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第1章 机电控制系统的基本概念1

1.1 自动控制系统1

1.1.1 控制的基本概念1

1.1.2 机械与控制1

1.1.3 工业生产过程自动化2

1.1.4 自动控制系统术语3

1.2 机电控制系统4

1.2.1 机电控制系统的发展概况4

1.2.2 机电控制系统的一般构成5

1.3 控制系统的分类6

1.3.1 按控制类型分类6

1.3.2 按给定量的运动规律分类8

1.3.3 按元件特性分类9

1.3.4 按控制元件的物理性能分类9

1.3.5 按信号作用特点分类9

1.3.6 按自动控制系统的功能分类10

1.4 对机电控制系统的基本要求10

本章小结11

习题与思考题12

第2章 机电控制系统的分析方法13

2.1 控制系统的数学模型13

2.1.1 数学模型的概念13

2.1.2 系统微分方程的建立14

2.1.3 系统微分方程式的列写举例16

2.2 系统分析17

2.2.1 线性系统的稳定性分析17

2.2.2 系统的时域分析18

2.2.3 稳态误差分析19

本章小结19

习题与思考题19

第3章 自动控制的基本规律和调节器20

3.1 双位控制20

3.1.1 双位控制规律及其特点20

3.1.2 实际的双位控制21

3.1.3 双位控制应用实例22

3.2 比例控制22

3.2.1 比例控制规律及其特点23

3.2.2 比例控制输出特性23

3.2.3 比例度及其对控制过程的影响23

3.2.4 比例控制应用实例25

3.3 积分控制25

3.3.1 积分控制规律及其特点25

3.3.2 积分控制输出特性26

3.4 比例积分控制26

3.4.1 比例积分控制规律及其特点26

3.4.2 比例积分控制输出特性27

3.5 微分控制27

3.5.1 微分控制规律及其特点27

3.5.2 微分控制输出特性28

3.6 比例积分微分控制28

3.6.1 比例积分微分控制规律28

3.6.2 比例积分微分控制输出特性29

本章小结29

习题与思考题30

第4章 单回路控制系统31

4.1 单回路控制系统的设计31

4.1.1 被控参数的选择31

4.1.2 控制参数的选择32

4.1.3 控制规律的选择32

4.1.4 执行器（调节阀）的选择34

4.1.5 调节器作用方向的选择34

4.1.6 单回路控制系统的设计实例35

4.2 单回路控制系统的投运及调节器参数的整定36

4.2.1 单回路控制系统的投运36

4.2.2 单回路控制系统调节器参数的整定37

本章小结40

习题与思考题40

第5章 检测器与传感器41

5.1 概述41

5.1.1 检测的概念41

5.1.2 传感器的定义和组成41

5.1.3 传感器的分类41

5.1.4 传感器的基本特性42

5.1.5 传感器的发展44

5.2 参量传感器44

5.2.1 电阻式传感器44

5.2.2 电感式传感器46

5.2.3 电容式传感器49

5.3 发电传感器52

5.3.1 压电式传感器52

5.3.2 热电式传感器54

5.3.3 磁电式传感器57

5.4 光电式传感器58

5.4.1 光电效应58

5.4.2 光电管59

5.4.3 光电倍增管59

5.4.4 光敏电阻60

5.4.5 光敏晶体管60

5.4.6 光电式传感器应用61

5.5 数字传感器62

5.5.1 光栅传感器62

5.5.2 感应同步器64

5.6 现代新型传感器65

5.6.1 光纤传感器65

5.6.2 气敏传感器66

5.6.3 湿敏传感器66

5.6.4 超声波传感器67

5.6.5 红外探测器67

5.6.6 仿生传感器68

5.7 传感器信号的处理69

5.7.1 信号处理及原因69

5.7.2 信号处理的方式69

5.8 自动检测技术的应用70

5.8.1 磁感应传感器在自动检测中的应用70

5.8.2 光电传感器在自动检测中的应用71

5.8.3 电感式传感器在自动检测中的应用72

5.8.4 电容式传感器在自动检测中的应用72

本章小结73

习题与思考题74

第6章 单片微型计算机简介75

6.1 单片机的基本结构和工作原理75

6.1.1 MCS-51单片机的基本结构75

6.1.2 MCS-51单片机引脚定义及功能76

6.1.3 MCS-51单片机外部总线的结构78

6.1.4 MCS-51单片机存储器的结构78

6.1.5 MCS-51单片机时钟电路与复位方式82

6.2 单片机的指令系统83

6.2.1 指令格式83

6.2.2 指令助记符常用符号的意义83

6.2.3 寻址方式83

6.2.4 指令系统85

6.3 单片机的内部功能部件及应用94

6.3.1 MCS-51单片机中断系统94

6.3.2 MCS-51单片机定时器／计数器98

6.3.3 MCS-51单片机串行接口102

6.4 单片机系统的扩展106

6.4.1 系统扩展概述106

6.4.2 程序存储器的扩展108

6.4.3 数据存储器的扩展110

6.4.4 并行I/O接口的扩展111

6.5 VHDL概述114

6.5.1 VHDL语言的产生114

6.5.2 VHDL语言的种类115

6.5.3 VHDL的特点115

本章小结116

习题与思考题117

第7章 微型计算机工业控制系统119

7.1 微型计算机工业控制系统的发展概况119

7.1.1 发展概况119

7.1.2 发展趋势120

7.2 微型计算机工业控制系统的组成120

7.2.1 微型计算机工业控制系统的概念120

7.2.2 微型计算机控制系统的组成121

7.3 微型计算机工业控制系统的分类122

7.3.1 数据采集与检测系统123

7.3.2 直接数字控制系统123

7.3.3 计算机监督控制系统123

7.3.4 集散控制系统124

7.3.5 现场总线控制系统125

7.4 微机控制系统应用举例126

7.4.1 控制系统的控制要求126

7.4.2 控制系统的硬件系统126

7.4.3 控制系统的软件系统127

7.5 数字PID的实现128

7.5.1 PID算法的数字化129

7.5.2 位置式PID的控制算式129

7.5.3 增量式PID的控制算式130

7.5.4 PID算法程序设计131

7.6 PID算法的几种发展131

7.6.1 遇限削弱积分的PID算法132

7.6.2 积分分离的PID算法133

7.6.3 变速积分的PID算法133

7.6.4 带死区的PID算法134

7.7 PID参数的整定134

7.7.1 PID控制器参数对系统性能的影响134

7.7.2 采样周期的选择135

7.7.3 控制规律的选择136

7.7.4 凑试法确定PID调节参数136

7.7.5 优选法确定PID调节参数137

本章小结138

习题和思考题138

第8章 电动机控制技术139

8.1 直流电动机控制技术139

8.1.1 直流电机的结构139

8.1.2 直流电机的工作原理141

8.1.3 直流电机的分类143

8.1.4 直流电动机的启动144

8.1.5 直流电动机的制动146

8.1.6 直流电动机的调速146

8.1.7 直流电动机的反转147

8.2 交流电动机控制技术147

8.2.1 交流电机的分类147

8.2.2 三相异步电动机的结构148

8.2.3 三相异步电动机的工作原理149

8.2.4 三相异步电动机的启动151

8.2.5 三相异步电动机的调速153

8.2.6 三相异步电动机的反转154

8.2.7 三相异步电动机的制动154

8.3 步进电动机控制技术155

8.3.1 步进电动机的分类155

8.3.2 步进电动机的特点156

8.3.3 反应式步进电动机的结构156

8.3.4 反应式步进电动机工作原理157

8.3.5 步进电动机步距角与转速159

8.3.6 步进电机的驱动电源159

8.4 伺服电机的控制技术160

8.4.1 伺服电机的基本要求160

8.4.2 直流伺服电动机160

8.4.3 交流伺服电动机162

本章小结164

习题与思考题164

第9章 变频调速技术及应用165

9.1 概述165

9.1.1 变频技术165

9.1.2 变频调速的优点165

9.1.3 变频器的构成168

9.2 变频器的分类170

9.2.1 按脉冲调制方式分类171

9.2.2 按工作原理分类172

9.2.3 按用途分类173

9.2.4 按变换环节分类174

9.2.5 按直流环节的储能方式分类175

9.2.6 按输入电源相数分类175

9.2.7 按变频器的供电电压的高低分类175

9.3 变频器的选择175

9.3.1 根据使用变频器的用途、目的，选择不同类型的变频器176

9.3.2 根据使用电压选择变频器176

9.3.3 根据驱动电动机的容量和数量来选择变频器176

9.4 变频技术的应用177

本章小结179

习题与思考题179

第10章 自动机与自动生产线180

10.1 自动机械概述180

10.1.1 自动制造系统定义180

10.1.2 制造自动化的意义180

10.1.3 制造自动化的优点181

10.1.4 自动机械的特点183

10.1.5 自动机与自动线的特点和分类186

10.1.6 自动机与自动线的组成及选择187

10.1.7 自动线的组成方式189

10.2 自动机与自动生产线的控制系统190

10.2.1 概述190

10.2.2 可编程序控制装置191

10.2.3 PLC控制与其他控制方式的比较196

10.3 自动机与自动生产线应用举例197

10.3.1 FESTO MPS模块化生产加工系统197

10.3.2 广州造纸厂PM8包装机201

本章小结206

习题与思考题207

第11章 工业机器人控制系统208

11.1 工业机器人控制系统的组成和分类208

11.1.1 工业机器人作业特点208

11.1.2 工业机器人的特点208

11.1.3 工业机器人的组成209

11.1.4 工业机器人的分类211

11.1.5 工业机器人技术参数214

11.1.6 工业机器人的控制系统216

11.2 工业机器人应用实例218

本章小结224

习题与思考题224

第12章 机床数控技术225

12.1 数控机床概述225

12.1.1 数控机床的构成225

12.1.2 数控机床的工作原理228

12.1.3 数控机床的分类229

12.2 开环数值控制及插补232

12.2.1 开环系统数值控制原理232

12.2.2 加工轮廓插补原理233

12.2.3 基准脉冲插补234

12.3 常用机床数控系统简介236

12.3.1 FANUC公司数控装置概述236

12.3.2 SIEMENS数控系统概述238

12.3.3 华中数控HNC数控系统概述239

12.3.4 广州数控GSK数控系统概述241

本章小结242

习题与思考题243

参考文献244