波傳感器141

6.4 速度和加速度的測量141

6.4.1 電磁式速度傳感器142

6.4.2 激光測速傳感器143

6.4.3 測速發電機143

6.4.4 利用相關法的速度傳感器144

6.4.5 壓電式加速度傳感器144

6.5 力和力矩的測量145

6.5.1 電阻應變片145

6.5.2 壓電元件146

6.6 檢測信號的處理方法147

6.6.1 模擬信號處理147

6.6.2 數字信號處理148

6.6.3 零位誤差和增益誤差的補償150

習題150

第7章 步進伺服驅動技術151

7.1 步進電動機的結構及工作原理151

7.1.1 反應式步進電動機151

7.1.2 永磁式步進電動機157

7.1.3 混合式步進電動機157

7.2 步進電動機的運行特性160

7.2.1 步進電動機的靜態特性160

7.2.2 步進電動機的動態特性162

7.3 步進電動機的驅動與控制166

7.3.1 環形脈衝分配器167

7.3.2 功率放大器168

習題176

第8章 直流伺服驅動技術177

8.1 單閉環直流調速系統177

8.1.1 機電系統對轉速控制的要求及調速指標177 ^[1]