机械设计制造及其自动化专业本科系列规划教

第1章绪论

1.1机械电气自动控制的研究目的和研究任务

1.2机械电气自动控制系统的组成和分类

1.2.1断续控制、连续控制和数字控制系统

1.2.2开环和闭环控制系统

1.3机械电气自动控制技术的发展

1.3.1电力拖动技术的发展

1.3.2逻辑控制技术的发展

1.3.3数字控制技术的发展

第2章机电传动系统的动力学基础

2.1机电传动系统的运动方程式

2.1.1运动方程式

2.1.2运动方程式中转矩方向的确定

2.2转矩、转动惯量、飞轮转矩的折算

2.2.1负载转矩的折算

2.2.2转动惯量和飞轮转矩的折算

2.3生产机械的机械特性

2.3.1恒转矩型机械特性

2.3.2恒功率型机械特性

2.3.3离心式通风机型机械特性

2.3.4直线型机械特性

2.4机电传动系统稳定运行的条件

习题

第3章电动机的工作原理及机械特性

3.1直流电动机的工作原理及机械特性

3.1.1直流电机的基本结构

3.1.2直流电机的工作原理

3.1.3直流发电机

3.1.4直流他励电动机的机械特性

3.1.5直流他励电动机的启动特性

3.1.6直流他励电动机的调速特性

3.1.7直流他励电动机的制动特性

3.2交流电动机的工作原理及机械特性

3.2.1三相异步电动机的结构和工作原理

3.2.2三相异步电动机的定子电路和转子电路

3.2.3三相异步电动机的转矩与机械特性

3.2.4三相异步电动机的启动特性

3.2线绕式异步电动机的启动方法

3.2.6三相异步电动机的调速方法与特性

3.2.7三相异步电动机的制动特性

3.2.8单相异步电动机

3.2.9同步电动机

习题

第4章常用低压电器及其选择

4.1低压电器的电磁机构及执行机构

4.1.1电磁机构

4.1.2执行机构

4.2控制电器

4.2.1主令电器

4.2.2非自动控制电器

4.2.3自动控制电器

4.3执行电器

4.3.1电磁铁

4.3.2电磁夹具

4.3.3电磁离合器

4.4检测电器

4.4.1速度继电器

4.4.2行程开关

4.5保护电器

4.5.11熔断器

4.5.2热继电器

4.5.3低压断路器

习题

第5章接触器—继电器控制系统

5.1电气设备图的绘制及阅读方法

5.1.1电气设备电路图

5.1.2电气设备接线图

5.1.3电气设备安装图

5.2接触器一继电器控制系统的基本控制电路

5.2.1三相异步电动机的启动控制电路

5.2.2三相异步电动机的正反转控制电路

5.2.3三相异步电动机的制动控制电路

5.2.4双速电动机控制电路

5.2.5控制线路的其他基本环节

5.2.6电气控制系统保护

5.3典型机械设备控制电路分析v

5.3.1C650_2型普通车床控制电路

5.3.2X62w万能升降台铣床控制电路

5.3.3Z3040型摇臂钻床的控制电路

5.3.4组合机床控制电路

5.4接触器一继电器控制系统设计

5.4.1电气控制系统设计的一般步骤

5.4.2电气原理设计

5.4.3电气工艺设计

习题

第6章可编程控制器（PLC）控制系统

6.1PLC的概述

6.1.1PLC的基本结构

6.1.2PLC的工作原理

6.1.3PLC的主要特点和应用

6.1.4PLC与其他工业控制系统的比较

6.2FX2N系列可编程序控制器及其指令系统

6.2.1FX2N系列可编程序控制器硬件配置

6.2.2FX2N系列可编程控制器的编程元件

6.2.3FX系列可编程控制器的编程语言

6.2.4FX2N系列可编程序控制器的基本指令

6.2.5梯形图编程的基本规则

6.2.6FX2N系列可编程序控制器的功能指令

6.3PLG的程序设计方法

6.3.1常用典型单元的梯形图

6.3.2梯形图的经验设计法

6.3.3继电器电路转化设计法

6.3.4顺序功能图（SFC）设计法

6.3.5顺序控制梯形图的编程方式

6.3.6复杂控制系统的编程方式

6.4PLC控制系统设计

6.4.1PLC控制系统的分析方法

6.4.2PLC控制系统设计步骤

6.4.3机械手PLC控制系统设计

6.4.4摇臂钻床PLC控制系统设计

习题

第7章交、直流调速系统

7.1调速方法及其性能指标

7.1.1调速方法

7.1.2调速的性能指标

7.2常见电力电子器件的开关特性

7.2.1电力电子器件的分类

7.2.2电力电子器件的开关特性

7.3直流电动机无级调速系统

7.3.1可控直流电源

7.3.2几种常见的反馈控制直流调速系统

7.3.3无静差调速系统

7.4交流电动机调速系统

7.4.1变频调速系统

7.4.2其他调速系统

习题

第8章步进电动机控制系统

8.1步进电动机结构、工作原理及分类

8.1.1步进电动机的结构与工作原理

8.1.2小步距角步进电动机

8.1.3步进电动机的分类

8.2步进电动机驱动电源

8.2.1步进电动机的驱动方式

8.2.2步进电动机的环形分配器

8.2.3步进电动机的驱动电路

8.3步进电动机的运行特性及主要技术指标

8.3.1步进电动机的运行特性

8.3.2步进电动机的运行特性的影响因素

8.3.3步进电动机的主要技术指标及应用

8.4步进电动机的开、闭环控制

8.4.1步进电动机的开环控制

8.4.2步进电动机的闭环控制

8.5步进电动机控制系统应用实例

8.5.1步进电动机在数控机床的应用

8.5.2基于PLC的步进电动机控制的应用

习题

附录

附录A常用电气图形符号

附录B常用电气技术文字符号

附录C常用低压电器技术参数

附录DFx系列PLC的内部软继电器及编号

附录E三菱Fx系列PLC功能指令一览表

参考文献

第1章 绪论

1.1 机电一体化概念

1.1.1 我国对机电一体化的理解

1.1.2 机电一体化技术的主要特征

1.1.3 机电一体化技术与其他技术的区别

1.2 机电一体化的共性关键技术

1.3 机电一体化的功能构成原理及其组成要素

1.3.1 机电一体化的功能构成原理

1.3.2 机电一体化的功能构成要素

1.4 机电一体化系统设计、广义接口和控制软件的作用

1.4.1 机电一体化系统设计

1.4.2 广义接口和控制软件的作用

1.4.3 机电一体化系统的技术评价

1.5 机电一体化产品的分类

1.6 机电一体化的特点及发展趋势

1.7 本课程的目的和要求

习题与思考题

第2章 机电传动系统的运动学基础

2.1 机电传动系统的运动方程式

2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算

2.2.1 负载转矩的折算

2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算

2.3 生产机械的机械特性

2.3.1 恒转矩型机械特性

2.3.2 离心式通风型机械特性

2.3.3 直线型机械特性

2.3.4 恒功率型机械特性

2.4 机电传动系统稳定运行的条件

习题与思考题

第3章 机械学基础

3.1 基本功能与要求

3.2 机械参数对伺服系统性能的影响

3.2.1 摩擦的影响

3.2.2 传动间隙的影响

3.2.3 系统固有频率ωn和系统阻尼比ξ

3.3 传动机构

3.3.1 传动机构的主要功能与分类

3.3.2 几种典型传动机构

3.4 导向支承机构

3.4.1 主要功能与分类

3.4.2 几种典型导轨

3.5 执行机构

3.5.1 主要功能与分类

3.5.2 几种典型执行机构

3.6 机座或机架

3.6.1 机座或机架的作用及基本要求

3.6.2 机座或机架的结构设计要点

习题与思考题

第4章 电学基础

4.1 测量

4.1.1 测量系统概述

4.1.2 测量系统的组成

4.1.3 测量方法

4.2 传感器及其基本特征

4.2.1 传感器及其组成

4.2.2 传感器分类

4.2.3 传感器的静态特性

4.2.4 传感器的动态特性

4.3 位移传感器

4.3.1 电感式传感器

4.3.2 电容式位移传感器

4.3.3 光栅

4.3.4 感应同步器

4.4 速度、加速度传感器

4.4.1 直流测速机

4.4.2 光电式转速传感器

4.4.3 磁电式转速传感器

4.4.4 加速度传感器

4.5 力、压力和转矩传感器

4.5.1 测力传感器

4.5.2 压力传感器

4.5.3 转矩传感器

4.6 位置传感器

4.6.1 接触式位置传感器

4.6.2 接近式位置传感器

4.7 温度传感器

4.7.1 热电偶传感器

4.7.2 热电阻传感器

4.7.3 半导体PN结

4.8 其他传感器

4.8.1 霍尔式传感器

4.8.2 光纤传感器

4.8.3 超声波传感器

4.9 测试信号调理电路

4.9.1 滤波电路

4.9.2 比例电路

4.9.3 积分电路

4.9.4 微分电路

4.9.5 信号隔离

4.9.6 几种典型传感器的信号调理电路

4.10 电力电子器件

4.10.1 电力电子器件的特点

4.10.2 电力电子器件的分类

4.10.3 结型功率二极管

4.10.4 晶闸管

4.10.5 门极可关断晶闸管

4.10.6 电力晶体管

4.10.7 功率场效应晶体管

4.10.8 绝缘栅双极型晶体管

习题与思考题

第5章 控制与计算机基础

5.1 控制的基本功效与要求

5.2 控制系统的性能指标

5.3 控制系统中的典型环节

5.3.1 一阶环节

5.3.2 二阶环节

5.4 集成电路与计算机

5.4.1 集成电路与常用芯片

5.4.2 处理器

5.5 计算机接口

5.5.1 数据缓冲接口

5.5.2 CPU命令接口

5.5.3 信号转换接口

5.5.4 设备选择接口

5.5.5 中断管理接口

5.5.6 数据宽度变换接口

5.5.7 功能可编程接口

习题与思考题

第6章 伺服系统基础

6.1 基本结构、性能指标

6.1.1 伺服系统及其分类

6.1.2 伺服系统的结构

6.1.3 伺服系统的性能指标

6.2 步进伺服驱动

6.2.1 步进电动机结构

6.2.2 步进电动机工作原理

6.2.3 环形分配器

6.2.4 驱动电路

6.2.5 工程中需要注意的问题

6.3 直流伺服驱动

6.3.1 直流电动机结构

6.3.2 直流电动机工作原理

6.3.3 直流电动机机械特性

6.3.4 直流电动机的启动

6.3.5 直流电动机的调速

6.3.6 直流电动机的制动

6.3.7 ACR有静差直流调速系统

6.3.8 ACR无静差直流调速系统

6.3.9 PWM直流调速系统

6.4 交流伺服驱动

6.4.1 感应电动机结构

6.4.2 感应电动机工作原理

6.4.3 感应电动机的旋转磁场

6.4.4 定子绕组线端连接方式

6.4.5 感应电动机的定子电路和转子电路

6.4.6 感应电动机的转矩与机械特性

6.4.7 感应电动机的调速方式

6.4.8 感应电动机的矢量变换变频调速系统

6.5 伺服系统

6.5.1 系统性能分析

6.5.2 位置指令信号分析

6.5.3 位置指令值的修正

6.5.4 脉冲比较的进给伺服系统

6.5.5 相位比较的进给伺服系统

6.5.6 幅值比较的进给伺服系统

习题与思考题

参考文献2100433B

《机械设计制造及其自动化专业本科系列规划教材:机械电气自动控制》系统地介绍了典型的机械电气自动控制系统——接触器—继电器和PLC控制系统的设计，同时介绍了交、直流调速和步进电动机控制系统，采用了最新电气设计标准。

全书共8章：第1章绪论，第2章机电传动系统的动力学基础，第3章电动机的工作原理及机械特性，第4章常用低压电器及其选择，第5章接触器—继电器控制系统，第6章可编程控制器（PLC）控制系统，第7章交、直流调速系统，第8章步进电动机控制系统。

《机械设计制造及其自动化专业本科系列规划教材:机械电气自动控制》可作为机械电子工程、机械工程及自动化专业、机械设计制造及其自动化专业本科学生学习机械电气自动控制技术的专业基础教材，也可作为高职高专或中专、技校的教学人员及有关的工程技术人员的参考书。

《机械设计制造及其自动化专业本科系列规划教材:机电一体化基础》由向中凡，肖继学主编，重庆大学出版社出版。机电一体化是一门融机械技术、计算机技术、测控技术、伺服驱动技术于一体的学科。《机械设计制造及其自动化专业本科系列规划教材:机电一体化基础》可作为本科院校机械电子工程专业及其相关专业的教材，也可供研究生及从事机电一体化产品设计、制造与研究工程技术人员作参考书。

机械设计制造及其自动化考研方向

机械设计制造及其自动化专业可以选择机械制造及其自动化、机械设计及理论、车辆工程、机械电子工程、材料加工工程等方向攻读研究生 。

机械设计制造及其自动化就业方向

机械设计制造及其自动化专业毕业生就业主要在机械、汽车、航空航天、能源、化工、电子、材料、冶金等行业领域，从事机械领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面的工作 。

• 学制与学位

机械设计制造及其自动化专业基本学制为四年，总学分建议150~190学分。各高校可根据具体情况自行设定。

• 业务能力

（1）具有数学、自然科学和机械设计制造及其自动化科学知识的应用能力。

（2）具有制定实验方案、进行实验、分析和解释数据的能力。

（3）具有设计机械系统、部件和过程的能力。

（4）具有对机械设计制造及其自动化问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力。

（5）具有在机械设计制造及其自动化实践中选择、运用相应技术、资源、现代工程工具和信息技术工具的能力。

（6）具有在多学科团队中发挥作用的能力和人际交流能力。

（7）能够理解、评价机械设计制造及其自动化实践对世界和社会的影响，具有可持续发展的意识。

（8）具有终身学习的意识和适应发展的能力。

各高校应根据自身定位和人才培养目标，结合学科特点、行业和区域特色以及学生发展的需要，在上述业务要求的基础上，强化或者增加某些方面的知识、能力和素质要求，形成人才培养特色 。

本书是根据机械设计制造及其自动化专业加强实践性教学、提高学生动手能力的需要编写的。选取的实验题目贴近工程实际，也符合培养21世纪应用型人才的需求。

全书共分4章，包括机电传动控制、可编程序控制器、现代数控加工技术、液压与气压传动回路原理及实验等内容。本书主要作为工科高等院校“机械设计制造及其自动化”、“机械工程及自动化”及“机械电子工程”等专业的实验教材，并可供高职机械类专业使用，同时也可供从事机电一体化工作的工程技术人员参考。