机电一体化技术

机电一体化技术

普通高等教育电气信息类系列教材

主编山东新网影音文化传播有限公司

副主编傅晓霞

参编山东劳动职业技术学院

上线时间 2026-06-25

适用专业机电一体化

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简介

一、教材基础信息
基础概况
完整书名：《机电一体化技术——从核心元件到智能制造系统》
适用人群：高职高专、应用型本科院校机电一体化技术、电气自动化技术、智能制造装备技术、工业机器人技术等专业在校生；机电类职业技能等级证书参训学员；企业一线工程技术人员。
编写与定位
教材定位：以 “岗课赛证” 综合育人理念为核心指导，深度结合山东省高端装备制造产业发展特色，整合四套成熟教材优质内容，打造兼顾理论教学与实操训练、侧重职业技能培养、贴合现代职业教育改革方向的数字化新型教材。
编写团队：山东省劳动职业技术学院机电一体化专业教学团队联合行业一线企业专家共同编撰。
体量与课时
全书共设 11 个教学章节；
推荐总授课学时 128–160 学时，其中理论课程 74 学时，实践实训课程 54 学时。

版权声明

作品名称：机电一体化技术

郑重声明：依法对本数字教材享有专有的信息网络传播权、复制权、发行权等权利。任何不属于合理使用的、未经许可的对本数字教材全部或部分的复制、传播、销售等使用行为均为属违法，行为人将承担相应的民事、行政或刑事责任。如发现前述侵权行为，希望及时举报，我司将配合行政执法部门和司法机关对违法犯罪行为进行严厉打击。侵权举报电话：0531-87127889。

目录

第1章走进机电一体化——绪论 ▼

学习目标

知识导图

1.1 机电一体化的基本概念 ▸

1.1.1 机电一体化的定义

1.1.2 机电一体化的内涵与外延

1.2 机电一体化系统的组成 ▸

1.2.1 五大组成要素——人体类比模型

1.2.2 七大技术体系

1.3 机电一体化产品的分类 ▸

1.3.1 五大分类

1.3.2 接口的四种类型

1.4 机电一体化技术的发展 ▸

1.4.1 发展历程

1.4.2 国内外发展现状

1.4.3 发展趋势

1.5 “岗课赛证”融通学习导航 ▸

1.5.1 岗位能力对照

1.5.2 技能竞赛对接

1.5.3 职业证书衔接

本章小结

第2章机械系统的认知与选用 ▼

学习目标

知识导图

2.1 机械系统概述

2.2 传动机构 ▸

2.2.1 齿轮传动

2.2.2 谐波齿轮传动

2.2.3 滚珠丝杠副

2.2.4 带传动

2.3 导向机构 ▸

2.3.1 滑动导轨（Sliding Guideway）

2.3.2 滚动导轨（Rolling Guideway / Linear Guide）

2.3.3 静压导轨（Hydrostatic / Aerostatic Guideway）

2.3.4 导轨间隙调整

2.4 支承部件 ▸

2.4.1 滚动轴承

2.4.2 磁力轴承（Magnetic Bearing）

2.4.3 特殊轴承

2.5 执行机构 ▸

2.5.1 微动装置与定位机构

2.5.2 机器人末端执行器

2.6 机械系统性能分析 ▸

2.6.1 转动惯量折算

2.6.2 静态设计与动态设计

本章小结

第3章传感检测技术与信号调理 ▼

学习目标

知识导图

3.1 传感器概述 ▸

3.1.1 传感器的定义与组成

3.1.2 传感器的分类

3.1.3 传感器的性能指标

3.1.4 传感器的选型准则

3.2 位置与位移传感器 ▸

3.2.1 接近开关

3.2.2 位移传感器

3.2.3 编码器

3.3 速度与加速度传感器 ▸

3.3.1 速度传感器

3.3.2 MEMS加速度计

3.4 力与力矩传感器 ▸

3.4.1 电阻应变式力传感器

3.4.2 压电式力传感器

3.4.3 相位差式力矩传感器

3.5 温度传感器 ▸

3.5.1 热电偶

3.5.2 热电阻

3.5.3 热敏电阻

3.6 机器人专用传感器

3.7 信号调理与数据采集 ▸

3.7.1 信号调理

3.7.2 采样/保持与A/D转换

3.7.3 数字滤波

3.8 机器视觉技术 ▸

3.8.1 机器视觉概述

3.8.2 机器视觉系统的硬件组成

3.8.3 软件平台

本章小结

第4章伺服驱动技术 ▼

学习目标

知识导图

4.1 伺服系统概述

4.2 步进电动机 ▸

4.2.1 分类与结构

4.2.2 工作原理与步距角

4.2.3 驱动控制

4.2.4 脉冲当量与传动比设计

4.2.5 选型要点

4.3 直流伺服电动机 ▸

4.3.1 结构与原理

4.3.2 机械特性与调速

4.3.3 PWM调速

4.4 交流伺服电动机 ▸

4.4.1 永磁同步伺服电动机（PMSM）

4.4.2 交流伺服驱动器的三种控制模式

4.4.3 电子齿轮比

4.5 直线电动机

4.6 特种伺服驱动 ▸

4.6.1 直接驱动（DD）马达

4.6.2 音圈电机

4.6.3 开关磁阻电机（SRM）

4.6.4 无刷直流电动机（BLDC）

4.7 液压与气压驱动 ▸

4.7.1 液压驱动

4.7.2 气压驱动

4.8 伺服系统控制模式与电机选型 ▸

4.8.1 三种控制模式对比

4.8.2 伺服电机选型六步法

本章小结

第5章计算机控制与接口技术 ▼

学习目标

知识导图

5.1 计算机控制系统概述 ▸

5.1.1 六种基本类型

5.2 工业控制计算机（IPC） ▸

5.2.1 IPC的四大特点

5.2.2 总线式工控机的硬件架构

5.3 可编程逻辑控制器（PLC） ▸

5.3.1 工作原理：循环扫描

5.3.2 编程语言（IEC 61131-3标准）

5.3.3 西门子S7-1200简介

5.3.4 三菱FX系列PLC与IST指令

5.4 开源硬件——Arduino ▸

5.4.1 硬件平台

5.4.2 开发环境

5.4.3 典型应用实例

5.5 单片机与嵌入式控制器 ▸

5.5.1 51单片机简介

5.5.2 Arduino vs PLC vs 单片机对比选型

5.6 计算机接口技术 ▸

5.6.1 接口的基本概念

5.6.2 三种数据传送方式

5.6.3 串行通信接口

5.6.4 人机接口（HMI）

本章小结

第6章 PID控制算法 ▼

学习目标

知识导图

6.1 控制基础回顾

6.2 模拟PID控制器 ▸

6.2.1 连续域的PID公式

6.2.2 三个环节的作用

6.2.3 为什么纯比例控制有静差

6.3 数字PID控制 ▸

6.3.1 离散化方法

6.3.2 位置型PID

6.3.3 增量型PID（最常用）

6.4 PID各环节影响分析

6.5 PID参数整定方法 ▸

6.5.1 经验试凑法（口诀法）

6.5.2 Ziegler-Nichols（Z-N）临界比例度法（简介）

6.6 应用实例 ▸

6.6.1 单容水箱液位PID控制

6.6.2 Arduino PID库应用

本章小结

第7章系统建模与仿真技术 ▼

学习目标

知识导图

7.1 数学模型概述 ▸

7.1.1 模型类型

7.1.2 建模的基本原则

7.2 传递函数基础 ▸

7.2.1 拉普拉斯变换入门

7.2.2 传递函数的定义

7.3 机械系统的数学模型 ▸

7.3.1 移动系统：质量-阻尼-弹簧

7.3.2 转动系统：转动惯量-阻尼-扭转弹簧

7.4 电路系统的数学模型 ▸

7.4.1 RC低通网络的传递函数

7.4.2 运算放大器电路建

7.5 机电系统模型相似性——力-电压类比

7.6 仿真工具与实例 ▸

7.6.1 MATLAB/Simulink简介

7.6.2 应用实例：直流电机速度伺服系统仿真

本章小结

第8章工业组态软件与MCGS ▼

学习目标

知识导图

8.1 组态软件概述 ▸

8.1.1 发展背景

8.1.2 组态软件的五大基本功能

8.2 国内外主流组态软件

8.3 MCGS组态软件详解 ▸

8.3.1 MCGS嵌入版五大部分

8.4 实战案例：水箱液位监控系统 ▸

8.4.1 系统组成

8.4.2 工程创建与设备连接

8.4.3 画面设计

8.4.4 运行策略

本章小结

第9章机电一体化系统设计与抗干扰技术 ▼

学习目标

知识导图

9.1 机电一体化系统设计方法 ▸

9.1.1 传统设计方法（4种）

9.1.2 现代设计方法（7种）

9.2 系统设计流程

9.3 干扰的基本概念 ▸

9.3.1 干扰三要素

9.4 干扰源与传播途径 ▸

9.4.1 供电干扰

9.4.2 过程通道干扰

9.4.3 空间场干扰

9.5 硬件抗干扰技术 ▸

9.5.1 屏蔽（Shielding）

9.5.2 接地（Grounding）

9.5.3 隔离（Isolation）

9.5.4 滤波（Filtering）

9.5.5 布线规范（Layout Rules）

9.6 软件抗干扰技术 ▸

9.6.1 指令冗余与软件陷阱

9.6.2 数字滤波（回顾与深化）

9.6.3 看门狗定时器（Watchdog Timer, WDT）

本章小结

第10章典型机电一体化产品（一）——工业机器人与数控机床 ▼

学习目标

知识导图

10.1 工业机器人概述 ▸

10.1.1 定义

10.1.2 四代发展历程

10.1.3 四大技术参数

10.2 工业机器人的机械结构

10.3 机器人传感器与驱动系统 ▸

10.3.1 传感器体系

10.3.2 三种驱动方式

10.4 机器人编程方式

10.5 综合案例：足球机器人系统 ▸

10.5.1 视觉子系统

10.5.2 决策子系统

10.5.3 通信子系统

10.5.4 小车子系统

10.6 数控机床 ▸

10.6.1 数控机床的组成与分类

10.6.2 C620普通车床数控改造实例

10.7 数控系统发展趋势

本章小结

第11章典型机电一体化产品（二）——3D打印与自动化生产线 ▼

学习目标

知识导图

11.1 3D打印概述 ▸

11.1.1 与传统制造的根本区别

11.1.2 典型工作流程

11.2 四种主流3D打印技术

11.3 FDM 3D打印机系统架构 ▸

11.3.1 软件系统

11.3.2 控制系统

11.3.3 机械系统

11.4 自动化生产线概述 ▸

11.4.1 自动机五大系统

11.4.2 三种控制方式

11.5 MPS模块化生产加工系统 ▸

11.5.1 送料检测站

11.5.2 搬运站

11.5.3 加工站

11.5.4 安装搬运站

11.6 自动化产线的未来趋势

本章小结

附录参考文献