本书是为高等职业院校机电类专业量身打造的一本专业核心课教材，由职业院校一线教师与企业工程师联合编写，内容紧贴行业发展实际。 本书共7章，内容包括绪论、自动控制理论和应用、传感与检测技术、伺服控制技术、液压与气动控制技术、机械传动系统及数字孪生技术。全书内容体系完整，结构清晰，注重理论与实践融合，全面覆盖机电一体化技术的核心知识与应用技能，内化“教、学、做”一体化教学理念。 本书适合高等职业院校机电一体化技术、电气自动化技术、工业机器人技术、智能控制技术及应用型本科相关专业学生使用，也可作为相关领域企业技术人员培训与继续教育的参考用书。 为方便教学，本书配有电子课件、试题库、模拟试卷及答案、课程标准等资源，凡选用本书作为授课教材的教师，均可登录机械工业出版社教育服务网（www.cmpedu.com）免费下载。咨询电话：010-88379375。

职业院校教师

前言
二维码索引
第1章　绪论 1
目标要求 1
知识储备 2
1.1　机电一体化的概念 2
1.2　工业应用中的典型机电一体化产品 3
1.3　机电一体化系统的典型构成 4
1.4　机电一体化关键技术 5
1.5　本课程的学习目的和要求 7
知识自查 8
第2章　自动控制理论和应用 9
目标要求 9
知识储备 10
2.1　自动控制系统概述 10
2.1.1　自动控制系统的基本概念 10
2.1.2　自动控制系统的基本要求 15
2.2　自动控制系统的数学模型 18
2.2.1　数学模型的基本知识 18
2.2.2　典型环节的数学模型 25
2.2.3　系统的数学模型 28
2.3　自动控制系统分析 30
2.3.1　时域分析法概述 31
2.3.2　一阶系统单位阶跃响应分析 32
2.3.3　二阶系统单位阶跃响应分析 34
2.3.4　系统稳定性分析 36
2.3.5　系统误差分析 38
2.3.6　MATLAB在系统分析中的应用 39
2.4　自动控制系统校正 43
2.4.1　系统校正概述 43
2.4.2　控制规律 44
2.5　单回路控制系统 48
2.5.1　系统组成与原理 48
2.5.2　系统设计 50
2.5.3　系统分析、调试与运行 54
2.6　复杂控制系统 58
2.6.1　串级控制系统的基本原理与结构 58
2.6.2　串级控制系统的设计 60
2.7　随动控制系统 60
2.7.1　随动控制概述 60
2.7.2　随动控制系统设计及分析 62
任务实操 65
任务1　典型环节响应的研究 65
任务2　PID控制的研究 65
任务3　烤炉温度PLC闭环控制 66
本章小结 67
知识自查 67
第3章　传感与检测技术 78
目标要求 78
知识储备 79
3.1　传感器检测技术概述 79
3.1.1　传感器定义 79
3.1.2　传感器的组成 79
3.1.3　传感器的分类及信号预处理 80
3.1.4　如何学习传感器知识 81
3.2　转速传感器 82
3.2.1　测速发电机 82
3.2.2　光电式转速传感器 82
3.2.3　磁电式转速传感器 84
3.3　位置传感器 86
3.3.1　霍尔位置传感器 86
3.3.2　光电位置传感器 87
3.3.3　电涡流式位置传感器 89
3.4　位移传感器 90
3.4.1　光电编码器 90
3.4.2　光栅尺 92
3.4.3　其他位移传感器 94
3.5　信号预处理技术 97
3.5.1　传感器信号的检出 97
3.5.2　输出信号的抗干扰 98
3.6　传感器的典型接口 99
3.6.1　传感器接口概述 99
3.6.2　开关量接口 99
3.6.3　模拟量接口 100
3.6.4　总线式和网络式通信接口 100
3.6.5　Modbus协议 101
3.7　传感器的性能指标 103
3.7.1　静态特性 103
3.7.2　动态特性 104
任务实操 105
任务　NPN型和PNP型接近传感器
基本测试 105
本章小结 106
知识自查 106
第4章　伺服控制技术 108
目标要求 108
知识储备 109
4.1　步进电动机 109
4.1.1　步进电动机基础 109
4.1.2　步进电动机的驱动与控制 114
4.2　交流永磁同步伺服电动机 118
4.2.1　伺服电动机概述 118
4.2.2　交流永磁同步伺服电动机系统的
组成与工作原理 119
4.2.3　交流永磁同步伺服电动机系统的
电气接线 126
4.2.4　交流永磁同步伺服电动机的
参数设置与调试 127
4.3　运动控制规范与编程指令 135
4.3.1　IEC 61131-3标准与PLCopen运动
控制规范编程 135
4.3.2　汇川AutoShop运动控制指令 135
任务实操 137
任务1　步进电动机的PLC单轴
点位控制 137
任务2　交流永磁同步伺服电动机的
PLC单轴点位控制 138
本章小结 140
知识自查 140
第5章　液压与气动控制技术 143
目标要求 143
知识储备 144
5.1　认识液压传动 144
5.1.1　液压传动的工作原理 144
5.1.2　液压传动系统的组成及特点 145
5.1.3　典型液压传动系统 149
5.2　认识气压传动 152
5.2.1　气压传动的工作原理 152
5.2.2　气压传动系统的组成及特点 153
5.2.3　典型气压传动系统 156
5.3　电液控制回路 159
5.4　工业机器人气动控制 161
5.4.1　工业机器人气动控制系统的
基本结构 161
5.4.2　工业机器人气动控制系统的
连接 161
5.4.3　工业机器人工具快换原理 162
任务实操 163
任务1　液压速度控制回路实验 163
任务2　工业机器人主盘气缸和夹爪气缸
活塞杆伸缩的气路系统仿真 164
任务3　工业机器人真空吸盘的
气路系统仿真 167
本章小结 170
知识自查 170
第6章　机械传动系统 172
目标要求 172
知识储备 173
6.1　机械传动系统概述 173
6.2　机械传动系统分类 173
6.3　机械传动系统设计 174
6.3.1　带传动 174
6.3.2　齿轮传动 180
6.3.3　滚珠丝杠副传动 185
6.4　转动惯量 193
6.4.1　转动惯量概述 193
6.4.2　基本惯量计算 194
6.4.3　惯量半径 195
6.4.4　等效转动惯量 196
6.4.5　惯量匹配 196
本章小结 198
知识自查 199
第7章　数字孪生技术 201
目标要求 201
知识储备 202
7.1　数字孪生技术概述 202
7.1.1　数字孪生的概念 202
7.1.2　西门子数字孪生技术 202
7.2　产品数字孪生 206
7.2.1　机电一体化概念设计概述 206
7.2.2　机电一体化概念设计的
技术优势 207
7.3　生产数字孪生 208
7.3.1　数字化工艺简介 208
7.3.2　数字化工艺解决方案 209
7.3.3　数字化工艺的软件与数据管理
体系 209
本章小结 213
知识自查 214
参考文献 216