本教材除了包含電氣系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)，可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，單片機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容外，還包括國(guó)際工業(yè)界新的PCC控制技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT,Powerlink技術(shù)；機(jī)器人定位系統(tǒng)；TMS320LF2812DSP的軟硬件設(shè)計(jì)；ARM和FGPA的機(jī)電控制設(shè)計(jì)；國(guó)際新的XilinxZynq技術(shù)；履帶檢測(cè)機(jī)器人的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搬運(yùn)機(jī)械手的閉環(huán)系統(tǒng)與硬件設(shè)計(jì)等重要新技術(shù)內(nèi)容。
隨著勞動(dòng)力成本的提高，機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)成為我國(guó)最具發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)之一。與該行業(yè)相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)政策越來(lái)越多，例如國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的高端裝備制造“機(jī)器換人”政策等。國(guó)家每年都有相關(guān)的基金支持這方面的科學(xué)研究工作，例如863計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等。《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》和“中國(guó)制造2025”描繪了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展藍(lán)圖，因此迫切需要這方面的教材，以培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)人才。
在“NSFC-廣東聯(lián)合基金（U1401240）”的支持下，結(jié)合廣大讀者對(duì)機(jī)電控制技術(shù)的需求，作者在多年教學(xué)科研工作的基礎(chǔ)上編著了本書(shū)。《機(jī)電控制技術(shù)導(dǎo)論》面向機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，是機(jī)械電子行業(yè)培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的參考書(shū)。
本書(shū)涵蓋了國(guó)際工業(yè)界最新的PCC（Programmable Computer Controller，即可編程計(jì)算機(jī)控制器）控制技術(shù)；涵蓋了工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK、EtherCAT等實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；給出了機(jī)器人定位系統(tǒng)實(shí)例；給出了TMS320LF2812 DSP的軟硬件設(shè)計(jì)方法和實(shí)例；介紹了ARM和FGPA的機(jī)電控制設(shè)計(jì)方法和實(shí)例；介紹了國(guó)際最新的Xilinx Zynq嵌入式SoC設(shè)計(jì)工具，介紹了Zynq開(kāi)發(fā)套件；結(jié)合作者的研究背景，編著了履帶式移動(dòng)機(jī)器人、麥克納姆輪全方位移動(dòng)平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例等。
本書(shū)可作為機(jī)電工程學(xué)院、電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院或能源科學(xué)與工程學(xué)院的機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)專(zhuān)科生、本科生或研究生的教材（包括機(jī)械工程大平臺(tái)和動(dòng)力工程大平臺(tái)下的所有專(zhuān)業(yè)的本科生），例如針對(duì)上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院來(lái)說(shuō)，具體的課程包括：“單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”“機(jī)械電子學(xué)”
等。本書(shū)的編寫(xiě)深入淺出，用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言把復(fù)雜的問(wèn)題闡述清楚，以適合研究生、本科生、專(zhuān)科生等不同層次的讀者。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)人才短缺，而《機(jī)電控制技術(shù)導(dǎo)論》恰恰是機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)的重要教材之一，幾乎全國(guó)所有的大專(zhuān)院校都有這方面的需求。除了專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)外，本書(shū)每章還有部分習(xí)題，用于鞏固學(xué)習(xí)的知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。教材加入了許多現(xiàn)代機(jī)電控制知識(shí)，一定也會(huì)得到行業(yè)內(nèi)廣大讀者群的關(guān)注。
付莊撰寫(xiě)了第1、3、4、5、6、10章，付莊、張波共同撰寫(xiě)了第2、7、8章，付莊、貢亮共同撰寫(xiě)了第9章，實(shí)驗(yàn)室的研究生對(duì)本書(shū)的部分章節(jié)進(jìn)行了整理和校對(duì)工作，在此表示真摯的感謝。在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中，參考了眾多專(zhuān)家學(xué)者的專(zhuān)著或論文，特別是引用了王顯正、黎明柱、劉利等老師編寫(xiě)的《機(jī)電控制技術(shù)》教材的部分內(nèi)容，對(duì)本書(shū)的成稿起了非常重要的作用，在此對(duì)這些專(zhuān)家學(xué)者和老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。感謝唐靜君等老師在課程實(shí)驗(yàn)上給予的貢獻(xiàn)，對(duì)于其他所有相關(guān)的老師在此一并表示衷心的感謝。
由于水平有限，本書(shū)難免會(huì)有錯(cuò)誤或不足之處，衷心希望廣大讀者能將問(wèn)題及時(shí)反饋給我們，我們將在后續(xù)的版本中進(jìn)行改進(jìn)和完善。
編著者
前 言
第1 章 緒論 1
1.1 背景簡(jiǎn)介 1
1.2 什么是機(jī)電控制技術(shù) 2
1.3 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 4
1.4 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 5
1.5 機(jī)電系統(tǒng)所涵蓋的技術(shù) 5
1.6 本書(shū)目的 6
1.7 本章小結(jié) 7
參考文獻(xiàn) 7
習(xí)題 7
第2 章 繼電器接觸器電路 8
2.1 常用低壓電器 8
2.1.1 開(kāi)關(guān)保護(hù)電器 8
2.1.2 主令電器 9
2.2 電氣原理圖的繪制 18
2.2.1 電氣控制系統(tǒng)圖中的圖形符號(hào)和文字符號(hào) 18
2.2.2 電氣原理圖 19
2.2.3 電氣元件布置圖 20
2.2.4 電氣安裝接線圖 21
2.3 繼電器接觸器基本控制電路 22
2.3.1 起動(dòng)、自鎖與停止控制電路 22
2.3.2 連續(xù)工作與點(diǎn)動(dòng)控制 22
2.3.3 多點(diǎn)控制 23
2.3.4 聯(lián)鎖控制 23
2.3.5 順序起動(dòng)控制 24
2.4 異步電動(dòng)機(jī)的控制 25
2.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 25
2.4.2 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路 25
2.4.3 異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路 27
2.4.4 異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電路 29
2.4.5 雙速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制 31
2.5 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 33
2.5.1 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 33
2.5.2 同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 36
2.6 繼電器接觸器控制電路的設(shè)計(jì) 38
2.6.1 設(shè)計(jì)方法和步驟 38
2.6.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 38
2.6.3 電氣原理圖設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 39
2.6.4 設(shè)計(jì)舉例 40
2.7 本章小結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 40
習(xí)題 41
第3 章 可編程序控制器 43
3.1 PLC 簡(jiǎn)介 43
3.2 PLC 的結(jié)構(gòu)和工作原理 43
3.2.1 基本結(jié)構(gòu) 43
3.2.2 各組成部分的功能 44
3.2.3 可編程序控制器的基本工作原理 49
3.2.4 可編程序控制器的分類(lèi) 52
3.2.5 PLC 與繼電器接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)的區(qū)別 53
3.2.6 可編程序控制器FX與S7-200 概述 54
3.3 FX系列編程元件及基本編程語(yǔ)言 54
3.3.1 F 系列PLC 中常用的編程器件與編程語(yǔ)言 54
3.3.2 基本邏輯指令 60
3.3.3 梯形圖繪制的基本規(guī)則 62
3.3.4 順序步進(jìn)指令和編程 63
3.3.5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 65
3.4 S7-200編程元件及基本編程指令 66
3.4.1 S7-200 的編程元件 66
3.4.2 S7-200 的基本編程指令 70
3.4.3 程序舉例 73
3.4.4 SIMATIC 工業(yè)軟件 77
3.5 LM系列PLC 78
3.5.1 LM系列PLC 概述 78
3.5.2 硬件擴(kuò)展 78
3.5.3 通信功能 78
3.5.4 編程軟件介紹 79
3.6 可編程計(jì)算機(jī)控制器 79
3.6.1 PCC特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì) 79
3.6.2 Automation Studio 編程軟件應(yīng)用實(shí)例 81
V I
3.7 PLC 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與通信 88
3.7.1 PROFIBUS-FMS 89
3.7.2 PROFIBUS-DP 89
3.7.3 PROFIBUS-PA 90
3.8 本章小結(jié) 90
參考文獻(xiàn) 90
習(xí)題 91
第4 章 計(jì)算機(jī)數(shù)字系統(tǒng) 93
4.1 數(shù)字編碼系統(tǒng) 93
4.1.1 數(shù)制與編碼 93
4.1.2 二進(jìn)制運(yùn)算 94
4.1.3 浮點(diǎn)數(shù) 96
4.1.4 格雷碼 97
4.2 布爾代數(shù) 97
4.3 觸發(fā)器 98
4.3.1 RS觸發(fā)器 98
4.3.2 D 觸發(fā)器 98
4.3.3 JK 觸發(fā)器 99
4.3.4 T 觸發(fā)器 99
4.4 寄存器 99
4.4.1 基本寄存器 100
4.4.2 移位寄存器 100
4.4.3 計(jì)數(shù)器 101
4.4.4 三態(tài)門(mén)（三態(tài)緩沖器） 102
4.5 常用數(shù)據(jù)鎖存/緩沖/驅(qū)動(dòng)器 102
4.5.1 鎖存器 103
4.5.2 同相三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動(dòng)器 104
4.5.3 8 總線接收/發(fā)送器 105
4.6 存儲(chǔ)器概述 105
4.6.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi) 106
4.6.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi) 106
4.6.3 存儲(chǔ)單元和存儲(chǔ)單元地址 107
4.6.4 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo) 108
4.6.5 存儲(chǔ)器的尋址原理 108
4.7 隔離與驅(qū)動(dòng) 109
4.7.1 數(shù)字隔離 109
4.7.2 繼電器驅(qū)動(dòng)控制110
4.8 本章小結(jié) 111
參考文獻(xiàn) 111
習(xí)題 112
第5 章 單片機(jī)原理及應(yīng)用 113
5.1 認(rèn)識(shí)單片機(jī) 113
5.1.1 什么是單片機(jī)113
5.1.2 MCS-51 單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)及引腳114
5.1.3 MCS-51 單片機(jī)的內(nèi)部硬件的主要功能117
5.2 MCS-51 單片機(jī)指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 120
5.2.1 MCS-51 單片機(jī)指令格式 121
5.2.2 MCS-51 單片機(jī)指令系統(tǒng) 123
5.2.3 單片機(jī)尋址方式 129
5.2.4 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)步驟 131
5.3 單片機(jī)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 133
5.3.1 C 語(yǔ)言與MCS-51 133
5.3.2 C51 的數(shù)據(jù)類(lèi)型 135
5.3.3 C51 的運(yùn)算符和表達(dá)式 135
5.3.4 C51 的程序結(jié)構(gòu) 138
5.3.5 函數(shù) 142
5.3.6 程序開(kāi)發(fā) 143
5.3.7 單片機(jī)C51 與匯編語(yǔ)言混合編程 144
5.3.8 PWM 與占空比 145
5.3.9 直流電動(dòng)機(jī)控制例程 146
5.4 數(shù)據(jù)通信 151
5.4.1 數(shù)據(jù)通信的概念 151
5.4.2 串行通信 151
5.4.3 并行通信 158
5.4.4 并行I/O 口的應(yīng)用舉例 160
5.5 中斷系統(tǒng) 161
5.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 164
5.6.1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu) 164
5.6.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式 165
5.6.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例 167
5.7 A.D轉(zhuǎn)換電路和D.A轉(zhuǎn)換電路 168
5.7.1 ADC0809 轉(zhuǎn)換芯片 169
5.7.2 ADC0809 應(yīng)用舉例 172
5.7.3 DAC0832 轉(zhuǎn)換芯片 174
5.7.4 DAC0832 應(yīng)用舉例 175
5.8 人機(jī)交互接口 177
5.8.1 鍵盤(pán)接口 177
5.8.2 顯示 181
V III
5.9 設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工具 183
5.9.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟 183
5.9.2 Keil C51 開(kāi)發(fā)工具軟件 184
5.10 本章小結(jié) 184
參考文獻(xiàn) 184
習(xí)題 185
第6 章 機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 187
6.1 單軸機(jī)器人定位系統(tǒng)實(shí)例描述 187
6.2 方案設(shè)計(jì) 187
6.2.1 絲杠及齒輪選型 187
6.2.2 轉(zhuǎn)速和功率估算 188
6.2.3 運(yùn)行總時(shí)間計(jì)算 1
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