本书重点突出，体现机电一体化领域中多学科的融合与交叉，知识点衔接性好，避免内容的简单堆砌，力求将最实用的知识呈现给学生。配有授课电子课件、电子教案等教学资源，方便教师授课与学生自学。

本书详细介绍了机电一体化技术的相关技术，共8章。第1章是机电一体化技术的概述部分，讲解了机电一体化技术概念、产品分类、技术组成、技术发展现状及发展趋势等内容；第2章为机械系统设计理论，重点讲解机械系统组成，机械系统建模（以传动系统为例），典型的传动机构、导向机构和执行机构；第3章为计算机控制技术，重点讲解计算机控制系统的组成、特点，典型的计算机控制系统，典型的工业控制计算机（Arduino、PLC、IPC）工作原理及其实例应用；第4章为PID控制算法，重点讲解典型的PID控制算法（位置型算法和增量型算法）、PID各参数对控制系统的影响规律，以Arduino为控制器讲解了液位PID算法程序；第5章为检测技术，重点讲解机械量测量传感器及工业机器视觉；第6章为伺服技术，讲解了伺服概念、分类，伺服系统的组成和要求，重点讲解了步进电动机的组成、工作原理、驱动器与步进电动机的使用方法，交流伺服电动机、直线电动机、DD电动机及音圈电动机的基本工作原理；第7章为MCGS组态软件技术，介绍了MCGS组态软件，以液位控制为实例重点讲解了MCGS如何构建上位机程序；第8章为典型机电一体化产品工业机器人，介绍了工业机器人的分类、组成、控制系统及编程。本书可作为普通高等院校和高职高专机械工程、电子工程、工业工程、农业机械化工程、机电一体化工程等相关专业的教材，也可作为机电一体化专业技术人员的学习和参考用书。

高等院校教师

前言第1章 绪论11.1 机电一体化技术概述11.1.1 基本概念11.1.2 机电一体化产品分类11.2 国内外机电一体化发展现状21.2.1 国外机电一体化发展现状21.2.2 国内机电一体化发展现状31.3 机电一体化技术基本组成41.4 机电一体化技术体系61.5 机电一体化技术发展趋势7习题9第2章 机械系统设计理论102.1 机电一体化机械系统概述102.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求102.1.2 机械系统的组成102.1.3 机械系统的设计思想112.2 机械系统性能分析112.2.1 数学模型的建立122.2.2 力学性能参数对系统性能的影响162.3 传动机构192.3.1 机电一体化系统对机械传动的要求192.3.2 无侧隙齿轮传动机构192.3.3 谐波齿轮传动机构242.3.4 滚珠花键传动机构262.3.5 同步齿形带传动机构272.3.6 滚珠丝杠螺母副传动机构312.4 导向机构362.4.1 导轨的分类和基本要求372.4.2 滑动导轨372.4.3 滚动导轨392.4.4 导轨的润滑与防护412.4.5 提高导轨耐磨性的措施422.5 执行机构432.5.1 执行机构的基本要求432.5.2 微动执行机构432.5.3 工业机械手末端执行器45习题48第3章 计算机控制技术493.1 计算机控制系统493.1.1 计算机控制系统概述493.1.2 计算机控制系统的组成503.1.3 计算机控制系统的特点523.1.4 计算机控制系统的类型533.2 工业控制计算机573.2.1 工业控制计算机概述573.2.2 工业控制计算机的特点573.2.3 工业控制计算机的常用类型583.3 Arduino583.3.1 Arduino概述583.3.2 Arduino硬件分类613.3.3 Arduino IDE介绍633.3.4 常用的Arduino第三方软件介绍663.3.5 Arduino使用方法673.3.6 Arduino应用实例693.4 可编程序控制器793.4.1 PLC概述793.4.2 S7_1200 PLC813.4.3 博途软件（TIA Portal）的使用873.4.4 S7_1200 PLC应用实例903.5 总线工业控制机963.5.1 总线工业控制机的组成与特点963.5.2 工控机的总线结构993.5.3 工控机I/O模块1043.5.4 总线工控机I/O模块应用实例109习题112第4章 PID控制算法1134.1 PID控制的原理和特点1134.1.1 模拟PID1134.1.2 数字PID1144.2 PID各环节对控制系统的影响1174.3 数字PID参数整定方法1204.4 PID控制算法应用实例1224.4.1 单容水箱恒液位值控制1224.4.2 PID智能控制器1234.4.3 Arduino控制器124习题126第5章 检测技术1275.1 传感器概述1275.1.1 传感器组成1275.1.2 机械量测量传感器1275.2 位置测量传感器1285.2.1 位置传感器的主要技术指标1285.2.2 常用的位置测量传感器1295.3 位移测量传感器1375.3.1 电感式位移传感器（微纳位移检测）1375.3.2 电容式位移传感器（微纳位移检测）1395.3.3 霍尔式位移传感器（微纳位移检测）1415.3.4 光栅位移传感器（大尺寸位移检测）1425.3.5 磁栅尺（大尺寸位移检测）1445.4 速度测量传感器1475.4.1 测速发电机1475.4.2 光电式转速传感器1475.5 力、力矩测量传感器1505.5.1 电阻应变式力传感器1505.5.2 压电式测力传感器1515.5.3 电阻应变式力矩传感器1515.5.4 相位差式转矩测量仪1535.6 工业机器视觉简介1535.6.1 机器视觉基础1535.6.2 机器视觉系统1565.6.3 机器视觉软件及图像处理常用算法161习题163第6章 伺服技术1646.1 伺服概述1646.1.1 伺服的概念1646.1.2 伺服系统的分类1656.2 伺服系统的组成及要求1686.2.1 伺服系统的组成1686.2.2 伺服系统的基本要求1696.2.3 伺服电动机概述1706.3 步进电动机1716.3.1 步进电动机分类1716.3.2 步进电动机的工作原理1726.3.3 步进电动机的运行特性1746.3.4 步进电动机的选用1776.3.5 步进电动机的驱动器1786.4 伺服电动机1816.4.1 交流伺服电动机1826.4.2 交流伺服驱动器1856.4.3 伺服控制系统结构1866.5 直线电动机1876.5.1 直线电动机的结构和工作原理1876.5.2 直线电动机和传统的旋转电动机 滚珠丝杠运动系统的比较1886.6 DD电动机1896.6.1 DD电动机的结构1906.6.2 DD电动机的优点1916.6.3 DD电动机与伺服、步进电动机的区别1916.7 音圈电动机1926.7.1 音圈电动机的工作原理1936.7.2 音圈电动机的特点193习题194第7章 MCGS组态软件技术1957.1 MCGS组态软件概述1957.1.1 MCGS组态软件的系统构成1967.1.2 MCGS组态软件的工作方式1977.2 MCGS通用版组态软件应用实例1987.2.1 建立一个新工程1987.2.2 设计画面流程2017.3 让动画动起来2057.3.1 定义数据变量2057.3.2 动画连接2077.3.3 模拟设备2137.3.4 编写控制流程2147.4 报警显示与报警数据2167.4.1 定义报警2177.4.2 报警显示2177.4.3 报警数据2187.4.4 修改报警限值2207.4.5 报警动画2237.5 报表输出2247.5.1 实时报表2257.5.2 历史报表2267.6 曲线显示2307.6.

机电一体化技术即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得了前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，正向光机电一体化技术方向发展，目前机电一体化产品已遍及人们日常生活和国民经济的各个领域。随着科学技术的发展，机电一体化产品的概念不再局限于某一具体产品的范围，已扩大到控制系统和被控制系统相结合的产品制造和过程控制。为了在当今国际范围内激烈的技术、经济竞争中占据优势，世界各国纷纷将机电一体化的研究和发展作为一项重要内容而列入本国的发展计划。为推进我国由;制造大国向;制造强国的转变，党的二十大报告指出;推进新型工业化，加快建设制造强国。国家发布的《;十四五智能制造发展规划》，进一步激发了我国制造业转型升级的;新动能。我国在实施制造强国战略的转变过程中，需要能够掌握核心与关键技术的人才进行自主创新，增强核心竞争力。目前，我国很多高校和高职高专院校在机械工程类专业中设立了机电一体化技术方向；企业及研究院所也有相当多的工程技术人员从事机电一体化技术方面的研究与开发工作。本书以机电一体化共性关键技术为基础，围绕各种技术的融合与综合应用撰写知识体系，帮助读者了解和掌握机电一体化的实质、理论和基本方法，从而能够综合运用共性关键技术进行机电一体化产品乃至系统的分析、设计与开发。本书适用于普通高等院校、高职机电类和自动化类专业，具有实用性和适用性强等特点。在本书编写过程中重点考虑了以下几点：一是着重体现机电一体化领域中多学科的融合与交叉，知识点衔接性好，避免内容的简单堆砌；二是重点突出本门技术应用性强的特点，简单介绍了技术原理，重点阐述了技术的实例应用；三是注重知识的与时俱进，例如增设了Arduino模块，Arduino是近年来兴起的开源电子原型平台，相对于51单片机而言，该技术简单易学，更能引起学生的兴趣，另外，本书增加了MCGS工业控制组态软件，以水箱液位控制实例详细讲述了MCGS上位机的开发过程；四是内容精简，俗语说;样样会不如一样通，本书精简文字、突出重点，力求将最实用的知识呈现给学生。本书主要由郭文松、刘媛媛、雷福祥、张治娟、周岭编写完成，杨丙辉参与了机械方面的编写与审核，刘润泽参与了电气方面的编写与审核。由于机电一体化技术发展的日新月异，加之编者水平有限，书中难免存在错误和不足之处，真诚希望得到广大专家和读者的批评指正。