機(jī)電控制系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用

序

前言

第1章 概論

1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的基本概念及發(fā)展概況

1.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)

1.1.2 控制的基本概念

1.1.3 機(jī)電控制基本理論

1.1.4 機(jī)電控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成

1.2.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2.2 控制裝置

1.2.3 執(zhí)行裝置

1.2.4 傳感器

1.2.5 機(jī)械部分

l.3 機(jī)電控制系統(tǒng)的基本控制方式

1.3.1 開(kāi)環(huán)控制方式

1.3.2 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式

1.3.3 復(fù)合控制方式

1.4 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求和指標(biāo)

1.4.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求

1.4.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

第2章 機(jī)電控制系統(tǒng)的分析方法

2.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

2.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念

2.1.2 系統(tǒng)的微分方程式

2.1.3 非線性數(shù)學(xué)模型的線性化

2.1.4 傳遞函數(shù)

2.1.5 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

2.1.6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的時(shí)域分析

2.2.1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

2.2.2 系統(tǒng)的時(shí)域分析

2.3 控制系統(tǒng)的頻域分析

2.3.1 頻率特性和頻域分析

2.3.2 頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系

2.3.3 對(duì)數(shù)幅頻和對(duì)數(shù)相頻特性

2.3.4 漸近對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性

2.4 典型環(huán)節(jié)波特圖

2.4.1 比例環(huán)節(jié)

2.4.2 積分環(huán)節(jié)

2.4.3 微分環(huán)節(jié)

2.4.4 延遲環(huán)節(jié)

2.4.5 慣性環(huán)節(jié)

2.4.6 振蕩環(huán)節(jié)

第3章 機(jī)電控制系統(tǒng)中的檢測(cè)技術(shù)

3.1 傳感器的組成及分類

3.1.1 傳感器的組成

3.1.2 傳感器的分類

3.1.3 傳感器的一般特性

3.2 常用位移傳感器及其應(yīng)用

3.2.1 電容式位移傳感器

3.2.2 電感式位移傳感器

3.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器

3.2.4 感應(yīng)同步器

3.2.5 光柵位移傳感器

3.2.6 磁柵位移傳感器

3.3 常用速度傳感器

3.3.1 直流測(cè)速機(jī)

3.3.2 光電式轉(zhuǎn)速傳感器

3.3.3 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器

3.3.4 霍爾式傳感器

3.4 力傳感器

3.4.1 電阻應(yīng)變式傳感器

3.4.2 壓電式傳感器

3.5 物位傳感器

3.5.1 液位傳感器

3.5.2 靜壓式液位傳感器

3.6 紅外、圖像與光纖傳感器

3.6.1 紅外傳感器

3.6.2 CCD圖像傳感器

3.6.3 光纖傳感器

第4章 機(jī)電控制系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置

4.1 概述

4.1.1 執(zhí)行裝置的構(gòu)成

4.1.2 執(zhí)行裝置的分類及特點(diǎn)

4.1.3 機(jī)電控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求

4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

4.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

4.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特性

4.2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制

4.2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

4.2.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用

4.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)及控制

4.3.1 直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及其分類

4.3.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理

4.3.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的要求及選用

4.3.4 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

4.3.5 晶體管直流脈寬(PWM)調(diào)速系統(tǒng)

4.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)及控制

4.4.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的分類和特點(diǎn)

4.4.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理

4.4.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理

4.4.4 交流變頻調(diào)速技術(shù)的分類與特點(diǎn)

4.4.5 脈寬調(diào)制(PWM)原理

4.4.6 弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器

4.4.7 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇

4.4.8 交流伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向

4.5 液壓控制系統(tǒng)

4.5.1 液壓傳動(dòng)的基本原理

4.5.2 液壓系統(tǒng)的組成

4.5.3 液壓伺服系統(tǒng)

4.5.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)展概況

4.5.5 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.6 氣動(dòng)控制系統(tǒng)

4.6.1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成及特點(diǎn)

4.6.2 壓縮空氣的產(chǎn)生及凈化處理

4.6.3 氣動(dòng)控制閥

4.6.4 氣動(dòng)執(zhí)行元件

第5章 機(jī)電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制

5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

5.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

5.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

5.1.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

5.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)方法

5.2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法

5.2.2 Z變換

5.2.3 控制器的離散化方法

5.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散設(shè)計(jì)方法

5.3.1 離散設(shè)計(jì)法

5.3.2 最小拍無(wú)差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.3.3 無(wú)紋波最小拍無(wú)差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.3.4 非最小拍無(wú)差控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.4 PID控制算法

5.4.1 模擬PID調(diào)節(jié)器

5.4.2 PID算法的實(shí)現(xiàn)

5.4.3 PID算法的改進(jìn)

5.4.4 PID算式參數(shù)整定

5.5 機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的微處理器

5.5.1 MCS--51系列單片微機(jī)

5.5.2 MCS--96系列單片微機(jī)

5.5.3 DSP

5.5.4 可編過(guò)程控制器

第6章 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)實(shí)例

6.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

6.1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

6.1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

6.2 摹于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)

6.2.1 概述

6.2.2 恒壓供水系統(tǒng)工作原理

6.2.3 恒壓供水系統(tǒng)性能

6.3 注塑機(jī)變頻微機(jī)控制系統(tǒng)

6.3.1 引言

6.3.2 注塑機(jī)變頻調(diào)速微機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)2100433B

本書(shū)內(nèi)容注重系統(tǒng)性，書(shū)中既闡述了機(jī)電系統(tǒng)所涉及的基本概念和理論，又結(jié)合實(shí)例分析；既適于初學(xué)者循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)，又適于資深讀者有選擇地參閱。全書(shū)由6章構(gòu)成。第1、2章為基礎(chǔ)知識(shí)，主要介紹機(jī)電控制的基本概念，系統(tǒng)構(gòu)成及機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性；第3、4章介紹機(jī)電控制系統(tǒng)中常用的檢測(cè)元件和驅(qū)動(dòng)元件；第5章介紹機(jī)電控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì)方法；第6章通過(guò)實(shí)例，幫助讀者深刻理解機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，將理論和實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。

本書(shū)依據(jù)國(guó)家職業(yè)技能鑒定規(guī)范，參照深圳市電工、電梯、制冷(模塊化)技師職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)地闡述了機(jī)電控制系統(tǒng)的基本原理、方法與應(yīng)用，并從機(jī)電控制系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的內(nèi)容，先后分別介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法、執(zhí)行元件和檢測(cè)元件等內(nèi)容，使讀者對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成、分析設(shè)計(jì)、常用控制算法及實(shí)現(xiàn)手段等有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，提高讀者綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，為令后設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新的機(jī)電控制系統(tǒng)或裝備奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

本書(shū)可用于電工等工種技師培訓(xùn)，同時(shí)可作為高等職業(yè)院校、技師學(xué)院機(jī)電工程專業(yè)的教材或參考書(shū)，也可供從事機(jī)電系統(tǒng)(產(chǎn)品)開(kāi)發(fā)、維護(hù)的廣大科技人員閱讀。

《機(jī)電控制系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用實(shí)操指導(dǎo)書(shū)》根據(jù)中華人民共和國(guó)職業(yè)技能鑒定規(guī)范，并參考了深圳市電工技能職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編寫。《機(jī)電控制系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用實(shí)操指導(dǎo)書(shū)》以實(shí)踐操作為重點(diǎn)，理論敘述為實(shí)踐操作服務(wù)。全書(shū)共分3章，第1章介紹了機(jī)電控制系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)，重點(diǎn)介紹機(jī)電控制的建模、仿真和操作，配有經(jīng)典控制理論分析等相關(guān)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。第2章介紹了機(jī)電控制檢測(cè)技術(shù)，講述了常用傳感器的工作原理、選用等，并配有大量傳感器的特性測(cè)量和應(yīng)用實(shí)訓(xùn)。第3章介紹了機(jī)電系統(tǒng)執(zhí)行裝置的控制技術(shù)，重點(diǎn)講述了伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制應(yīng)用技術(shù)，并配置了機(jī)電控制應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。附錄中介紹了三菱FR-A700變頻器的操作技術(shù)。

《機(jī)電控制系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用實(shí)操指導(dǎo)書(shū)》可供技工學(xué)校、高職院校電氣類、機(jī)電一體化專業(yè)或自動(dòng)化專業(yè)使用，也可作為電工、電梯、制冷類技師培訓(xùn)及考核前的技能訓(xùn)練。同時(shí)也是工控技術(shù)人員非常難得的一本參考書(shū)。

序

前言

第1章 機(jī)電控制系統(tǒng)建模和仿真

1.1 機(jī)電控制系統(tǒng)的基本概念

1.1.1 常見(jiàn)機(jī)電控制系統(tǒng)

1.1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成

1.1.3 基本控制方式

1.1.4 機(jī)電控制系統(tǒng)的性能要求和評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的建模和仿真

1.2.1 建模

1.2.2 傳遞函數(shù)

1.2.3 仿真和框圖模型

1.2.4 典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)

1.3 控制器的基本操作

1.3.1 控制模式

1.3.2 開(kāi)關(guān)控制，

1.3.3 比例控制

1.3.4 比例一積分控制

1.3.5 比例微分調(diào)節(jié)(PD)

l.3.6 模擬PID調(diào)節(jié)器

1.4 控制器的設(shè)計(jì)

1.5 機(jī)電控制實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

1.5.1 硬件資源

1.5.2 軟件資源

1.6 機(jī)電控制應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)1 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)

實(shí)訓(xùn)2 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)

實(shí)訓(xùn)3 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

實(shí)訓(xùn)4 數(shù)字PID控制

實(shí)訓(xùn)5 PID在溫控爐控制中的應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)6 閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)

第2章 機(jī)電控制檢測(cè)技術(shù)

2.1 傳感器的組成及分類

2.1.1 傳感器的構(gòu)成

2.1.2 傳感器的分類

2.1.3 機(jī)電系統(tǒng)常用傳感器

2.1.4 傳感器主要指標(biāo)

2.2 測(cè)控系統(tǒng)

2.2.1 非電量電測(cè)法

2.2.2 自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)

2.2.3 傳感器總線

2.2.4 傳感器的選用

2.3 常用傳感器及應(yīng)用

2.3.1 線位移傳感器

2.3.2 速度傳感器

2.3.3 霍爾式傳感器

2.3.4 力傳感器

2.3.5 紅外、圖像與光纖傳感器

2.4 傳感器實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

2.4.1 CSYl0A傳感器實(shí)訓(xùn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

2.4.2 CSYl0A傳感器實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

的使用

2.5 傳感器特性測(cè)量及應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)7 電容式傳感器特性測(cè)量實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)8 氣敏傳感器特性測(cè)量實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)9 相敏檢波器特性測(cè)量實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)10 壓電加速度式傳感器特性測(cè)量實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)11 霍爾傳感器直流特性測(cè)量實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)12 霍爾傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)——電子秤

實(shí)訓(xùn)13 光纖傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)1——位移測(cè)量

實(shí)訓(xùn)14 光纖傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)2——轉(zhuǎn)速測(cè)量

實(shí)訓(xùn)15 風(fēng)壓變送器在流量調(diào)節(jié)閥控制中的應(yīng)用

實(shí)訓(xùn)16 溫度傳感器在流量調(diào)節(jié)閥控制中的應(yīng)用

第3章 機(jī)電系統(tǒng)的執(zhí)行裝置的控制技術(shù)

3.1 執(zhí)行器的分類及特點(diǎn)

3.1.1 執(zhí)行器的分類

3.1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)常用執(zhí)行器

3.1.3 執(zhí)行器的基本要求和選擇

3.2 常用伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

3.2.1 概述

3.2.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)

3.2.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)

3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

3.3.1 概述

3.3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理

3.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)

3.3.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制

3.3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

3.3.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用

3.4 三菱伺服電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)

3.4.1 伺服系統(tǒng)功能概述

3.4.2 伺服放大器型號(hào)意義

3.4.3 伺服控制系統(tǒng)的接線

3.4.4 伺服電動(dòng)機(jī)控制參數(shù)

3.4.5 伺服放大器控制操作

3.4.6 伺服系統(tǒng)試運(yùn)行

3.4.7 伺服系統(tǒng)故障處理

3.4.8 伺服系統(tǒng)通信

3.5 伺服電動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)設(shè)置調(diào)試軟件

SETUPl54C的使用

3.5.1 軟件的基本設(shè)置

3.5.2 軟件調(diào)試運(yùn)行功能

3.6 定位控制技術(shù)

3.6.1 定位控制產(chǎn)品簡(jiǎn)介

3.6.2 定位模塊的參數(shù)

3.6.3 定位控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.6.4 定位控制指令

3.7 三菱定位控制軟件包SWD05-FXVPS的使用

3.7.1 軟件包的使用

3.7.2 定位程序的編寫

3.7.3 定位程序的下載與運(yùn)行

3.8 機(jī)電控制執(zhí)行裝置應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)17 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)PLC控制

實(shí)訓(xùn)18 伺服電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)置及調(diào)試操作實(shí)訓(xùn)

實(shí)訓(xùn)19 定位模塊控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

實(shí)訓(xùn)20 PLC控制伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

實(shí)訓(xùn)21 定位模塊在二維零件數(shù)控加工系統(tǒng)的應(yīng)用

附錄FR-A740變頻器基本操作

參考文獻(xiàn) 2100433B

《PLC原理及工程應(yīng)用》以西門子公司S7-200（CN）系列PLC為背景，介紹了電氣控制的基本知識(shí)、PLC的工作原理、特點(diǎn)、硬件結(jié)構(gòu)、編程元件與指令系統(tǒng)，并從工程應(yīng)用出發(fā)介紹了梯形圖程序的常用設(shè)計(jì)方法、PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試方法、PLC在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題?！禤LC原理及工程應(yīng)用》不僅介紹了PLC在開(kāi)關(guān)量、模擬量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)還突出了PLC的脈沖輸出控制、網(wǎng)絡(luò)通信、現(xiàn)場(chǎng)總線等新技術(shù)。

《PLC原理及工程應(yīng)用》為21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材。