普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：機械電子工程原理
定 價：36 元
叢書名：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材
- 作者：王孫安 著 王孫安 編
- 出版時間：2010/1/1
- ISBN：9787111285335
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TH-39
- 頁碼：321
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
《機械電子工程原理》論述了機械電子工程的基本原理及系統(tǒng)設計。在第一篇執(zhí)行機構與驅動器中，介紹了執(zhí)行機構的作用，以及電氣、液壓和氣動等驅動方式；在第二篇測量系統(tǒng)中，講述了系統(tǒng)運行時狀態(tài)信息的獲取、處理和干擾抑制問題；在第三篇嵌入式控制系統(tǒng)中，講述了接口、通道和控制策略的設計，并介紹了機電系統(tǒng)監(jiān)控的基本內容，此外，還涉及機械電子系統(tǒng)中機構、結構和人機界面設計的原則；在第四篇系統(tǒng)應用中，介紹了幾種典型的機械電子系統(tǒng)設計實例�！稒C械電子工程原理》從機械電子系統(tǒng)設計的角度，著眼于物質、能量和信息，闡述了機電系統(tǒng)的機構、驅動與控制的相關內容，最后還給出了若干個機電系統(tǒng)案例剖析。
《機械電子工程原理》是普通高等學校機電工程或機電一體化專業(yè)的高年級本科生或碩士研究生教材，也可供相關領域的工程技術人員閱讀。
物質、能量和信息是推動人類文明發(fā)展的強大動力。生產力水平低下時，人類的生存和發(fā)展較大程度上依靠物質和能量。隨著生產力水平的提高，信息的作用日益突出，尤其是第一臺電子計算機誕生，人類步入信息社會后，信息技術因其在應用中所具有的強滲透性和高附加值而成為信息時代的核心技術和發(fā)展的中堅力量，影響并決定著現(xiàn)代技術的總體走向。
機械電子工程（Mechatronics）是20世紀70年代日本提出來用于描述機械工程和電子工程一體化的一個技術術語，機械電子成為一門新興學科也僅僅始于20世紀80年代。近年來，由于以信息處理為核心的人工智能技術的滲透，機械電子工程在傳統(tǒng)機械系統(tǒng)動力傳遞和機構連接基礎上，更強調信息的連接和驅動作用，并逐步向智能方向發(fā)展，已經成為機械工程的重要研究領域和技術革命的前沿方向。目前，機械電子工程學科已經發(fā)展成為一門綜合機械、電子、控制、信息、計算機技術為一體的工程技術學科。該學科涉及的技術是現(xiàn)代機械工業(yè)最主要的基礎技術和核心技術之一，是衡量一個國家機械裝備發(fā)展水平的重要標志。
在日本提出機械電子工程這一術語后，日、美、英各國先后有一些專著出版。國際自動控制聯(lián)合會（IFAC）、美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）先后創(chuàng)辦了名為《Meelmtronics》的期刊。近幾年，國內也有相關教科書和期刊問世。這些出版物的論述內容各有側重，風格迥異。
本書是在參考國內外相關文獻的基礎上，結合作者從事機械電子工程教學、研究和我國實際情況，按照理論聯(lián)系實際的原則編寫而成的。本書分別從執(zhí)行機構和驅動、系統(tǒng)信息的測量、嵌入式微處理器以及機械電子系統(tǒng)設計實例等方面詳細闡述了機械電子工程的基本思想、系統(tǒng)組成和實際應用。全書分為20章，第1章闡述了機械電子工程的基本概念、發(fā)展過程和設計思想；第2章介紹了執(zhí)行機構與驅動器，以及在不同情況下驅動方式的選擇；、第3章簡要討論了機械系統(tǒng)中執(zhí)行機構的功能與作用；第4章和第5章分別介紹了電氣驅動裝置和液壓、氣動驅動裝置；第6章概述了測量常用的指標、誤差的形成和分類、常用測量方法以及測量系統(tǒng)的設計；第7章介紹了常用的傳感器，并討論了傳感器和轉換器的分類以及傳感器技術的發(fā)展；第8章給出了常見的信號處理電路，介紹了信號處理的相關內容；第9章探討了干擾和噪聲的形成與抑制；第10章介紹了機械電子中的微處理器系統(tǒng)；第11章從內存、I／O接口電路、過程通道、模擬量輸入／輸出通道、教／模與模／教轉換技術等方面介紹了機械電子系統(tǒng)中的嵌入式微處理器的設計；第12章介紹機電系統(tǒng)的模型建立，第13章主要以PID控制器和模糊控制器為例，探討了機械電子系統(tǒng)中的微處理器控制；第14章介紹了機械電子系統(tǒng)的網絡監(jiān)控；第15章系統(tǒng)闡述了機械電子系統(tǒng)的總體設計；第16～20章以機械電子工程的觀點，分別分析了軟盤驅動器、關節(jié)式機器人、移動式機器人、機器人視覺導航系統(tǒng)以及飛行動力訓練地面模擬系統(tǒng)等幾個典型機械電子系統(tǒng)的設計，這幾個案例基本能夠體現(xiàn)機械電子工程的精要，滿足教學的需要。
前言
第1章 緒論
1．1 機械電子工程的概念及發(fā)展過程
1．2 機械電子工程在產品及其設計中的應用
1．3 機械電子工程在制造業(yè)中的應用
1．4 學習機械電子工程的意義與要求
思考題
第一篇 執(zhí)行機構與驅動器
第2章 執(zhí)行與驅動
思考題
第3章 執(zhí)行機構
3．1 基本概念
3．2 帶輪機構
3．3 鏈輪機構
3．4 齒輪機構
3．5 螺旋機構
3．6 蝸輪蝸桿機構
3．7 直線導軌
3．8 連桿機構
3．9 凸輪、棘輪和槽輪
3．10 機架
3．11 機構的組合
思考題
第4章 電氣執(zhí)行元件
4．1 直流電動機
4．2 交流異步電動機
4．3 步進電動機
4．4 直線電動機
4．5 電力電子器件
思考題
第5章 液壓與氣動執(zhí)行裝置
5．1 能源裝置
5．2 執(zhí)行元件
5．3 控制元件
5．4 輔助元件
5．5 基本回路
思考題
第二篇 測量系統(tǒng)
第6章 測量與感知
6．1 測量系統(tǒng)的基本性能
6．2 測量方法
6．3 測量誤差
6．4 信號處理和信息管理
6．5 測量系統(tǒng)的設計
思考題
第7章 傳感器與轉換器
7．1 概述
7．2 電阻型傳感器
7．3 電容式傳感器
7．4 電感式傳感器
7．5 熱電傳感器
7．6 光電傳感器
7．7 固體傳感器
7．8 壓電傳感器和超聲換能器
7．9 傳感器的線性化
思考題
第8章 信號處理
8．1 運算放大器基本電路
8．2 實用運算放大器
8．3 信號隔離
8．4 相敏檢波器和鎖相環(huán)
8．5 多路復用
8．6 濾波器
8．7 數(shù)字信號的處理和分析
8．8 信號處理技術的發(fā)展
思考題
第9章 干擾與噪聲
9．1 電磁干擾和噪聲的分類
9．2 干擾的傳播途徑
9．3 干擾對敏感設備的影響
9．4 干擾的抑制和防護技術
9．5 系統(tǒng)內部器件產生的干擾及其抑制
9．6 軟件抗干擾技術
思考題
第三篇 嵌入式控制系統(tǒng)
第10章 機械電子系統(tǒng)中的微處理器
10．1 嵌入式微處理器系統(tǒng)
10．2 機械電子系統(tǒng)中微處理器的作用
10．3 嵌入式系統(tǒng)的設計方法
思考題
11章 嵌入式微處理器系統(tǒng)的應用設計
11．1 微處理器與內存及I／O接口電路的連接
11．2 微處理器與數(shù)字式外部設備的接口
11．3 過程通道
11．4 模擬量輸入通道
11．5 D／A轉換與A／D轉換技術
11．6 模擬量輸出通道
思考題
第12章 機械電子系統(tǒng)的建模
12．1 機械電子系統(tǒng)的描述方法
12．2 控制對象的數(shù)學模型
12．3 一、二階線性定常系統(tǒng)的解析建模
12．4 一、二階線性常系數(shù)齊次微分方程的典型形式
12．5 一、二階線性定常系統(tǒng)的單位階躍響應
12．6 系統(tǒng)的物理仿真
思考題
第13章 機械電子系統(tǒng)中的微機控制
13．1 順序控制和數(shù)值控制
13．2 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)
13．3 控制系統(tǒng)的品質和性能指標
13．4 閉環(huán)控制系統(tǒng)的構成及PID控制
13．5 PID參數(shù)整定
13．6 PID控制的改進
13．7 智能型自適應PID控制
13．8 模糊控制器及其特點
13．9 模糊控制器的設計
13．10 模糊控制方法在溫度控制系統(tǒng)中的應用
思考題
第14章 機械電子系統(tǒng)的網絡監(jiān)控
14．1 控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的分層體系
14．2 數(shù)據(jù)通信基礎
14．3 數(shù)據(jù)通信網絡的體系結構
14．4 局域網
14．5 工業(yè)現(xiàn)場中的通信
思考題
第15章 機械電子系統(tǒng)的總體設計
15．1 機械電子系統(tǒng)設計概述
15．2 機械電子系統(tǒng)中的機構
15．3 機械電子系統(tǒng)的結構
15．4 機械電子系統(tǒng)人-機界面的設計
15．5 安全性
思考題
第四篇 系統(tǒng)應用
第16章 軟盤驅動器
16．1 磁頭系統(tǒng)
16．2 主軸系統(tǒng)
16．3 磁頭系統(tǒng)與主軸系統(tǒng)的協(xié)同工作
16．4 磁盤進出機構
16．5 主板
16．6 盤片和盤套
16．7 主要技術特性
思考題
第17章 關節(jié)式機器人設計
17．1 關節(jié)式機器人簡介
17．2 總體設計
17．3 機器人機械本體的設計
17．4 機器人控制系統(tǒng)的設計
思考題
第18章 移動式機器人設計
18．1 移動式機器人簡介
18．2 移動式機器人的行走機構
18．3 一種瑞土輪式全方位移動機器人的設計
思考題
第19章 移動式機器人視覺導航系統(tǒng)的設計
19．1 計算機視覺簡介
19．2 立體視覺概述”
19．3 攝像機標定
19．4 圖像理解
19．5 機器人視覺導航的應用
思考題
第20章 飛行動力訓練地面模擬系統(tǒng)的設計
20．1 轉速控制簡介
20．2 初步設計
20．3 具體設計
思考題
參考文獻
針對第二種情況的實例：
袖珍式光盤放像機：該系統(tǒng)中的激光系統(tǒng)用來從盤上讀取數(shù)字編碼信號，其控制是由一個微處理系統(tǒng)完成的，此系統(tǒng)還具有磁道選擇、掃描和預檢等功能。
自動駕駛小船：能夠根據(jù)風向標、磁羅盤或全向無線電信標機的輸出信號來控制操作桿或操作盤。
模塊化機器人：普通工業(yè)機器人的幾何結構限制了其功能，而模塊化機器人，由于其眾多的結構單元和執(zhí)行器是由一個中央控制器控制的，克服了普通機器人的缺點，用戶可以根據(jù)自己的需要來選擇單元。
綜上所述，采用機械電子學可以在保證價格不變或降低的前提下提高產品性能。這是由于機械電子系統(tǒng)的元件或模塊較經濟且具有較強的功能所致。
在第一類產品中，由于在最初的設計中只考慮了動力之間的聯(lián)系，而沒有考慮“信息驅動”，因此傳感器和控制器是在后來的改造中加上去的，某些時候就有可能因為零部件或元器件的性能或者安裝空間不能滿足要求而使改造失敗。而對第二類產品，由于在一開始設計的時候就同時考慮了動力和信息之間的聯(lián)系，特別是強調了通過“嵌入式”設計來實現(xiàn)“機電一體”，產品性能得到了極大的提高。在今天，一些典型的現(xiàn)代機電產品，如磁懸浮軸承、噴氣式戰(zhàn)斗機等，離開了電子工程的機械根本就無法工作。
在工程設計中，機械電子方法能將系統(tǒng)的大量材料和信息集中起來，使系統(tǒng)具有更高的性能、更強的靈活性。因此，要做到萬無一失，機械電子工程的設計必須包括初步設計和具體設計兩個階段。
在制造工業(yè)中，需要使整個系統(tǒng)及其組成部分具有高度的可控性，因此要對各個單元的功能及它們在整個系統(tǒng)中的作用作全面了解。
對產品來說，用戶關心的是產品性能的提高、操作程序的簡化，而并不關心用什么樣的方法來達到此目的，因此許多產品都裝有用以提高產品性能的微控制器。微控制器對用戶是開放的，用戶可以通過界面來選擇適當?shù)目刂乒δ堋?br> 當前，許多部門都在用機械電子方法從事產品和系統(tǒng)的開發(fā)，開發(fā)過程的技術交接通常由某一個部門負責，而該部門又往往不從事系統(tǒng)的總體設計，它的任務僅僅是將一個部門的工作轉交給另一個部門，大部分是事務性的工作。在真正的機械電子設計方法中，這種協(xié)調工作應該由設計中心完成。這個事實已逐漸被認識，尤其是在日本。
因此，用機械電子方法進行工程設計的核心是將電子技術和計算機技術與機械系統(tǒng)有機地結合起來。對現(xiàn)有產品或系統(tǒng)，也常用機械電子方法來改善其性能。
工程設計中的機械電子方法與系統(tǒng)結構的配置有關，在這種方法中，可以實現(xiàn)各種技術的集成，并對其進行評估。為達到這個目的，通常采用一種基于信息的自頂向下的策略，就可以將系統(tǒng)分解成一些模塊。
在此需要說明的是，在機械電子系統(tǒng)中，其機械結構（Stmcture）指的是機架（起支撐作用）、封裝（各種界面）、外殼（起外觀和隔離作用）及工具庫（存儲刀具或零件）等多方面的功能，事實上，這也就是下面所談及的裝配模塊（Assembly module）的作用。
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