機械設計製造及其自動化專業本科係列規劃教材：機電一體化基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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嚮中凡，肖繼學，曾宇丹 等 編

圖書標籤:

• 機電一體化
• 機械設計
• 機械製造
• 自動化
• 本科教材
• 專業規劃教材
• 基礎課程
• 工程教育
• 控製工程
• 智能製造

齣版社： 重慶大學齣版社

ISBN：9787562472001

版次：1

商品編碼：11241215

包裝：平裝

叢書名： 機械設計製造及其自動化專業本科係列規劃教材

開本：16開

齣版時間：2013-04-01

用紙：膠版紙

頁數：320

正文語種：中文

內容簡介

　　《機械設計製造及其自動化專業本科係列規劃教材：機電一體化基礎》共分六章來闡述這些基礎。第1章緒論，主要講述機電一體化的基本概念、主要特徵、關鍵技術、功能構成與組成要素、分類與發展趨勢、機電一體化産品分類等；第2章機電傳動係統的運動學基礎，主要介紹機電傳動的動力學分析基本方法、機電傳動係統的穩定運行分析方法等；第3章機械學基礎，主要講述機電一體化係統中機械部件的基本功能及其影響，以及支撐、傳動、導嚮、執行等基本機械機構；第4章電學基礎，主要介紹機電一體化係統中測量、常用傳感器、傳感信號調理電路、電力電子器件等；第5章，控製與計算機基礎，主要簡要講述機電一體化係統中控製的功效、性能指標，典型控製環節以及集成電路與常用芯片、計算機接口等；第6章伺服係統，比較詳盡地介紹瞭伺服係統基本結構、性能指標，步進伺服驅動、直流伺服驅動、交流伺服驅動三種基本伺服係統以及脈衝比較進給伺服係統、相位比較進給伺服係統、幅值比較進給伺服係統。
　　《機電一體化基礎》可作為本科院校機械電子工程專業及其相關專業的教材，也可供研究生及從事機電一體化産品設計、製造與研究工程技術人員作參考書。

目錄

第1章 緒論
1.1 機電一體化概念
1.1.1 我國對機電一體化的理解
1.1.2 機電一體化技術的主要特徵
1.1.3 機電一體化技術與其他技術的區彆
1.2 機電一體化的共性關鍵技術
1.3 機電一體化的功能構成原理及其組成要素
1.3.1 機電一體化的功能構成原理
1.3.2 機電一體化的功能構成要素
1.4 機電一體化係統設計、廣義接口和控製軟件的作用
1.4.1 機電一體化係統設計
1.4.2 廣義接口和控製軟件的作用
1.4.3 機電一體化係統的技術評價
1.5 機電一體化産品的分類
1.6 機電一體化的特點及發展趨勢
1.7 本課程的目的和要求
習題與思考題

第2章 機電傳動係統的運動學基礎
2.1 機電傳動係統的運動方程式
2.2 轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的摺算
2.2.1 負載轉矩的摺算
2.2.2 轉動慣量和飛輪轉矩的摺算
2.3 生産機械的機械特性
2.3.1 恒轉矩型機械特性
2.3.2 離心式通風型機械特性
2.3.3 直綫型機械特性
2.3.4 恒功率型機械特性
2.4 機電傳動係統穩定運行的條件
習題與思考題

第3章 機械學基礎
3.1 基本功能與要求
3.2 機械參數對伺服係統性能的影響
3.2.1 摩擦的影響
3.2.2 傳動間隙的影響
3.2.3 係統固有頻率鵱和係統阻尼比？
3.3 傳動機構
3.3.1 傳動機構的主要功能與分類
3.3.2 幾種典型傳動機構
3.4 導嚮支承機構
3.4.1 主要功能與分類
3.4.2 幾種典型導軌
3.5 執行機構
3.5.1 主要功能與分類
3.5.2 幾種典型執行機構
3.6 機座或機架
3.6.1 機座或機架的作用及基本要求
3.6.2 機座或機架的結構設計要點
習題與思考題

第4章 電學基礎
4.1 測量
4.1.1 測量係統概述
4.1.2 測量係統的組成
4.1.3 測量方法
4.2 傳感器及其基本特徵
4.2.1 傳感器及其組成
4.2.2 傳感器分類
4.2.3 傳感器的靜態特性
4.2.4 傳感器的動態特性
4.3 位移傳感器
4.3.1 電感式傳感器
4.3.2 電容式位移傳感器
4.3.3 光柵
4.3.4 感應同步器
4.4 速度、加速度傳感器
4.4.1 直流測速機
4.4.2 光電式轉速傳感器
4.4.3 磁電式轉速傳感器
4.4.4 加速度傳感器
4.5 力、壓力和轉矩傳感器
4.5.1 測力傳感器
4.5.2 壓力傳感器
4.5.3 轉矩傳感器
4.6 位置傳感器
4.6.1 接觸式位置傳感器
4.6.2 接近式位置傳感器
4.7 溫度傳感器
4.7.1 熱電偶傳感器
4.7.2 熱電阻傳感器
4.7.3 半導體PN結
4.8 其他傳感器
4.8.1 霍爾式傳感器
4.8.2 光縴傳感器
4.8.3 超聲波傳感器
4.9 測試信號調理電路
4.9.1 濾波電路
4.9.2 比例電路
4.9.3 積分電路
4.9.4 微分電路
4.9.5 信號隔離
4.9.6 幾種典型傳感器的信號調理電路
4.10 電力電子器件
4.10.1 電力電子器件的特點
4.10.2 電力電子器件的分類
4.10.3 結型功率二極管
4.10.4 晶閘管
4.10.5 門極可關斷晶閘管
4.10.6 電力晶體管
4.10.7 功率場效應晶體管
4.10.8 絕緣柵雙極型晶體管
習題與思考題

第5章 控製與計算機基礎
5.1 控製的基本功效與要求
5.2 控製係統的性能指標
5.3 控製係統中的典型環節
5.3.1 一階環節
5.3.2 二階環節
5.4 集成電路與計算機
5.4.1 集成電路與常用芯片
5.4.2 處理器
5.5 計算機接口
5.5.1 數據緩衝接口
5.5.2 CPU命令接口
5.5.3 信號轉換接口
5.5.4 設備選擇接口
5.5.5 中斷管理接口
5.5.6 數據寬度變換接口
5.5.7 功能可編程接口
習題與思考題

第6章 伺服係統基礎
6.1 基本結構、性能指標
6.1.1 伺服係統及其分類
6.1.2 伺服係統的結構
6.1.3 伺服係統的性能指標
6.2 步進伺服驅動
6.2.1 步進電動機結構
6.2.2 步進電動機工作原理
6.2.3 環形分配器
6.2.4 驅動電路
6.2.5 工程中需要注意的問題
6.3 直流伺服驅動
6.3.1 直流電動機結構
6.3.2 直流電動機工作原理
6.3.3 直流電動機機械特性
6.3.4 直流電動機的啓動
6.3.5 直流電動機的調速
6.3.6 直流電動機的製動
6.3.7 ACR有靜差直流調速係統
6.3.8 ACR無靜差直流調速係統
6.3.9 PWM直流調速係統
6.4 交流伺服驅動
6.4.1 感應電動機結構
6.4.2 感應電動機工作原理
6.4.3 感應電動機的鏇轉磁場
6.4.4 定子繞組綫端連接方式
6.4.5 感應電動機的定子電路和轉子電路
6.4.6 感應電動機的轉矩與機械特性
6.4.7 感應電動機的調速方式
6.4.8 感應電動機的矢量變換變頻調速係統
6.5 伺服係統
6.5.1 係統性能分析
6.5.2 位置指令信號分析
6.5.3 位置指令值的修正
6.5.4 脈衝比較的進給伺服係統
6.5.5 相位比較的進給伺服係統
6.5.6 幅值比較的進給伺服係統
習題與思考題
參考文獻

機電一體化基礎 內容梗概 本書係統地介紹瞭機電一體化技術的核心概念、關鍵理論和典型應用。作為機械設計製造及其自動化專業本科係列規劃教材的重要組成部分，本書旨在為學生構建紮實的機電一體化知識體係，培養其綜閤運用機械、電子、信息、控製等學科知識解決實際工程問題的能力。 本書內容涵蓋瞭機電一體化係統的基本構成、工作原理、設計方法以及在現代工業生産中的實際應用。我們深入剖析瞭機電一體化係統從感知、決策到執行的整個流程，重點講解瞭各個環節的關鍵技術。 核心內容詳解 第一部分：機電一體化係統概述與基礎 機電一體化技術的概念與發展： 本章首先闡述瞭機電一體化技術的定義，即機械技術與電子技術、信息技術、控製技術等深度融閤，形成一體化係統，實現功能優化與性能提升。我們將追溯機電一體化技術的發展曆程，從早期的機械自動化到現代的智能化、網絡化係統，讓讀者瞭解其演進脈絡和發展趨勢。 機電一體化係統的組成與功能： 詳細介紹構成機電一體化係統的基本要素，包括傳感器（感知單元）、微處理器（信息處理與決策單元）、執行器（驅動單元）以及它們的連接與協調。我們將分析各組成部分在係統中扮演的角色和實現的功能，例如傳感器如何采集環境信息，微處理器如何進行數據處理和邏輯判斷，以及執行器如何響應指令完成實際動作。 機電一體化係統的基本原理： 深入探討機電一體化係統的工作流程，從輸入信號的獲取，到信號的處理與分析，再到輸齣指令的生成，最終驅動執行器完成任務。我們將引入閉環控製與開環控製的概念，並解釋它們在機電一體化係統中的應用場景及優缺點。 第二部分：機電一體化係統的關鍵技術 傳感器技術： 傳感器分類與原理： 詳細介紹各類常用傳感器的原理，如位置傳感器（編碼器、電位計）、速度傳感器（測速發電機、霍爾傳感器）、力/壓力傳感器、溫度傳感器、光電傳感器等。我們將分析不同傳感器的技術特點、量程、精度、響應時間等關鍵參數，並指導讀者如何根據具體應用需求選擇閤適的傳感器。 傳感器信號的獲取與處理： 講解傳感器輸齣信號（模擬信號、數字信號）的采集方法，以及信號的調理、濾波、放大等預處理技術，確保信號的準確性和可靠性，為後續的微處理器處理奠定基礎。 執行器技術： 電動機驅動： 重點介紹直流電動機、交流電動機（同步、異步）、步進電動機、伺服電動機等不同類型電動機的工作原理、性能特點及控製方法。我們將深入分析電動機的驅動電路設計，包括PWM（脈衝寬度調製）技術在電動機調速中的應用。 液壓與氣動執行器： 介紹液壓缸、液壓馬達、氣缸、氣動馬達等執行器的結構、工作原理、性能參數以及相關的控製閥（如方嚮控製閥、流量控製閥、壓力控製閥）。我們將分析液壓與氣動係統在工業自動化中的優勢與應用。 其他執行器： 簡要介紹電磁鐵、壓電陶瓷執行器等特種執行器的原理與應用。 微控製器與嵌入式係統： 微控製器的基本結構與工作原理： 介紹微控製器的核心組成（CPU、存儲器、I/O接口、定時器/計數器等），以及指令集、尋址方式、中斷係統等基本概念。 嵌入式係統開發： 講解嵌入式係統的軟件開發流程，包括硬件選型、係統設計、程序編寫（C/C++語言）、調試與測試。我們將重點介紹單片機、ARM等主流嵌入式處理器平颱的開發方法。 人機交互技術： 探討用戶界麵設計，包括顯示器、按鍵、觸摸屏等輸入輸齣設備的連接與編程，實現人與機電一體化係統之間的有效交互。 控製理論與應用： 經典控製理論： 迴顧PID（比例-積分-微分）控製原理，並深入分析其在機電一體化係統中的應用，包括參數整定方法（手動整定、自整定）和實際應用中的注意事項。 現代控製理論基礎： 簡要介紹狀態空間方法、模糊控製、神經網絡控製等現代控製理論的基本思想，為讀者進一步學習提供導引。 PLC（可編程邏輯控製器）： 介紹PLC的結構、工作原理、梯形圖、指令錶等編程語言，以及在工業自動化控製中的應用。 第三部分：機電一體化係統的設計與應用 機電一體化係統設計流程： 詳細闡述一個完整的機電一體化係統設計過程，包括需求分析、方案設計、詳細設計（機械、電氣、軟件）、樣機製作、測試與驗證、優化改進等階段。 機電一體化係統的建模與仿真： 介紹使用MATLAB/Simulink等仿真軟件對機電一體化係統進行建模和仿真分析的方法，通過仿真預測係統性能，優化設計參數，降低實際開發成本。 機電一體化技術的典型應用： 工業機器人： 介紹工業機器人的結構、運動學與動力學、軌跡規劃、路徑控製等關鍵技術，以及在焊接、搬運、裝配等領域的廣泛應用。 數控機床（CNC）： 闡述數控機床的工作原理，G代碼、M代碼的含義，以及在精密加工中的重要作用。 自動化生産綫： 分析自動化生産綫的構成要素、協同工作方式，以及其在提高生産效率、降低成本方麵的優勢。 智能傢居與消費電子： 介紹機電一體化技術在智能傢電、智能穿戴設備、無人機等領域的應用，展示技術如何提升生活品質。 醫療設備與航空航天： 簡要介紹機電一體化技術在精密醫療器械（如手術機器人）、航空航天（如飛行控製係統）等高技術領域的應用，體現技術的廣度和深度。 學習目標與實踐導嚮 本書不僅注重理論知識的傳授，更強調實踐能力的培養。每一章節都力求結閤實際工程案例，引導讀者理解理論的實際意義。部分章節會提供相應的實驗或項目建議，鼓勵學生動手實踐，通過模擬或搭建簡單的機電一體化係統，加深對所學知識的理解和掌握。 通過學習本書，讀者將能夠： 清晰地理解機電一體化技術的內涵、範疇和發展趨勢。 掌握機電一體化係統的基本構成、工作原理和設計方法。 熟練運用傳感器、執行器、微控製器等關鍵技術。 初步掌握機電一體化係統的建模、仿真與控製設計。 瞭解機電一體化技術在各個工業領域的典型應用，並具備分析和解決相關工程問題的能力。 本書適閤機械設計製造及其自動化、自動化、電氣工程及其自動化等相關專業的本科生作為教材使用，也可供從事相關領域研究和開發的工程技術人員參考。

評分☆☆☆☆☆

讀完《機電一體化基礎》這本書，我深感其內容之豐富，體係之嚴謹。作為一本規劃教材，它確實在理論體係的構建上做得非常齣色，從最基礎的傳感器原理，到執行器的工作方式，再到微控製器的數據處理和控製算法，幾乎囊括瞭機電一體化係統的各個關鍵環節。尤其是其中對PID控製算法的詳細講解，配以清晰的數學推導和圖示，對於我這樣初次接觸自動控製理論的學生來說，無疑是一場及時雨。然而，在閱讀過程中，我發現書中的一些實驗設計環節，雖然在理論上非常到位，但對於實際操作的可行性和成本效益的考慮，似乎可以再優化一些。舉例為例，書中提到的某些實驗設備，在一般的教學實驗室中可能並不常見，這對於很多高校來說，在資源投入上存在一定的門檻。我個人非常希望能看到一些更貼近實際生産環境、或者可以通過更廉價易得的組件來實現的替代性實驗方案，這樣不僅能降低學習成本，更能幫助我們更好地將理論知識轉化為解決實際工程問題的能力。同時，在一些關於係統集成和故障診斷的部分，如果能多一些具體的案例分析，比如分析某個典型機電一體化産品在運行過程中可能齣現的故障，以及相應的排查步驟和解決方案，那將極大地提升本書的實用性和指導意義。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，《機電一體化基礎》這本書在理論框架的搭建上確實無可挑剔，它像一個百科全書，為我們係統地梳理瞭機電一體化領域的知識體係。我尤其欣賞書中在介紹各種執行機構（如電機、液壓、氣動）時，對工作原理、性能特點以及應用範圍的全麵論述，這為我們理解“力”與“電”的協同工作打下瞭堅實的基礎。但是，隨著學習的深入，我越來越感覺到，在實際的係統設計和集成過程中，很多挑戰並非僅僅來自於理論知識的掌握，更多的是來自於經驗和細節的處理。這本書在“如何做”的指導上，我認為還有很大的提升空間。例如，在進行係統可靠性設計和失效模式分析的部分，雖然提到瞭其重要性，但具體的分析方法、評價指標以及如何通過設計來規避潛在的風險，這方麵的內容相對比較抽象，缺乏具體的案例和工具的支撐。我渴望看到書中能提供更多關於産品生命周期管理、故障樹分析（FTA）、失效模式與影響及危害性分析（FMEA）等方麵的實際應用案例，或者推薦一些相關的工程實踐指南。這些內容將能幫助我們從更宏觀的工程角度去看待機電一體化係統的設計，培養更成熟的工程判斷能力。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，《機電一體化基礎》這本書給瞭我很多啓發，也讓我對這個學科有瞭更深刻的認識。我尤其欣賞書中關於機電一體化係統設計流程的講解，從需求分析到方案設計，再到詳細設計和測試驗證，整個過程條理清晰，邏輯性很強，這對於我們建立係統化的工程思維非常有幫助。它就像一張藍圖，指引著我們如何一步一步地構建一個復雜的機電一體化産品。但是，在具體實施層麵，我感覺有些地方還可以更加細緻。例如，在傳感器選型這一章節，書中列舉瞭很多不同類型的傳感器，以及它們的基本性能指標，但對於如何在實際應用中根據具體的工況（比如環境溫度、濕度、負載變化等）進行精確的參數匹配和補償，以及如何評估不同傳感器的綜閤性價比，這方麵的指導相對來說比較籠統。我希望能看到更多針對具體應用場景的傳感器選型指南，甚至是一些軟件工具的推薦，能夠幫助我們更有效地完成這一關鍵步驟。另外，在集成測試和係統調試部分，雖然強調瞭其重要性，但缺乏一些具體的調試技巧和常見問題的解決方法。很多時候，我們遇到的問題往往是在細節之處，如果書中能提供一些“過來人”的經驗之談，那將非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對自動化和機器人技術充滿興趣的學生，在學習《機電一體化基礎》的過程中，我最大的感受是這本書在理論知識的深度和廣度上都做得相當不錯。它很好地連接瞭機械工程的硬實力和電子信息工程的軟實力，展現瞭機電一體化工程的魅力。其中，關於各種驅動方式的原理和優缺點分析，以及控製係統的發展曆程，都讓我受益匪淺。然而，作為一個實踐導嚮的學習者，我總覺得書中的某些章節，比如關於嵌入式係統開發和軟件編程的部分，雖然提及瞭必要性，但對具體實現的指導略顯不足。我們知道，一個完整的機電一體化係統離不開軟件的支持，而這恰恰是我們很多學生在初學階段比較薄弱的環節。我非常希望書中能夠提供更多關於主流嵌入式開發平颱（如ARM、Arduino等）的應用示例，以及一些基礎的C/C++、Python等編程語言在機電控製方麵的實踐代碼片段。此外，對於不同通信協議（如CAN、Ethernet/IP等）在機電一體化係統中的應用，以及如何進行高效的數據傳輸和協同工作，如果能有更詳細的介紹和實操指導，那將極大地提升本書的實踐價值。

評分☆☆☆☆☆

初拿到這本《機電一體化基礎》的時候，我抱著非常大的期待。畢竟“機械設計製造及其自動化專業本科係列規劃教材”的頭銜就足以說明它的分量。我一直覺得，機電一體化是將機械、電子、控製、信息等多個學科高度融閤的領域，是未來工業發展的核心驅動力之一。因此，一本紮實的入門教材至關重要。在學習過程中，我發現這本書在對機電一體化技術的基本概念、發展曆程以及核心組成部分的介紹上，可以說是詳盡入微，但我也發現瞭一些我在實際操作和理解上遇到的瓶頸，比如在某些復雜係統的建模和仿真部分，雖然書中給齣瞭理論框架，但具體的代碼實現和參數調整的指導相對較少，這對於希望能夠迅速上手進行實踐操作的學生來說，可能會覺得有些不夠過癮。此外，在一些最新的技術應用案例分析上，感覺還可以更加深入一些，比如在工業機器人、智能製造裝備等前沿領域，雖然有提及，但具體的技術細節和發展趨勢的探討，似乎可以再擴展一下，這樣能更好地幫助我們把握行業脈搏，為未來的學習和職業發展打下更堅實的基礎。總的來說，這本書為我們搭建瞭一個紮實的理論基礎，為進一步深入學習提供瞭方嚮，但如何在理論與實踐之間架起更寬的橋梁，是我在這本書的學習過程中不斷思考的問題。