機電一體化是微電子技術向機械工業滲透過程中逐漸形成并發展起來的一門新興的綜合性技術學科，并正日益得到普遍重視和廣泛應用，已成為現代工業化生產和經濟發展中不可或缺的一項高新技術。機電一體化技術的應用而生產出來的機電一體化產品已遍及人們日常生活和國民經濟的各個領域。為了在當今國際范圍內激烈的技術、經濟競爭中占據優勢，世界各國紛紛將機電一體化的研究和發展作為一項重要內容而列入本國的發展計劃。該教材和課程能夠使學生了解和掌握機電一體化的知識體系以及機電一體化設計的理論和方法，從而能夠靈活地綜合運用共性關鍵基礎知識進行機電一體化產品的分析、設計與開發，達到知識結構、能力的機電一體化。
《機電一體化技術》一書以機電一體化共性關鍵技術為基礎，圍繞各種技術的融合與綜合應用撰寫知識體系，使讀者了解和掌握機電一體化的實質、理論和基本方法，從而能夠綜合運用共性關鍵技術進行機電一體化產品乃至系統的分析、設計與開發。
作為規范教材，我們在編寫過程中著重考慮了以下幾點：一是著重體現機電一體化領域中多學科的融合與交叉，避免相關知識的簡單堆砌；二是在保證教材內容豐富的同時，突出側重點，幫助讀者有針對性地閱讀與學習；三是注重讀者動手能力的培養，從不同的層面和角度介紹、講解了大量的技術示例和工程實例，鍛煉與培養其實踐能力；四是強調機電一體化的技術體系認知、機電一體化思維以及知識結構和相關能力的同步發展。
本書以機電一體化共性關鍵技術為基本框架，結合教材宜學宜教的一般結構體系設置了總論、精密機械技術、電子技術應用基礎、傳感與檢測技術、計算機控制基礎、伺服控制、接口技術、系統總體設計和應用實例9章，力求系統和全面地表述機電一體化技術精髓與工程實踐。
機電一體化是微電子技術向機械工業滲透過程中逐漸形成并發展起來的一門新興的綜合性技術學科，正日益得到普遍重視和廣泛應用，已成為現代工業化生產和經濟發展中不可或缺的一項高新技術。機電一體化技術系統理論的形成最早起源于20世紀60年代，經過幾十年的發展，已經由早期的機械產品與電子技術的簡單組合過渡至高度融合且智能化的階段。機電一體化將機械、電工、電子、信息處理、伺服驅動、傳感檢測、自動控制等技術進行有機結合，用系統的觀點在工程的構思、規劃、設計等方面優化組織“物質、能量、信息”現代工業三要素，從而制造出具有多種集成功能、高性能、高可靠性并在市場中具有競爭力的產品。目前機電一體化產品已遍及人們日常生活和國民經濟的各個領域。
隨著科學技術的發展，機電一體化產品的概念不再局限于某一具體產品的范圍，已擴大到控制系統和被控制系統相結合的產品制造和過程控制。為了在當今國際范圍內激烈的技術、經濟競爭中占據優勢，世界各國紛紛將機電一體化的研究和發展作為一項重要內容而列入本國的發展計劃，而我國也正處于由“制造大國”向“制造強國”的轉變過程中，需要能夠掌握核心與關鍵技術的人才進行自主創新，增強核心競爭力。目前，我國很多高校和高職高專院校在機械工程類專業中設立了機電一體化技術方向；企業及研究院所也有相當多的工程技術人員從事機電一體化技術方面的研究與開發工作。
本書以機電一體化共性關鍵技術為基礎，圍繞各種技術的融合與綜合應用撰寫知識體系，使讀者了解和掌握機電一體化的實質、理論和基本方法，從而能夠綜合運用共性關鍵技術進行機電一體化產品乃至系統的分析、設計與開發。
作為規范教材，我們在編寫過程中著重考慮了以下幾點：一是著重體現機電一體化領域中多學科的融合與交叉，避免相關知識的簡單堆砌；二是在保證教材內容豐富的同時，突出側重點，幫助讀者有針對性地閱讀與學習；三是注重讀者動手能力的培養，從不同的層面和角度介紹、講解了大量的技術示例和工程實例，鍛煉與培養其實踐能力；四是強調機電一體化的技術體系認知、機電一體化思維以及知識結構和相關能力的同步發展。
前言
第1章總論1
1.1機電一體化的基本概念1
1.1.1機電一體化的定義1
1.1.2機電一體化產品的分類2
1.1.3機電一體化的技術特點3
1.2機電一體化的發展歷程4
1.2.1理論形成階段4
1.2.2技術現狀5
1.2.3發展趨勢9
1.3機電一體化系統要素與組成10
1.4機電一體化共性關鍵技術12
1.5機電一體化技術的運用流程14
1.5.1可行性研究14
1.5.2技術設計15
1.5.3試驗運行15
思考題18
第2章精密機械技術19
2.1概述19
2.2傳動機構19
2.2.1傳動機構的性能要求19
2.2.2絲杠螺母傳動20
2.2.3齒輪傳動24
2.2.4撓性傳動29
2.2.5間歇傳動30
2.3導向機構31
2.3.1導向機構的性能要求與分類31
2.3.2滾動直線導軌32
2.3.3塑料導軌34
2.3.4流體靜壓導軌35
2.4執行機構36
2.4.1執行機構的基本要求36
2.4.2電磁執行機構36
2.4.3微動執行機構38
2.4.4工業機械手末端執行器40
2.5軸系42
2.5.1軸系的性能要求與分類42
2.5.2滾動軸承43
2.5.3流體靜壓軸承44
2.5.4磁懸浮軸承45
2.6機座和機架46
2.7機構簡圖的繪制47
思考題48
機電一體化技術目錄第3章電子技術應用基礎49
3.1集成運算放大器49
3.1.1基本知識49
3.1.2信號運算52
3.1.3信號處理57
3.2直流穩壓電源62
3.2.1工作原理63
3.2.2串聯型穩壓電路64
3.2.3輔助電源電路65
3.2.4串聯型穩壓電路的保護電路66
3.3組合邏輯電路67
3.3.1組合邏輯電路的分析與設計67
3.3.2編碼器69
3.3.3譯碼器71
3.3.4加法器73
3.4時序邏輯電路75
3.4.1時序邏輯電路的分析77
3.4.2時序邏輯電路的設計81
3.4.3移位寄存器90
思考題93
第4章傳感與檢測技術95
4.1概述95
4.2傳感器分類及特性96
4.2.1傳感器的定義及作用96
4.2.2傳感器的構成與分類96
4.2.3傳感器的靜態特性98
4.2.4傳感器的動態特性99
4.3常用傳感器與傳感元件100
4.3.1位移傳感器100
4.3.2力傳感器105
4.3.3速度和加速度傳感器107
4.3.4其他工程量檢測108
4.3.5其他重要傳感元件110
4.3.6傳感器的選用原則111
4.4信號預處理112
4.4.1信號放大112
4.4.2調制與解調114
4.4.3濾波115
4.4.4信號的采樣與保持118
4.5傳感器的非線性補償119
4.5.1計算法119
4.5.2查表法119
4.5.3插值法119
思考題120
第5章計算機控制基礎121
5.1概述121
5.1.1計算機控制系統的組成121
5.1.2計算機控制系統的特點122
5.1.3計算機控制系統的分類123
5.1.4計算機控制系統的發展126
5.2被控對象數學模型128
5.2.1機械移動系統128
5.2.2機械轉動系統131
5.2.3電路網絡133
5.2.4機械系統與電系統的模型相似138
5.3單片機143
5.3.1單片機基本知識144
5.3.2MCS51系列單片機硬件和原理145
5.3.3C51語言的編程基礎152
5.3.4單片機應用系統開發的基本方法177
5.4可編程序控制器（PLC）185
5.4.1PLC的硬件系統組成186
5.4.2PLC的輸入/輸出模塊187
5.4.3PLC的編程語言189
5.4.4PLC的基本指令190
5.4.5狀態轉移圖及編程方法194
思考題202
第6章伺服控制205
6.1概述205
6.1.1伺服控制的基本概念205
6.1.2伺服系統的分類206
6.1.3伺服系統的總體要求208
6.2執行元件209
6.2.1執行元件的分類209
6.2.2電氣式執行元件211
6.3控制與驅動225
6.3.1步進電動機的控制驅動225
6.3.2直流伺服電動機的控制驅動231
6.3.3交流伺服電動機的控制驅動235
6.4技術示例238
6.4.1天線控制系統的構成238
6.4.2組成環節的單元239
6.4.3系統的數學模型239
6.4.4方框圖和傳遞函數240
6.4.5控制指標241
6.4.6速度控制系統的設計242
6.4.7天線位置控制系統的設計244
思考題250
第7章接口技術251
7.1概述251
7.2地址譯碼器與CPU接口252
7.2.1地址譯碼器的結構和工作原理252
7.2.2輸出接口254
7.2.3輸入接口255
7.3人機接口255
7.3.1人機接口的特點255
7.3.2人機輸入接口設計255
7.3.3人機交互輸出設備工作原理及接口設計258
7.3.4輸出接口電路示例260
7.4機電接口263
7.4.1機電接口類型及特點263
7.4.2D/A轉換264
7.4.3A/D轉換268
7.4.4功率接口277
7.5總線接口283
7.5.1串行通信283
7.5.2串行通信標準總線285
思考題288
第8章系統總體設計290
8.1總體設計的概念及內容290
8.1.1總體設計的概念290
8.1.2總體設計的主要內容290
8.2性能指標與優化方法295
8.2.1產品的使用要求295
8.2.2系統的性能指標297
8.2.3系統的優化指標298
8.2.4系統優化方法301
8.3產品結構優化設計301
8.3.1結構方案的確定302
8.3.2優化指標的處理304
8.3.3精度指標分配305
8.3.4功能指標分配307
8.3.5優化設計示例310
8.4系統干擾與抑制312
8.4.1干擾源313
8.4.2電源抗干擾設計314
8.4.3地線干擾抑制315
8.4.4屏蔽技術318
8.4.5感性負載瞬態噪聲抑制及觸點保護318
8.4.6軟件抗干擾320
思考題321
第9章應用實例323
9.1工業機器人323
9.1.1工業機器人的發展歷程323
9.1.2技術特點與性能要素324
9.1.3工業機器人的組成325
9.1.4機械本體常見構型326
9.1.5控制系統328
9.1.6工業機器人的應用330
9.1.7技術示例332
9.2數控機床335
9.2.1概述335
9.2.2數控機床的構成336
9.2.3應用及分類338
9.2.4加工中心（MC）339
9.2.5電火花數控機床343
9.3微機電系統346
9.3.1概述346
9.3.2MEMS基礎研究內容347
9.3.3MEMS的基本組成349
9.3.4微機電系統熱點應用349
9.3.5工程示例351
9.4智能農業裝備356
9.4.1智能施藥機器人356
9.4.2田間鋤草機器人357
9.4.3果蔬采摘機器人358
9.4.4技術示例360
思考題364
參考文獻365
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