党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》围绕;建设现代化产业体系，巩固壮大实体经济根基进行系统部署，提出;坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，坚持智能化、绿色化、融合化方向，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国，保持制造业合理比重，构建以先进制造业为骨干的现代化产业体系。制造业的转型升级，使生产一线岗位需求发生变化，产业急需跨学科复合型高技能人才，强调培养学生解决复杂工程问题的能力和技术应用创新能力。机电一体化技术作为连接机械、电子、控制与信息技术的关键纽带，正日益成为全球制造业与经济持续发展的关键驱动力。其课程建设与教材更新须紧跟产业变革步伐。本书立足于高等职业教育人才培养目标，紧密结合行业岗位能力需求，由多所院校一线教师与企业工程师组成的团队编写而成。经梳理企业用工需求，全书共设计7章，主要内容如下：第1章为绪论，全面介绍了机电一体化的基本概念、典型构成及关键技术等，通过学习可使学生对机电一体化技术有一个宏观的认识，激发学生的学习兴趣和探索欲望，为后续学习奠定基础。第2章为自动控制理论和应用，详细阐述了自动控制系统的基本概念、基本要求、数学模型及分析方法等，并结合实际案例介绍了自动控制理论在机电一体化系统中的应用，帮助学生理解自动控制技术在实现设备自动化运行中的重要作用，通过任务实操，培养学生运用自动控制理论解决实际问题的能力。第3章为传感与检测技术，重点介绍了各类常用传感器的原理、特性、应用等。通过任务实操，让学生在实践中掌握传感与检测技术的应用技能，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。第4章为伺服控制技术，以国产品牌为例深入讲解了伺服系统的组成、工作原理、参数设置与调试方法。结合行业资料和任务实操，学生能更好地理解伺服控制技术在工业实际中的应用，掌握伺服控制系统的设计、安装与调试技能。第5章为液压与气动控制技术，系统介绍了液压与气动的工作原理、元件结构及基本回路，介绍了工业机器人气路控制，帮助学生了解液压与气动控制技术在机电一体化系统中的应用特点和方法，培养学生的液压与气动系统设计能力。第6章为机械传动系统，讲述了常见机械传动系统的类型、工作原理、设计计算等，使学生掌握机械传动系统的设计与优化技能，为机电一体化设备的整体设计提供机械传动方面的支持，培养学生的机械设计能力。第7章为数字孪生技术，数字孪生技术是近年来兴起的一项前沿技术，在机电一体化领域具有巨大的应用潜力。本章概括性地介绍了西门子数字孪生技术，重点介绍了基于Tecnomatix数字化工艺的构成体系，即软件体系和数据管理体系，使学生了解数字孪生技术对机电一体化技术发展的推动作用，拓宽学生的技术视野，培养学生的创新思维和适应新技术发展的能力。本书具有以下特色：1.铸魂育人，强化素养提升　落实;立德树人根本任务，知识、技能、素养并重。在讲解自动控制理论时，融入我国控制技术领域的重大突破与成就；以国内一线品牌的PLC及伺服电动机为典型案例展开教学，强化民族自信与专业认同。2.以产定教，紧贴产业实际　紧跟产业升级和技术迭代动向，以企业需求为导向科学设置7章内容，全面覆盖机电一体化领域的关键技术。设计;目标要求rarr;知识储备rarr;任务实操rarr;本章小结rarr;知识自查环节，任务实操部分均根据机电一体化行业真实岗位需求设计，以能力为本位，确保学生掌握机电一体化领域关键技术知识与技能，使学生;上岗即上手，上手即熟练。3.实践导向，突出职教特色　遵循;理论够用为度，突出应用技能的原则设计内容。以;传感与检测技术为例，重点围绕工业现场常用传感器的选型方法、安装调试、接口技术等实用技能展开教学，不过多涉及复杂的内部设计原理，确保学生快速掌握岗位核心技能。4.融入前沿技术，体现时代特征　如;伺服控制技术一章，深入讲解了国产伺服及步进电动机及其控制的相关内容，掌握精确运动控制。再如;数字孪生技术一章系统介绍西门子Tecnomatix数字化工艺体系，涵盖软件架构与数据管理，帮助学生理解智能制造中的虚拟调试与全流程仿真技术，了解当前智能工厂的相关技术。5.数字资源丰富，支持教学创新　本书提供完整的教学资源包，包括电子课件、试题库、模拟试卷及答案、课程标准等。本书由广西机电职业技术学院梁广瑞、蒋兴加任主编，浙江机电职业技术大学孟庆波、广西机电职业技术学院朱梦岩任副主编，广西机电职业技术学院熊治文、张议心、广东臻尚美机器人有限公司廖元荣参与编写。全书由梁广瑞统稿。具体编写分工如下：梁广瑞编写第1章、第3章和第4章部分内容，蒋兴加编写第2章，熊治文编写第3章部分内容，张议心编写第5章，朱梦岩编写第6章，孟庆波编写第7章，廖元荣编写第4章部分内容。在本书编写过程中，承蒙广西机电职业技术学院莫胜撼教授悉心审阅，提出宝贵意见，在此深表感谢！同时，感谢广东臻尚美机器人有限公司提供的实践案例与技术资料。由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者批评指正，以便后续修订完善。编　者

本书遵循职业教育教材编写规律和职业院校学生学习规律，配套齐全

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。

前言二维码索引第1章　绪论 1目标要求 1知识储备 21.1　机电一体化的概念 21.2　工业应用中的典型机电一体化产品 31.3　机电一体化系统的典型构成 41.4　机电一体化关键技术 51.5　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 102.1　自动控制系统概述 102.1.1　自动控制系统的基本概念 102.1.2　自动控制系统的基本要求 152.2　自动控制系统的数学模型 182.2.1　数学模型的基本知识 182.2.2　典型环节的数学模型 252.2.3　系统的数学模型 282.3　自动控制系统分析 302.3.1　时域分析法概述 312.3.2　一阶系统单位阶跃响应分析 322.3.3　二阶系统单位阶跃响应分析 342.3.4　系统稳定性分析 362.3.5　系统误差分析 382.3.6　MATLAB在系统分析中的应用 392.4　自动控制系统校正 432.4.1　系统校正概述 432.4.2　控制规律 442.5　单回路控制系统 482.5.1　系统组成与原理 482.5.2　系统设计 502.5.3　系统分析、调试与运行 542.6　复杂控制系统 582.6.1　串级控制系统的基本原理与结构 582.6.2　串级控制系统的设计 602.7　随动控制系统 602.7.1　随动控制概述 602.7.2　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 793.1　传感器检测技术概述 793.1.1　传感器定义 793.1.2　传感器的组成 793.1.3　传感器的分类及信号预处理 803.1.4　如何学习传感器知识 813.2　转速传感器 823.2.1　测速发电机 823.2.2　光电式转速传感器 823.2.3　磁电式转速传感器 843.3　位置传感器 863.3.1　霍尔位置传感器 863.3.2　光电位置传感器 873.3.3　电涡流式位置传感器 893.4　位移传感器 903.4.1　光电编码器 903.4.2　光栅尺 923.4.3　其他位移传感器 943.5　信号预处理技术 973.5.1　传感器信号的检出 973.5.2　输出信号的抗干扰 983.6　传感器的典型接口 993.6.1　传感器接口概述 993.6.2　开关量接口 993.6.3　模拟量接口 1003.6.4　总线式和网络式通信接口 1003.6.5　Modbus协议 1013.7　传感器的性能指标 1033.7.1　静态特性 1033.7.2　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 1094.1　步进电动机 1094.1.1　步进电动机基础 1094.1.2　步进电动机的驱动与控制 1144.2　交流永磁同步伺服电动机 1184.2.1　伺服电动机概述 1184.2.2　交流永磁同步伺服电动机系统的组成与工作原理 1194.2.3　交流永磁同步伺服电动机系统的电气接线 1264.2.4　交流永磁同步伺服电动机的参数设置与调试 1274.3　运动控制规范与编程指令 1354.3.1　IEC 61131_3标准与PLCopen运动控制规范编程 1354.3.2　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 1445.1　认识液压传动 1445.1.1　液压传动的工作原理 1445.1.2　液压传动系统的组成及特点 1455.1.3　典型液压传动系统 1495.2　认识气压传动 1525.2.1　气压传动的工作原理 1525.2.2　气压传动系统的组成及特点 1535.2.3　典型气压传动系统 1565.3　电液控制回路 1595.4　工业机器人气动控制 1615.4.1　工业机器人气动控制系统的基本结构 1615.4.2　工业机器人气动控制系统的连接 1615.4.3　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 1736.1　机械传动系统概述 1736.2　机械传动系统分类 1736.3　机械传动系统设计 1746.3.1　带传动 1746.3.2　齿轮传动 1806.3.3　滚珠丝杠副传动 1856.4　转动惯量 1936.4.1　转动惯量概述 1936.4.2　基本惯量计算 1946.4.3　惯量半径 1956.4.4　等效转动惯量 1966.4.5　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 2027.1　数字孪生技术概述 2027.1.1　数字孪生的概念 2027.1.2　西门子数字孪生技术 2027.2　产品数字孪生 2067.2.1　机电一体化概念设计概述 2067.2.2　机电一体化概念设计的技术优势 2077.3　生产数字孪生 2087.3.1　数字化工艺简介 2087.3.2　数字化工艺解决方案 2097.3.3　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