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第1章　机电一体化系统设计概述1

1.1　机电一体化基本概念1

1.1.1　什么是机电一体化1

1.1.2　机电一体化的支撑学科1

1.1.3　机电一体化产品的特点1

1.2　机电一体化的基本组成要素3

1.2.1　机电一体化系统的构成3

1.2.2　机电一体化系统的功能构成4

1.2.3　机电一体化系统的分类5

1.3　机电一体化的共性关键技术7

1.4　机电一体化系统的评价8

1.5　机电一体化系统的发展趋势9

1.5.1　机械技术发展的总趋势9

1.5.2　机电一体化技术的发展方向10

1.6　本书内容和学习方法12

习题与思考题13

第2章　机电一体化系统的总体设计14

2.1　机电一体化系统的设计思想14

2.1.1　机电一体化系统总体设计内容14

2.1.2　机电一体化系统（或产品）的设计类型15

2.1.3　机电一体化系统（或产品）设计时应注意的问题15

2.2　机电一体化系统的设计方法16

2.2.1　机电互补法16

2.2.2　结合法17

2.2.3　组合法17

2.3　总体布局与环境设计17

2.3.1　人机系统设计17

2.3.2　艺术造型设计17

2.3.3　总体布局设计18

2.4　总体方案设计的一般步骤19

2.4.1　详尽搜集用户对所设计产品的需求19

2.4.2　设计对象工作原理的设计19

2.4.3　主要结构方案的选择19

2.4.4　摩擦形式的选择21

2.4.5　系统简图的绘制21

2.4.6　总体精度分配21

2.4.7　总体设计报告21

习题与思考题21

第3章　机械系统设计23

3.1　概述23

3.2　常用传动机构的设计与选用24

3.2.1　同步带传动机构设计24

3.2.2　精密齿轮传动机构设计31

3.2.3　谐波齿轮传动39

3.2.4　滚珠螺旋传动41

3.3　导向支承机构设计54

3.3.1　导轨54

3.3.2　轴系支承机构60

3.4　执行机构设计64

3.5　机械设计实例72

习题与思考题78

第4章　伺服系统设计79

4.1　伺服系统概述79

4.1.1　伺服系统基本概念79

4.1.2　伺服系统的基本类型79

4.1.3　伺服系统构成79

4.1.4　伺服系统的基本要求80

4.1.5　伺服系统设计方法80

4.2　伺服系统中的执行元件81

4.2.1　执行元件的种类及特点81

4.2.2　机电控制系统对执行元件的基本要求83

4.2.3　常用的控制电机83

4.3　执行元件的控制与驱动87

4.3.1　步进电机控制与驱动87

4.3.2　直流伺服控制与驱动90

4.3.3　交流伺服控制与驱动94

4.4　开环控制的伺服系统设计98

4.5　闭环控制的伺服系统设计103

4.5.1　闭环伺服系统的构成103

4.5.2　闭环伺服系统设计103

4.6　开环控制伺服系统设计实例（步进电机驱动系统）106

习题与思考题108

第5章　控制系统设计及接口技术110

5.1　概述110

5.1.1　控制系统概述110

5.1.2　接口概述111

5.2　微型机控制技术基础112

5.2.1　微型机控制系统的组成及特点113

5.2.2　微机控制系统的基本功能113

5.2.3　微机控制系统的组成模式114

5.2.4　微机控制系统的基本组成115

5.2.5　工控机117

5.2.6　z变换129

5.2.7　z反变换130

5.2.8　传递函数131

5.3　微型机控制系统的设计步骤131

5.3.1　确定运动规律131

5.3.2　运动循环图的设计及修订131

5.3.3　确定系统整体控制方案131

5.3.4　控制算法的选用132

5.3.5　选择微型计算机132

5.4　数字控制装置设计133

5.4.1　数字控制器的连续设计法134

5.4.2　数字控制器D（z）在计算机系统中的实现方法137

5.4.3　PID数字控制器的设计139

5.5　人机接口设计145

5.5.1　人机接口类型及特点145

5.5.2　输入接口设计146

5.6　机电接口设计155

5.6.1　信息采集接口156

5.6.2　模拟量输出接口161

5.6.3　开关型功率接口165

5.7　控制系统设计实例170

5.7.1 自动化立体仓库概述170

5.7.2　巷道堆垛机控制系统171

5.7.3　DeviceNet网络结构及其网络配置177

习题与思考题181

第6章　检测系统设计183

6.1 概述183

6.1.1　检测系统的功能、分类及组成183

6.1.2　机电一体化对检测系统的基本要求184

6.1.3　检测系统的设计184

6.2　模拟式传感器信号的检测185

6.2.1　模拟信号检测系统的组成185

6.2.2　基本转换电路186

6.2.3　信号放大电路188

6.2.4　滤波器191

6.2.5　运算电路198

6.3　数字式传感器信号的检测202

6.3.1　数字信号检测系统的组成202

6.3.2　多路采集细分与辨向203

6.3.3　电阻链移相细分与辨向205

6.3.4　锁相倍频细分与辨向207

6.3.5　脉冲填充细分与辨向211

6.4　检测信号的采集和预处理211

6.4.1　模拟量的转换输入方式211

6.4.2　模拟多路开关212

6.4.3　信号采样与保持213

6.4.4　数字信号的预处理214

6.5　传感器的非线性补偿217

6.6　零位误差和增益误差补偿218

习题与思考题219

第7章　设计实例220

7.1　工业机器人设计220

7.1.1　总体设计221

7.1.2　详细设计224

7.1.3　机器人语言简介227

7.1.4　示教、编程与再现实例227

7.2　数控X-Y工作台微机控制系统设计228

7.3　数控系统硬件电路设计234

7.4　系统控制软件设计236

习题与思考题240

参考文献241