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機電一體化設計導論 讀者對象:本書適合于高等學校機械工程及自動化、電氣工程、機電一體化專業(yè)本科高年級和研究生的工程實踐(工程坊)課程或CDIO訓練課程,也可以作為工程技術人員機電產(chǎn)品開發(fā)的參考用書。
本書是一本講解機電一體化理論與實踐的經(jīng)典著作。全書分為五個部分32章,前四個部分主要講解機電一體化涉及的專業(yè)知識,第五部分以項目開發(fā)為例,介紹機電一體化集成解決方案和組織管理方法。第一部分為概述,主要介紹本書的結(jié)構(gòu)及使用方法。第二部分介紹軟件,討論了微控制器,微控制器的數(shù)學和數(shù)字操作,編程語言,嵌入式系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu),軟件設計,處理器間通信,以及微控制器外設。第三部分講解電子學,討論了基本電路分析及無源元件,半導體,運算放大器,實際運算放大器與比較器,傳感器,信號調(diào)理,有源數(shù)字濾波器,數(shù)字輸入/輸出,數(shù)字輸出和電路驅(qū)動,數(shù)字邏輯和集成電路,A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,穩(wěn)壓器、電源和電池,以及噪聲、接地和隔離。第四部分介紹執(zhí)行器,討論了永磁有刷直流電機的特性,永磁有刷直流電機的應用,螺線管,無刷直流電機,步進電機,其他執(zhí)行器技術,以及基本閉環(huán)控制。第五部分講解機電一體化項目與系統(tǒng)工程,討論了快速原型制作,項目規(guī)劃和管理,故障排查,以及機電一體化系統(tǒng)集成與融合。
J. Edward Carryer于1975年畢業(yè)于伊利諾伊理工大學,獲得了BSE,他是工程教育實踐班的第一期畢業(yè)生;1992年, Carryer在斯坦福大學的引擎實驗室獲得博士學位。在攻讀博士學位期間,他開始參與講授研究生的機電一體化課程。1989年,他首次兼職授課,在獲博士學位后即開始全職授課。在機電一體化課程的講授過程中,Carryer將機械、電子和軟件設計相結(jié)合,并將其應用于新產(chǎn)品開發(fā),他也因此聲名鵲起。Carryer目前擔任咨詢教授、Smart Product Design Lab (SPDL)主任,并講授機械工程系研究生和電子工程系本科生的機電一體化課程。
韓慶文,高級工程師,博士,重慶大學微電子與通信工程學院通信專業(yè)實驗室主任,長期與企業(yè)在智能車設計、智能交通領域密切合作,設計開發(fā)和工程經(jīng)驗豐富,并將其應用于理論與實驗教學工作,致力于創(chuàng)新性設計項目開發(fā),成效顯著。
目 錄
第一部分 概 述 第1章 全書概覽 2 1.1 寫作理念 3 1.2 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 3 1.3 讀者范圍 3 1.4 本書的使用方法 4 1.5 總結(jié) 4 參考文獻 4 第二部分 軟 件 第2章 微控制器 6 2.1 引言 6 2.2 什么是“微”設備 6 2.3 微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器等 6 2.4 微控制器架構(gòu) 7 2.5 中央處理單元 8 2.5.1 在數(shù)字域中表示數(shù)字 9 2.5.2 算術邏輯單元 9 2.6 數(shù)據(jù)總線和地址總線 10 2.7 內(nèi)存 10 2.8 子系統(tǒng)和外設 11 2.9 馮·諾依曼架構(gòu) 12 2.10 哈佛架構(gòu) 14 2.11 實例 15 2.11.1 Freescale MC9S12C32微控制器 15 2.11.2 Microchip PIC12F609微控制器 17 2.12 獲取更多信息 19 2.13 習題 19 第3章 微控制器的數(shù)學和數(shù)字操作 21 3.1 引言 21 3.2 基數(shù)和計數(shù) 21 3.3 表示負數(shù) 24 3.4 數(shù)據(jù)類型 25 3.5 常見數(shù)據(jù)類型的大小 26 3.6 固定長度變量的計算方法 26 3.7 模運算 27 3.8 數(shù)學快捷鍵 28 3.9 布爾代數(shù) 28 3.10 操作單個字節(jié) 29 3.11 測試單個位 30 3.12 習題 31 第4章 編程語言 33 4.1 引言 33 4.2 機器語言 34 4.3 匯編語言 34 4.4 高級語言 35 4.5 解釋器 35 4.6 編譯器 36 4.7 混合編譯/解釋器 37 4.8 集成開發(fā)環(huán)境(IDE) 39 4.9 選擇一種編程語言 39 4.10 習題 40 參考文獻 40 第5章 嵌入式系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu) 41 5.1 背景 41 5.2 事件驅(qū)動編程 41 5.3 事件檢測器 42 5.4 服務 44 5.5 事件驅(qū)動程序的建立 45 5.6 示例 46 5.7 事件驅(qū)動編程綜述 47 5.8 狀態(tài)機 48 5.9 軟件狀態(tài)機 49 5.10 蟑螂示例的狀態(tài)機 51 5.11 習題 52 參考文獻 53 第6章 軟件設計 54 6.1 引言 54 6.2 軟件設計與房屋建造 54 6.3 軟件設計技術簡介 55 6.3.1 分解 55 6.3.2 抽象、信息隱藏 55 6.3.3 偽代碼 56 6.4 軟件設計流程 57 6.4.1 需求分析 58 6.4.2 定義程序結(jié)構(gòu) 58 6.4.3 性能規(guī)范 59 6.4.4 接口規(guī)范 59 6.4.5 詳細設計 59 6.4.6 實現(xiàn) 59 6.4.7 單元測試 61 6.4.8 集成 61 6.5 示例 61 6.5.1 莫爾斯碼接收機的需求分析 62 6.5.2 莫爾斯碼接收機的系統(tǒng)架構(gòu) 62 6.5.3 莫爾斯碼接收機的軟件架構(gòu) 63 6.5.4 莫爾斯碼接收機的性能規(guī)范 65 6.5.5 莫爾斯碼接收機的接口規(guī)范 65 6.5.6 莫爾斯碼接收機的詳細設計 67 6.5.7 莫爾斯碼接收機的實現(xiàn) 76 6.5.8 莫爾斯碼接收機的單元測試 76 6.5.9 莫爾斯碼接收機的集成 77 6.6 習題 78 參考文獻 78 第7章 處理器間通信 79 7.1 引言 79 7.2 沒有媒質(zhì)就沒有消息 79 7.3 位并行和位串行通信 80 7.3.1 位串行通信 81 7.3.2 位并行通信 88 7.4 信號電平 89 7.4.1 TTL/CMOS電平 89 7.4.2 RS-232 89 7.4.3 RS-485 90 7.5 帶限信道上的通信 91 7.5.1 有限的帶寬和調(diào)制解調(diào)器 91 7.6 紅外光通信 93 7.7 無線電通信 94 7.7.1 RF遙控器 95 7.7.2 RF數(shù)據(jù)鏈路 95 7.7.3 RF網(wǎng)絡 95 7.8 習題 95 參考文獻 96 擴展閱讀 96 第8章 微控制器外設 97 8.1 訪問控制寄存器 97 8.2 并行輸入/輸出子系統(tǒng) 97 8.2.1 數(shù)據(jù)方向存儲器 98 8.2.2 輸入/輸出寄存器 98 8.2.3 共享功能引腳 99 8.3 定時器子系統(tǒng) 99 8.3.1 定時器基礎 100 8.3.2 定時器溢出 100 8.3.3 輸出比較 101 8.3.4 輸入捕獲 102 8.3.5 基于輸入捕獲和輸出比較的發(fā)動機控制 103 8.4 脈沖寬度調(diào)制(PWM) 104 8.5 PWM使用輸出比較系統(tǒng) 105 8.6 模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng) 106 8.6.1 A/D轉(zhuǎn)換過程 106 8.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器時鐘 107 8.6.3 自動A/D轉(zhuǎn)換處理 107 8.7 中斷 107 8.8 習題 108 參考文獻 108 第三部分 電 子 學 第9章 基本電路分析及無源元件 110 9.1 電壓、電流和功率 110 9.2 電路和地 111 9.3 相關定律 112 9.4 電阻 113 9.4.1 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻 114 9.4.2 分壓器 115 9.5 戴維南等效電路 115 9.6 電容 116 9.6.1 串聯(lián)電容和并聯(lián)電容 117 9.6.2 電容和時變信號 118 9.7 電感 119 9.7.1 電感和時變信號 120 9.8 時域法和頻域法 120 9.9 包含多種元件的電路分析 121 9.9.1 基本RC電路結(jié)構(gòu) 121 9.9.2 低通RC濾波器的時域特性 121 9.9.3 高通RC濾波器的時域特性 123 9.9.4 RL電路的時域特性 124 9.9.5 低通RC濾波器的頻域特性 125 9.9.6 高通RC濾波器的頻域特性 126 9.9.7 直流偏壓的高通RC濾波器 127 9.10 仿真工具 128 9.10.1 仿真工具的局限性 128 9.11 實際電壓源 128 9.12 實際測量 129 9.12.1 電壓測量 129 9.12.2 電流測量 130 9.13 實際電阻 130 9.13.1 實際電阻模型 130 9.13.2 電阻構(gòu)造基礎 130 9.13.3 碳膜電阻 131 9.13.4 金屬膜電阻 132 9.13.5 電阻的功耗 132 9.13.6 電位器 133 9.13.7 電阻的選擇 134 9.14 實際電容 134 9.14.1 實際電容模型 135 9.14.2 電容構(gòu)造基礎 135 9.14.3 極性和非極性電容 136 9.14.4 陶瓷圓盤電容 136 9.14.5 多層陶瓷電容(獨石電容) 136 9.14.6 鋁電解電容 136 9.14.7 鉭電容 137 9.14.8 薄膜電容 137 9.14.9 雙電層電容/超級電容 138 9.14.10 電容標識 138 9.14.11 電容的選擇 140 9.15 習題 140 擴展閱讀 142 第10章 半導體 143 10.1 摻雜、空穴和電子 143 10.2 二極管 144 10.2.1 二極管的V-I特性 144 10.2.2 Vf的大小 145 10.2.3 反向恢復 145 10.2.4 肖特基二極管 145 10.2.5 齊納二極管 146 10.2.6 發(fā)光二極管 147 10.2.7 光電二極管 147 10.3 雙極結(jié)型晶體管(BJT) 148 10.3.1 復合晶體管對(達林頓對) 151 10.3.2 光電晶體管 152 10.4 金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET) 152 10.5 如何選擇BJT和MOSFET 155 10.5.1 何時BJT是最好(唯一)的選擇 155 10.5.2 何時MOSFET是最好(唯一)的選擇 155 10.5.3 當MOSFET和BJT均可行時如何選擇 156 10.6 多晶體管電路 156 10.7 查閱晶體管數(shù)據(jù)表 157 10.7.1 查閱BJT數(shù)據(jù)表 157 10.7.2 查閱MOSFET數(shù)據(jù)表 159 10.7.3 應用實例 160 10.7.4 各種晶體管電路 161 10.8 習題 162 擴展閱讀 166 第11章 運算放大器 167 11.1 運算放大器的特征 167 11.2 負反饋 167 11.3 理想運算放大器 168 11.4 分析運算放大器電路 168 11.4.1 黃金準則 168 11.4.2 同相運算放大器結(jié)構(gòu) 168 11.4.3 反相運算放大器結(jié)構(gòu) 169 11.4.4 單位增益緩沖器 171 11.4.5 差分放大器結(jié)構(gòu) 172 11.4.6 求和器結(jié)構(gòu) 173 11.4.7 跨阻放大器結(jié)構(gòu) 174 11.4.8 運算放大器上的計算 174 11.5 比較器 175 11.5.1 比較器電路 176 11.6 習題 178 擴展閱讀 179 第12章 實際運算放大器與比較器 180 12.1 實際運算放大器的特性——理想假設的失效 180 12.1.1 非無窮大增益 180 12.1.2 開環(huán)增益隨頻率的變化 181 12.1.3 輸入電流不為零 181 12.1.4 輸出電壓源的非理想特性 182 12.1.5 其他非理想特性 183 12.2 查閱運算放大器數(shù)據(jù)表 185 12.2.1 最大值、最小值和典型值 185 12.2.2 數(shù)據(jù)表首頁 185 12.2.3 絕對最大定額 186 12.2.4 電氣特性 187 12.2.5 封裝 189 12.2.6 典型應用 189 12.3 比較器數(shù)據(jù)表的讀取 189 12.3.1 比較器封裝 190 12.4 運算放大器的對比 190 12.5 習題 192 擴展閱讀 193 第13章 傳感器 194 13.1 引言 194 13.2 傳感器輸出和微控制器輸入 194 13.3 傳感器設計 195 13.3.1 用熱敏電阻測量溫度 195 13.3.2 測量加速度 195 13.3.3 傳感器性能術語定義 196 13.4 基本傳感器與接口電路 202 13.4.1 開關傳感器 202 13.4.2 開關接口 203 13.4.3 電阻式傳感器 205 13.4.4 電阻式傳感器接口 205 13.4.5 電容式傳感器 208 13.4.6 電容式傳感器接口 208 13.5 傳感器縱覽 209 13.5.1 光敏元件 209 13.5.2 應變傳感器 215 13.5.3 溫度傳感器 218 13.5.4 磁場傳感器 222 13.5.5 接近傳感器 224 13.5.6 位置傳感器 225 13.5.7 加速度傳感器 231 13.5.8 壓力傳感器 232 13.5.9 壓強傳感器 233 13.6 習題 235 參考文獻 237 擴展閱讀 237 第14章 信號調(diào)理 238 14.1 信號調(diào)理的基本操作 238 14.2 去除偏置 238 14.2.1 放大值與偏置的相對值 239 14.2.2 交流耦合的偏置去除 240 14.3 放大 241 14.3.1 直流耦合多級放大 241 14.3.2 交流耦合多級放大 242 14.4 濾波 242 14.4.1 濾波器相關的專業(yè)術語 242 14.4.2 噪聲 243 14.4.3 無源濾波器 244 14.5 其他信號調(diào)理技術 245 14.5.1 儀表放大器 245 14.5.2 峰值檢測 246 14.6 實例分析 247 14.6.1 幅度信息提取 247 14.6.2 定時信息提取 248 14.7 習題 250 擴展閱讀 250 第15章 有源數(shù)字濾波器 251 15.1 有源濾波器 251 15.1.1 相位延遲 251 15.1.2 濾波器響應特性 252 15.1.3 有源濾波器的拓撲結(jié)構(gòu) 252 15.2 數(shù)字技術 256 15.2.1 數(shù)字濾波 256 15.2.2 數(shù)字信號處理 258 15.2.3 同步采樣 259 15.3 習題 259 參考文獻 260 擴展閱讀 260 第16章 數(shù)字輸入/輸出 261 16.1 引言 261 16.2 邏輯狀態(tài)表示 261 16.3 數(shù)字器件的理想特性 261 16.4 數(shù)字器件的實際特性 262 16.5 查閱數(shù)據(jù)表 263 16.6 數(shù)字輸入 263 16.6.1 輸入電壓要求 264 16.6.2 輸入電流要求 266 16.6.3 上拉電阻和下拉電阻 266 16.6.4 數(shù)字輸入時序 268 16.7 數(shù)字輸出 270 16.7.1 數(shù)字輸出電壓和電流 270 16.7.2 數(shù)字輸出的時序特性 271 16.8 輸入、輸出匹配 272 16.8.1 匹配特性評價 272 16.8.2 懸空和不確定輸入端的上拉和下拉 273 16.8.3 不兼容器件 276 16.9 習題 279 第17章 數(shù)字輸出和電路驅(qū)動 282 17.1 圖騰柱輸出 282 17.1.1 圖騰柱輸出特性 283 17.2 集電極開路/漏極開路輸出 284 17.2.1 集電極開路/漏極開路輸出特性 285 17.3 三態(tài)輸出 286 17.3.1 三態(tài)輸出特性 286 17.4 低端驅(qū)動器 287 17.4.1 低端驅(qū)動器數(shù)據(jù)表 288 17.5 高端驅(qū)動器 288 17.5.1 高端驅(qū)動器數(shù)據(jù)表 289 17.6 半橋和全橋 289 17.6.1 擊穿電流和死區(qū)時間 290 17.6.2 H橋數(shù)據(jù)表 290 17.7 溫升問題 291 17.8 習題 293 擴展閱讀 293 第18章 數(shù)字邏輯和集成電路 294 18.1 基本組合邏輯 294 18.1.1 真值表 295 18.1.2 用組合邏輯描述微控制器子系統(tǒng) 295 18.2 組合邏輯功能實現(xiàn) 295 18.2.1 數(shù)字比較器 296 18.2.2 數(shù)字多路復用器 296 18.2.3 解碼器 297 18.3 時序邏輯 297 18.4 時序邏輯功能實現(xiàn) 298 18.4.1 D觸發(fā)器 298 18.4.2 J-K觸發(fā)器 298 18.4.3 計數(shù)器 298 18.4.4 移位寄存器 300 18.5 邏輯系列 300 18.6 基于邏輯器件的微控制器功能擴展 301 18.6.1 基于多路復用器的輸入功能擴展 301 18.6.2 基于解碼器的輸出功能擴展 302 18.6.3 基于移位寄存器的輸入功能擴展 302 18.6.4 基于移位寄存器的輸出功能擴展 304 18.6.5 使用SPI子系統(tǒng)與移位寄存器 305 18.7 555定時器 305 18.7.1 555定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 305 18.7.2 非穩(wěn)態(tài)操作 306 18.7.3 單穩(wěn)態(tài)操作 306 18.7.4 其他用途的555定時器 307 18.8 習題 307 參考文獻 308 第19章 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器 309 19.1 數(shù)字域和模擬域的接口 309 19.2 連續(xù)信號的數(shù)字化 310 19.3 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的性能 311 19.3.1 理想A/D轉(zhuǎn)換器的性能 313 19.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的誤差 314 19.3.3 理想D/A轉(zhuǎn)換器的性能 315 19.3.4 D/A轉(zhuǎn)換器的誤差 316 19.4 D/A轉(zhuǎn)換器設計 317 19.4.1 基于脈沖寬度調(diào)制生成模擬電壓 317 19.4.2 基于求和放大器的D/A轉(zhuǎn)換器 317 19.4.3 串行D/A轉(zhuǎn)換器 319 19.4.4 R-2R階梯D/A轉(zhuǎn)換器 320 19.5 A/D轉(zhuǎn)換器設計 321 19.5.1 單斜率A/D轉(zhuǎn)換器和雙斜率A/D轉(zhuǎn)換器 322 19.5.2 并行比較A/D轉(zhuǎn)換器 323 19.5.3 串并行比較A/D轉(zhuǎn)換器 324 19.5.4 逐次逼近寄存器A/D轉(zhuǎn)換器 325 19.5.5 Σ-Δ A/D轉(zhuǎn)換器 326 19.6 習題 327 擴展閱讀 328 第20章 穩(wěn)壓器、電源和電池 329 20.1 引言 329 20.2 功率需求與電源 329 20.3 穩(wěn)壓器 329 20.3.1 穩(wěn)壓器的相關指標與定義 330 20.3.2 線性穩(wěn)壓器 332 20.3.3 開關穩(wěn)壓器 338 20.4 電源 343 20.4.1 線性電源 343 20.4.2 開關電源 345 20.5 電池和電化學單電池 347 20.5.1 電池性能和特性 349 20.5.2 原電池 351 20.5.3 二次電池 352 20.5.4 電池的安全和環(huán)境問題 356 20.6 習題 357 擴展閱讀 358 第21章 噪聲、接地和隔離 359 21.1 噪聲耦合通道 359 21.2 傳導耦合噪聲 360 21.2.1 傳導耦合通道原型 360 21.2.2 減少傳導耦合噪聲 360 21.2.3 減少噪聲源的影響:去耦 361 21.2.4 減少傳導噪聲的耦合 362 21.2.5 減少接收端的傳導噪聲:電源濾波 362 21.2.6 減少傳導噪聲的有效方法 362 21.3 電容耦合噪聲 363 21.3.1 電容耦合通道原型 363 21.3.2 減少電容耦合噪聲 364 21.3.3 噪聲源電容耦合噪聲的消減 365 21.3.4 減少電容耦合噪聲的耦合 365 21.3.5 屏蔽 366 21.3.6 減少接收端的電容耦合噪聲 367 21.3.7 減少電容耦合噪聲的有效方法 367 21.4 電感耦合噪聲 368 21.4.1 電感耦合通道原型 368 21.4.2 噪聲源電感耦合噪聲的消減 368 21.4.3 減少電感耦合噪聲的耦合 369 21.4.4 減少接收端的電感耦合噪聲 369 21.4.5 減少電感耦合噪聲的有效方法 369 21.5 隔離 369 21.5.1 光隔離 369 21.5.2 電容隔離 371 21.5.3 電感隔離 371 21.5.4 隔離技術對比 371 21.6 習題 371 擴展閱讀 373 第四部分 執(zhí) 行 器 第22章 永磁有刷直流電機的特性 376 22.1 引言 376 22.2 次分馬力永磁有刷直流電機 376 22.3 電氣模型 379 22.4 反電動勢與發(fā)電機效應 379 22.5 永磁有刷直流電機的特性參數(shù) 379 22.6 恒定電壓特性方程 380 22.7 功率特性 383 22.8 直流電機效率 385 22.9 減速器 388 22.10 習題 389 參考文獻 390 擴展閱讀 390 第23章 永磁有刷直流電機的應用 391 23.1 引言 391 23.2 電感反沖 391 23.2.1 電感反沖小結(jié) 396 23.3 電機的雙向控制 396 23.3.1 商用H橋集成電路 398 23.3.2 用于大電流的H橋 400 23.4 基于脈沖寬度調(diào)制的轉(zhuǎn)速控制 400 23.5 習題 404 參考文獻 405 擴展閱讀 405 第24章 螺線管 406 24.1 引言 406 24.2 螺線管的結(jié)構(gòu) 406 24.3 螺線管的性能 407 24.4 螺線管的驅(qū)動 409 24.5 機械響應時間 410 24.6 螺線管的應用 410 24.7 習題 411 擴展閱讀 414 第25章 無刷直流電機 415 25.1 引言 415 25.2 無刷直流電機的結(jié)構(gòu) 415 25.3 無刷直流電機的運行 416 25.3.1 傳感換向器 417 25.3.2 無傳感換向器 417 25.4 BLDC 電機驅(qū)動 418 25.5 無刷直流電機的換向 419 25.6 BLDC電機驅(qū)動集成電路 421 25.7 有刷直流電機和無刷直流電機的對比 422 25.8 習題 422 擴展閱讀 423 第26章 步進電機 424 26.1 引言 424 26.2 步進電機的結(jié)構(gòu) 424 26.3 可變反應式步進電機 426 26.4 混合式步進電機 427 26.5 不同類型步進電機的對比 427 26.6 步進電機的內(nèi)部接線 428 26.7 步進電機的驅(qū)動 429 26.8 步進電機的步進順序 430 26.9 步進電機驅(qū)動順序的產(chǎn)生 433 26.10 步進電機的動態(tài)特性 434 26.11 步進電機性能定義 436 26.12 基于驅(qū)動部件的步進電機性能優(yōu)化 437 26.13 減速 439 26.14 習題 440 擴展閱讀 441 第27章 其他執(zhí)行器技術 442 27.1 引言 442 27.2 氣動液壓系統(tǒng) 442 27.2.1 電磁閥 443 27.2.2 伺服閥 445 27.2.3 氣動和液壓執(zhí)行器 446 27.3 RC伺服系統(tǒng) 449 27.4 壓電執(zhí)行器 451 27.4.1 壓電執(zhí)行器的類型 452 27.5 形狀記憶合金執(zhí)行器 455 27.6 總結(jié) 458 27.7 習題 459 擴展閱讀 459 第28章 基本閉環(huán)控制 460 28.1 引言 460 28.2 相關術語 460 28.3 開環(huán)控制 461 28.4 開/關閉環(huán)控制 462 28.5 線性閉環(huán)控制 462 28.5.1 開始設計 463 28.5.2 智能化 464 28.5.3 干擾抑制 466 28.5.4 引入微分控制進一步提高性能 468 28.5.5 增益選擇 469 28.6 系統(tǒng)類型與積分控制的必要性 471 28.7 控制環(huán)路率的選擇 472 28.8 ad-hoc法 473 28.9 習題 475 參考文獻 477 擴展閱讀 477 第五部分 機電一體化項目與系統(tǒng)工程 第29章 快速原型制作 480 29.1 引言 480 29.2 為什么要制作原型樣機 480 29.3 原型制作理念:搭建或者仿真 481 29.4 機械系統(tǒng)的快速原型制作 482 29.4.1 實體建模工具 482 29.4.2 系統(tǒng)動力學建模 482 29.4.3 泡沫塑料板、美工刀、熱熔膠 483 29.4.4 二維快速成型激光切割機/激光刀模機 485 29.4.5 廉價的二維快速成型 486 29.4.6 凸舌/凹槽結(jié)構(gòu) 486 29.4.7 玩具行業(yè) 486 29.4.8 三維快速成型(SLA、SLS、FDM)和軟模鑄件 487 29.5 電氣系統(tǒng)的快速原型制作 489 29.5.1 原理圖和電路仿真工具 490 29.5.2 電路原型制作:面包板、繞線和性能板 491 29.5.3 PCB原型 493 29.5.4 焊接 494 29.6 供應商和資源選擇 496 29.7 習題 497 參考文獻 497 第30章 項目規(guī)劃和管理 498 30.1 引言 498 30.2 日益復雜的系統(tǒng)需要過程管理 498 30.3 項目規(guī)劃與實施 499 30.3.1 系統(tǒng)需求 500 30.3.2 設計備選方案遴選 501 30.3.3 設計概念評價:原型和迭代 504 30.3.4 規(guī)范 504 30.4 管理工具 505 30.4.1 項目管理 505 30.4.2 系統(tǒng)工程 507 30.4.3 協(xié)同設計 507 30.5 溝通與文檔化 508 30.6 問題與建議 509 30.7 習題 510 參考文獻 511 擴展閱讀 511 第31章 故障排查 512 31.1 引言 512 31.2 追根溯源找漏洞 512 31.3 預防為主,事半功倍 514 31.4 如何對待故障排查 519 31.5 總結(jié) 520 31.6 習題 520 第32章 機電一體化系統(tǒng)集成與融合 521 32.1 引言 521 32.2 項目描述 521 32.3 系統(tǒng)需求分析 522 32.4 設計方案及備選方案 523 32.4.1 零號團隊的基本設計構(gòu)想 523 32.4.2 Ruff團隊的基本設計構(gòu)想 526 32.4.3 備選方案的審查 528 32.5 形態(tài)圖 529 32.6 設計概念評價:原型與優(yōu)化 530 32.7 項目實施階段 532 32.7.1 Ruff團隊的驅(qū)動電機選擇 532 32.7.2 零號團隊的球釋放電機選擇 533 32.7.3 零號團隊的信標傳感器電路演進 533 32.7.4 零號團隊的支撐剛度問題 534 32.7.5 零號團隊的羅盤傳感器故障 535 32.8 設計成品 535 32.8.1 Ruff團隊的設計成品 535 32.8.2 零號團隊的設計成品 536 32.9 性能結(jié)果 537 32.10 學生的智慧結(jié)晶 537 致謝 538 附錄A 電阻色碼和標稱值 539 附錄B 示例C代碼 540 附錄C 第32章項目描述 551
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