Mechatronics:principles, concepts and applications

目录
第1章 绪论
1.1 背景
1.2 各学科的概要
1.3 起源
1.4 机电一体化的发展
1.4.1 初级的机电一体化
1.4.2 中级的机电一体化
1.4.3 第三层次的机电一体化
1.4.4 第四层次的机电一体化
1.5 机电一体化综述
1.6 制造过程简介
1.7 设计
1.8 本书的范围
1.8.1 信号分析和工程工具
1.8.2 电气元件和电子器件
1.8.3 数字技术
1.8.4 变换器
1.8.5 信号调理电路
1.8.6 执行器
1.8.7 机械结构
1.8.8 微处理器和微控制器
1.8.9 建模、系统描述和系统响应
1.8.10 反馈控制
1.8.11 智能控制
1.8.12 诊断
1.8.13 开发工具和概念
1.8.14 控制结构和集成
第2章 信号理论和工程工具
2.1 引言
2.2 背景
2.3 信号的术语
2.3.1 随机信号与确定性信号
2.3.2 平稳信号与非平稳信号
2.3.3 周期信号与非周期信号
2.3.4 模拟信号与离散信号
2.4 信号的分析与处理
2.5 信号的多域表达
2.6 周期性模拟信号的分析与表示
2.6.1 信号的频域表示
2.7 非周期模拟信号的分析和表示
2.7.1 频域表示
2.8 离散傅里叶变换和快速傅里叶变换
2.9 信号的时频域分析
2.10 微分方程
2.11 拉普拉斯变换
2.12 差分方程
2.13 Z变换
2.14 变换方法的总结
2.15 信号的功率和能量
2.16 调制和解调
第3章 电气元件和电子器件
3.1 引言
3.2 电气元件的基础
3.2.1 电阻
3.2.2 电感
3.2.3 电容
3.2.4 电抗和阻抗
3.3 电子器件基础
3.3.1 半导体材料
3.3.2 结型二极管
3.3.3 双极性三极管
3.3.4 结型场效应晶体管
3.3.5 金属氧化物半导体场效应晶体管
3.3.6 单结晶体管
3.3.7 可控硅整流器
3.3.8 双向可控硅开关元件
3.3.9 集成电路
3.3.10 运算放大器
3.3.11 网络电缆
第4章 数字技术基础
4.1 引言
4.2 数制
4.3 二进制数制的范围和权重
4.4 二进制数的权
4.5 数制转换
4.6 八进制和十六进制
4.7 BCD编码的数制
4.8 格雷码
4.9 二进制算术的算法
4.9.1 二进制加法
4.9.2 二进制减法
4.9.3 二进制乘法
4.9.4 有符号的二进制数
4.10 布尔代数
4.11 逻辑状态
4.12 逻辑函数
4.13 其他种类的逻辑门电路
4.14 通用的门电路
4.15 异或门电路
4.16 组合逻辑电路和时序逻辑电路
4.17 触发器
4.17.1 SR触发器
4.17.2 D触发器
4.17.3 JK触发器
4.17.4 寄存器
4.17.5 计数器
4.17.6 多路选择器
4.18 布尔表达式的最简形式
4.19 卡诺图
4.20 TTL门电路与CMOS门电路
4.21 存储器
第5章 变换器和传感器
5.1 背景介绍
5.2 变换器和传感器之间的差别
5.3 变换器类型
5.4 转换原理
5.5 光电变换器
5.5.1 光电发射变换器
5.5.2 光电导变换器
5.5.3 光伏式变换器
5.6 热敏电阻
5.7 感热器件
5.8 热电偶
5.9 感应变换器
5.10 电容变换器
5.11 热电变换器
5.12 压电式变换器
5.13 霍耳效应变换器
5.14 电离变换器
5.15 发光二极管
5.16 光编码器
5.16.1 增量式编码器
5.16.2 绝对式编码器
5.17 双金属片
5.18 波登管
5.19 应变计
5.20 测压元件
5.21 弹性膜片
5.22 机械式开关
5.23 流量变换器
5.24 光纤变换器
第6章 信号调理的理论、电路与系统
6.1 简介
6.2 分压器
6.3 整流
6.4 稳压二极管
6.5 限幅和箝位电路
6.6 放大器
6.6.1 运算放大器电路
6.6.2 其他滤波电路
6.7 隔离器(单位增益放大器)
6.8 仪表放大器
6.9 电桥电路
6.10 比较器
6.10.1 过零检测器
6.11 振荡器
6.12 555定时器
6.13 采样与保持
6.14 时钟
6.15 模-数转换
6.15.1 数-模转换
6.15.2 基于计数器的模-数转换器
6.15.3 逐次逼近型模-数转换器
6.16 检流计、电流表和电压表
6.17 阴极射线示波器
第7章 执行器和机械装置
7.1 简介
7.2 执行器类型和应用领域
7.3 机电执行器
7.4 直流电动机
7.4.1 有刷式直流电动机
7.4.2 无刷式
7.4.3 无芯式
7.5 交流电动机
7.5.1 感应电动机
7.5.2 同步电动机
7.5.3 步进电机
7.6 液压执行器
7.6.1 气动执行器
7.6.2 阀门
7.6.3 水力执行器
7.6.4 比较
7.7 压电执行器
7.7.1 实例
7.7.2 压电电动机
7.8 磁致伸缩执行器
7.9 记忆金属执行器
7.10 离子交换聚合物金属复合材料
7.11 化学执行器
7.12 机械装置
7.13 轴承
7.13.1 滑动轴承
7.13.2 轴颈轴承
7.13.3 滚动轴承
7.13.4 磁性轴承
7.13.5 分子轴承
7.14 皮带、链条
7.15 滑轮
7.16 齿轮
7.16.1 齿轮传动比
7.17 齿条和小齿轮
7.18 棘轮、棘爪和曲柄
7.19 滑块和曲柄
7.20 凸轮和随动件
7.20.1 凸轮的形状
7.20.2 随动件的形状
7.21 链条和链轮
7.22 间歇传动轮
7.23 四连杆机构
第8章 微处理器和微控制器
8.1 简介
8.2 一个基于微处理器的数字控制实例
8.3 控制系统的基本元素
8.4 通过自检来决定下一步做什么
8.5 微处理器结构
8.6 专有名词
8.6.1 CPU
8.6.2 存储器和地址
8.6.3 I/O和外设
8.6.4 ALU
8.6.5 指令和程序
8.6.6 汇编器
8.6.7 数据
8.6.8 操作数、助记符和操作码
8.6.9 寄存器
8.6.10 取指周期
8.6.11 写周期
8.6.12 状态
8.6.13 总线
8.6.14 指令译码器或微码引擎
8.6.15 中断
8.6.16 堆栈和堆栈指针(SP)
8.7 指令类型
8.8 寻址方式
8.9 现在你所了解的内容
8.10 Intel 8085A微处理器
8.11 微控制器
8.11.1 微处理器和微控制器之间的区别
8.12 控制领域的一般性需求及其在微控制器中的实现
8.12.1 数学运算
8.12.2 实时操作和任务切换
8.12.3 通信
8.12.4 采样速率
8.13 分类
8.14 Intel 8XC196KC/KD微控制器
8.14.1 核心单元
8.14.2 微码引擎
8.14.3 队列
8.14.4 寄存器文件
8.14.5 RALU
8.14.6 存储总线
8.14.7 存储器控制器
8.14.8 中断控制器和外设处理服务器
8.14.9 I/O端口
8.14.10 看门狗定时器
8.14.11 A/D转换器
8.14.12 脉宽调制器
8.14.13 数据类型和寻址方式
8.15 可编程逻辑控制器(PLC)
第9章 建模
9.1 引言
9.2 系统
9.3 建模
9.4 机械系统
9.4.1 弹簧
9.4.2 阻尼元件
9.4.3 质量-惯性元件
9.5 电气系统
9.6 流体系统
9.6.1 惯量
9.6.2 流阻
9.6.3 流容
9.7 热系统
9.7.1 热容
9.7.2 热阻
9.8 工程系统
9.9 含有弹簧、阻尼器和质量块的平动机械系统
9.10 由弹簧、阻尼器和质量块组成的转动系统
9.11 电动机建模
9.11.1 速度控制
9.12 填充流体的容器建模
9.13 气动执行器建模
第10章 系统响应
10.1 引言
10.2 输入-输出方程和系统描述
10.2.1 输出响应
10.2.2 多输入多输出系统
10.2.3 线性和非线性系统
10.2.4 时变系统
10.3 瞬态、滞后和延时响应
10.4 瞬态响应特性
10.5 测试信号
10.6 一阶系统的输出响应
10.6.1 自由响应(零激励)
10.6.2 阶跃信号输入
10.6.3 斜坡激励
10.6.4 正弦激励
10.7 二阶系统的输出响应
10.7.1 自由响应
10.7.2 过阻尼情况
10.7.3 临界阻尼情况
10.7.4 欠阻尼情况
10.8 二阶系统的阶跃响应
10.8.1 过阻尼情况
10.8.2 临界阻尼情况
10.8.3 欠阻尼情况
10.9 二阶系统的正弦响应
10.10 状态空间模型
10.10.1 基本原理
10.11 n阶SISO系统的状态空间模型
第11章 传递函数和频率响应
11.1 引言
11.2 频率响应的背景知识
11.3 传递函数及其背景
11.4 更多关于传递函数的内容
11.4.1 一阶系统的传递函数
11.4.2 二阶系统的传递函数
11.5 使用拉普拉斯变换求输出响应
11.5.1 阶跃信号作为输入的一阶系统
11.5.2 斜变信号作为输入的一阶系统
11.5.3 阶跃信号作为输入的二阶系统
11.5.4 斜变信号作为输入的二阶系统
11.6 系统的频率响应
11.7 一阶系统的频率响应
11.7.1 波特图
11.8 二阶系统的频率响应
11.9 零极点图
第12章 反馈和智能控制原理
12.1 引言
12.2 控制系统
12.3 开环控制系统
12.4 闭环控制系统
12.4.1 注释
12.4.2 可达到性
12.4.3 传递函数
12.5 控制器
12.5.1 开关控制器
12.5.2 比例控制器
12.5.3 积分控制器
12.5.4 微分控制器
12.5.5 比例-积分控制器
12.5.6 比例-微分控制器
12.5.7 比例-积分-微分控制器
12.5.8 比较
12.6 自动控制的其他内容
12.7 自动控制方法的定义
12.8 人工神经网络
12.9 模糊逻辑
12.9.1 模糊集和隶属度
12.10 诊断学
12.10.1 过程和故障的数学描述
12.10.2 故障检测与隔离步骤
12.10.3 故障检测与隔离方法
12.10.4 优缺点
12.11 模拟与数字控制的对比
12.11.1 可编程
12.11.2 可配置性
12.11.3 噪声免疫力
12.11.4 自动控制
12.11.5 无传感器控制
12.11.6 辅助功能
12.11.7 通信
第13章 开发工具和概念
13.1 引言
13.2 计算机
13.2.1 基本单元
13.2.2 CPU
13.2.3 电子存储器
13.2.4 输入-输出设备(外围设备)
13.2.5 通信端口和插槽
13.2.6 电子线路
13.2.7 时钟
13.3 软件
13.4 操作系统软件
13.4.1 通用操作系统
13.4.2 分布式操作系统(DOS)
13.4.3 实时操作系统
13.5 应用软件
13.5.1 编译器
13.5.2 专用应用软件
13.5.3 语言和GUI环境
13.5.4 仿真软件
13.6 MATLAB
13.6.1 MATLAB工具箱
13.6.2 控制
13.6.3 MATLAB命令窗口和函数
13.6.4 一些操作
13.6.5 编程—简单举例
13.7 更多常用的程序和软件
13.7.1 驱动器
13.7.2 数据库
13.7.3 CAD/CAM
13.8 软件方法学
13.8.1 客户服务器结构
13.8.2 面向对象方法学
13.9 计算机网络
13.9.1 局域网
13.10 工业计算机
13.11 控制结构
13.12 分布式控制系统
13.12.1 节点内部结构
13.12.2 典型特征
13.12.3 总结
13.13 现场总线技术
13.13.1 现场总线协议与数据网络协议
13.13.2 益处
13.13.3 基于现场总线的开发过程
13.13.4 选择一个现场总线
13.14 基于网络的监视和控制
第14章 基于组件的模块化设计和系统验证
14.1 引言
14.2 基于组件的模块化设计方法
14.2.1 组件:定义
14.3 系统验证
14.3.1 全面自动化
14.3.2 安全控制的实现
14.3.3 智能化
14.3.4 可持续性
14.4 验证方法学
14.4.1 整合方法
14.4.2 独立设计
14.4.3 分布式局部层(现场层)的实现
14.4.4 开放系统的应用
14.4.5 综合、便携、迅速和可靠
14.5 验证方案的其他方面
14.5.1 学习阶段
14.5.2 试运转阶段
14.6 融合技术:一个视觉系统的例子
第15章 集成
15.1 引言
15.2 背景
15.3 高级执行器
15.3.1 高级机动执行器
15.3.2 气动执行器
15.3.3 伺服执行系统
15.4 消费机械电子产品
15.5 液压手指
15.6 外科手术设备
15.7 工业机器人
15.7.1 机器人的不同组成部分
15.7.2 控制器
15.7.3 驱动器
15.7.4 机械臂
15.7.5 终端执行器
15.7.6 传感器
15.7.7 功能要求
15.7.8 基于机器人的自动化
15.8 自动制导车辆(AGV)
15.8.1 AGV结构
15.8.2 基于组件的DCS观点
15.8.3 人机接口
15.8.4 用现场总线技术设计
15.9 钻孔机
15.10 基于传送装置的材料处理系统
15.10.1 验证
15.10.2 设计
15.11 讨论
15.11.1 基于现场总线的DCS解决方法的前景
15.11.2 选择现场总线的前景
15.11.3 LonWorks基于DCS的现场总线的前景
15.11.4 构建控制任务的前景
15.11.5 自诊断设备和网络的前景
第16章 机械电子设计策略:高速主轴举例
16.1 背景和介绍
16.1.1 介绍
16.2 主轴系统回顾
16.3 HSSS的动态建模
16.3.1 系统辨识
16.4 重要的设计参数
16.4.1 Q点曲线
16.4.2 热变形和轴承环境
16.4.3 轴承摩擦
16.4.4 电磁平衡器(EMB)
16.5 诊断和预测
16.5.1 公式
16.5.2 实验
16.6 SEA方案
16.6.1 机器进化和可持续性
16.6.2 SEA变量和LSV
16.6.3 实现方法和结果
16.7 控制系统的设计方法
16.7.1 DCS实现平台
16.8 远程监测和控制
16.8.1 DN和CN界面接口的需求
16.8.2 实现方法的研究
参考文献
附录
中英文对照表
译者跋