机电一体化系统设计

　　本书将与机电一体化相关的内容综合为一体，系统介绍机电一体化系统的设计过程。主要涵盖机电一体化系统的建模和仿真，传感器的基本理论和操作原理，软硬件要求、控制和设计，以及计算机接口和实时数据采集与控制的理论和实践应用等。包含大量可以用实验室环境迅速组装并试验的研究实例、问题和案例分析，通过系统建模技术将复杂分散的内容用清晰简洁的方式融合起来。章后包含各类习题，方便教学。本书适合作为机械工程、电子工程和机械电子工程等专业高年级本科生或研究生的教材，同时也可供相关工程技术人员参考。.机电一体化是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机科学、信息技术等学科为一体的新兴交叉学科。本书介绍了机电一体化技术基本原理所涉及的各种专题，通过系统建模技术将复杂分散的机电一体化技术与内容用清楚和简洁的方式融合起来，进而选择和设计传感器、执行器、控制器、接口硬件与信息处理系统软件。本书所有案例都可以用I/O板、低价的设备、可视化的仿真软件实现，书中还为读者提供了策划、试验和实现良好机电一体化系统的最新工具。.本书特点●从系统建模的角度对机电一体化加以综述和解释●创建物理系统动态模型的修正模拟方法●详细描述许多装置中的传感器与执行器的操作和选择●结合现实世界的约束条件全面讨论经典控制..●讨论用于实时计算机接口模拟和数字硬件的器件●汇集了许多带零部件表的实例研究，适合实验练习●概括了机电一体化领域最新的成果和未来的发展趋势...

　　DevdasShetty美国康涅狄格州哈特福德大学的制造工程终身教授，哈特福德大学工程学院副院长和工程应用中心（EAC）主任。他在机电一体化设计领域的研究成果举世瞩目。

第1章绪论1
1.1什么是机电一体化.1
1.2机电一体化集成设计问题2
1.3机电一体化关键要素4
1.3.1信息系统4
1.3.2机械系统9
1.3.3电气系统10
1.3.4计算机系统14
1.3.5传感器和执行器15
1.3.6实时接口16
1.4机电一体化设计过程18
1.5机电一体化中的高级方法21
1.6小结24
参考文献24
习题24
第2章物理系统的建模和仿真27
2.1概述27
2.2仿真和框图27
2.2.1框图28
2.2.2仿真30
2.3模拟和阻抗框图31
2.3.1位势变量PV和流体变量FV31
2.3.2阻抗图32
2.3.3修正模拟法37
2.4电气系统41
2.4.1电阻.电容和电感41
2.4.2电压源.电流源和变压器41
2.5机械平动系统46
2.5.1摩擦力48
2.5.2弹簧51
2.6机械转动系统60
2.7机电耦合64
2.7.1洛伦兹定律64
2.7.2法拉第定律65
2.7.3作用公式66
2.8流体系统68
2.8.1密度与重度68
2.8.2力.压力与压头间的关系69
2.8.3体积模量69
2.8.4质量守恒69
2.8.5能量守恒70
2.8.6节流口71
2.8.7容器73
2.8.8流体类比小结74
2.9小结79
参考文献79
习题80
第3章传感器和变换器85
3.1传感器和变换器概述85
3.1.1传感器的分类86
3.1.2传感器和变换器的参数测量87
3.1.3仪表系统的品质参数88
3.1.4机电一体化建模参数中的误差和不确定度90
3.1.5应用示例92
3.2运动和位置测量传感器95
3.2.1电阻式变换器96
3.2.2电感式变换器99
3.2.3电容式变换器103
3.2.4压电式变换器109
3.2.5涡流式变换器116
3.2.6霍尔效应117
3.2.7运动测量用的数字传感器120
3.2.8气动式变换器124
3.3力.转矩和触觉式传感器126
3.3.1应变计126
3.3.2触觉式传感器131
3.4流量传感器132
3.4.1固体流量132
3.4.2液体流量133
3.4.3差压式传感器134
3.4.4流量测量的超声波流量传感器137
3.4.5靶式流量计138
3.4.6涡轮流量计139
3.4.7转子力矩质量流量计139
3.4.8利用激光多普勒效应的流量测量140
3.4.9热线风速计141
3.4.10电磁流量计141
3.5温度传感器142
3.5.1基于电阻变化的温度传感器143
3.5.2基于不同金属间接触电压的温度传感器144
3.5.3辐射式温度传感器146
3.5.4光纤式温度传感器146
3.5.5干涉式温度传感器146
3.6超声波传感器147
3.6.1超声波距离测量147
3.6.2超声波应力测量148
3.6.3超声波流量测量148
3.7测距传感器148
3.7.1测距传感器原理149
3.7.2点投影测量法150
3.7.3光条纹测量法151
3.7.4移动拍照测量法151
3.7.5飞行时间测量法151
3.7.6双目镜测量法152
3.7.7应用位置敏感检测器的光学测量法153
3.7.8其他测距技术154
3.8基于磁致伸缩式传感器的有源振动控制155
3.8.1实时振动控制的执行器155
3.8.2磁致伸缩式变换器155
3.9机电一体化系统中的光纤器件157
3.10小结159
参考文献..160
习题161
第4章执行装置167
4.1直流电动机167
4.1.1直流电动机的数学模型167
4.1.2无刷直流电动机168
4.1.3交流电动机169
4.2永磁步进电动机169
4.2.1建模方法170
4.2.2驱动方程和框图模型171
4.2.3电动机方程和框图模型171
4.3流体动力执行器173
4.3.1流体动力中的控制系统173
4.3.2流体动力执行器176
4.4流体动力设计要素176
4.4.1流体动力能量输入装置177
4.4.2能量调制装置180
4.4.3能量输出装置184
4.4.4流体动力回路的控制模式185
4.4.5流体动力回路的其他电气元件186
4.5压电执行器186
4.6小结187
参考文献187
习题188
第5章机电一体化系统的硬件组成189
5.1机电一体化数字系统189
5.2二进制逻辑193
5.2.1几种逻辑表达的证明与简化195
5.2.2真值表196
5.3卡诺图化简198
5.3.1二变量卡诺图198
5.3.2三变量卡诺图199
5.3.3四变量卡诺图201
5.4变换器信号调节及数据转换装置201
5.4.1运算及检测放大器201
5.4.2数据转换装置207
5.5可编程控制器209
5.5.1PLC系统概述210
5.5.2可编程控制器特点211
5.5.3PLC编程基础213
5.6小结215
参考文献216
习题216
第6章信号.系统与控制219
6.1信号.系统和控制概述219
6.2系统描述221
6.2.1传递函数形式221
6.2.2框图形式223
6.3非线性系统的线性化225
6.4延时227
6.5系统性能指标229
6.5.1稳定性229
6.5.2准确度229
6.5.3瞬态响应233
6.5.4灵敏度235
6.6根轨迹236
6.6.1基本原理237
6.6.2绘制规则238
6.6.3绘制实例239
6.6.4控制240
6.7伯德图246
6.8小结253
参考文献253
习题253
第7章实时接口257
7.1概述257
7.2数据采集与控制系统的基本要素257
7.3I/O过程的概述259
7.4I/O卡与软件的安装262
7.5应用软件的安装264
7.5.1使用VisSim进行基础建模和仿真264
7.5.2为实时运行设置VisSim267
7.6实例272
7.6.1悬臂梁力的测量272
7.6.2控制步进电动机274
7.6.3数据采集和控制系统279
7.7帧溢出284
7.7.1识别上限285
7.7.2限制视图285
7.7.3延长时间步长285
7.7.4使用更简单的积分算法285
7.7.5关闭隐含的公式运算器286
7.8小结286
参考文献286
第8章机电一体化系统的高级应用287
8.1状态监测传感器287
8.2自动化制造中的机电一体化控制290
8.2.1制造过程监测290
8.2.2在线质量监测290
8.2.3基于模型的系统291
8.2.4硬件在环路仿真292
8.2.5制造检验中的监督控制293
8.2.6异构系统的集成294
8.3机电一体化中的人工智能296
8.3.1机电一体化中的人工神经网络296
8.3.2知识库系统297
8.4机电一体化中的模糊逻辑应用298
8.4.1模糊逻辑系统298
8.4.2何谓模糊控制299
8.4.3模糊专家系统的使用301
8.5机电一体化中的微型传感器302
8.5.1微型传感器制造技术303
8.5.2微型压力传感器305
8.5.3微型加速计传感器305
8.5.4微型热传感器305
8.5.5微型流量传感器305
8.5.6微型湿度传感器305
8.5.7微型位移传感器305
8.5.8微型光学传感器305
8.6小结306
参考文献306
第9章案例分析309
9.1数据采集案例分析309
9.1.1运输桥梁表面材料测试309
9.1.2应用在汽车中的传感器标定系统310
9.1.3应变计称重系统312
9.1.4螺线管电磁力—位移标定系统314
9.1.5光学旋转编码器315
9.2数据采集和控制案例分析317
9.2.1陶瓷板的热循环疲劳318
9.2.2pH值控制系统320
9.2.3除冰温度控制系统321
9.2.4CD播放器的跳读控制324
9.3小结...325
9.4关于其他案例分析的建议325
附录国内外电气图形符号对照328
索引329