具体描述
本书根据现代高等院校通识（公选）课程及实用自动控制技术教学大纲的要求而编写。是一本体现机电一
体化的综合性的技术教程。其特点在于实用，并兼顾必要的基础。读者用本书所介绍的原理和方法，可帮助解
决现代生产和科技中的许多实际问题。
全书较详细地介绍各种传感器的结构原理、优缺点与使用技巧，各种参数（力、热、声、光、电）的检测，
自动控制系统的基本类型、PID 调节器最佳校正方法及有关参数计算，51 单片机及应用，计算机及各类仪器仪
表、工业设备间的接口技术，显示（数字式、屏幕式）、记录（描笔式、光线式）、开关（半导体可控硅式、继
电接触器式）和电机等执行机构的选择及使用，科研课题（工程项目）调研、立项、安装、调试、考核、验收
等内容。书中还配有相应的例题、习题和习题参考答案。
本书可作为高等院校通识（公选）课程教材，也可作为科学研究人员、工程技术人员、维护修理人员以及
大专院校师生及爱好者的参考用书。
《精益制造：从理论到实践的卓越之路》 序言 在全球化竞争日益激烈的今天，企业生存与发展的关键在于其核心竞争力。而在众多竞争力要素中，生产制造能力无疑占据着举足轻重的地位。一个高效、灵活、低成本且质量卓越的生产体系，是企业赢得市场、实现可持续增长的基石。然而，传统的制造模式往往伴随着大量的浪费：过度的在制品堆积、无效的等待时间、不必要的搬运、质量缺陷返工、过度生产等等。这些浪费不仅增加了生产成本，降低了生产效率，更削弱了企业对市场变化的响应速度。 精益制造，作为一种源于日本丰田生产方式（TPS）的管理哲学与实践体系，正是为了解决上述痛点而生。它并非仅仅是技术装备的升级，更是一种思维模式的转变，一种对流程、对人、对物进行持续改进的文化。精益制造的核心在于“零浪费”，通过系统性的方法识别并消除生产过程中的一切非增值活动，从而实现价值流的优化，最终为客户提供更高价值的产品和服务。 本书《精益制造：从理论到实践的卓越之路》正是旨在为读者揭示精益制造的深刻内涵，阐述其核心理念、关键工具与方法，并重点在于如何将其有效地应用于实际的工程制造场景。我们相信，通过掌握精益制造的精髓，企业能够构建起极具竞争力的生产体系，实现生产效率、产品质量、客户满意度以及盈利能力的全面提升。 第一章：精益制造的基石——理解价值与浪费 在踏上精益制造的征程之前，我们必须首先建立对“价值”和“浪费”的清晰认知。 价值的定义： 在精益制造的语境下，价值是指客户愿意支付的、产品或服务在使用过程中所体现出来的所有功能和属性。任何不直接贡献于这些功能和属性的活动，都被视为非价值活动。例如，一个产品的功能、外观、耐用性是客户看重的价值，而生产过程中不必要地等待、搬运、检查等活动，则不能为客户创造直接价值。 七种（或八种）浪费： 精益制造理论系统地识别出了生产过程中存在的七种（有时会加上“未被充分利用的人才”成为八种）主要浪费，它们如同滋生在价值流中的“寄生虫”，吞噬着企业的资源和利润。 1. 等待（Waiting）： 指人员、设备或信息在工序之间或在进行某项活动时，不得不无所事事地等待。例如，操作工等待设备维修、物料未及时送达、信息流中断等。 2. 搬运（Transportation）： 指不必要的物料、产品或信息在不同地点之间的移动。过多的搬运不仅增加了时间，也增加了损坏、丢失的风险。 3. 过度加工（Over-processing）： 指进行超出客户需求或产品本身所必需的加工。例如，在不需要的表面进行抛光、使用精度过高的设备来完成简单任务、过度检查等。 4. 库存（Inventory）： 指任何超过实现生产或交付所必需的在制品、半成品或成品。过多的库存掩盖了生产中的问题，占用了资金，增加了仓储成本，并且可能因陈旧而贬值。 5. 动作（Motion）： 指操作人员在工作过程中进行的任何不必要的、非增值的动作。这包括来回走动、弯腰、抬头、搜索工具等。 6. 缺陷（Defects）： 指产品或服务中不符合质量要求的部分，需要返工、报废或提供补偿。缺陷是巨大的浪费，因为它不仅损失了材料和人工，还可能导致客户不满和信誉受损。 7. 过量生产（Overproduction）： 指在客户实际需求发生之前就生产出产品。这是最严重的浪费，因为它会导致上述其他所有浪费的产生。例如，生产出无人需要的成品，最终会变成库存。 8. 未被充分利用的人才（Underutilization of Talent）： 指未能充分发挥员工的技能、知识和创造力。忽视员工的建议、缺乏培训、工作岗位设置不合理等，都会导致人才的浪费。 理解并能识别这些浪费，是精益制造变革的起点。只有当管理者和一线员工都能够清晰地看到并认识到这些浪费的危害性，才有可能积极主动地去消除它们。 第二章：精益制造的核心原则与理念 精益制造并非零散的工具组合，而是一套相互关联、相互支撑的系统性原则。理解这些原则，是掌握精益制造精髓的关键。 明确价值（Define Value）： 精益制造始于对客户价值的深刻理解。任何流程的设计都应围绕如何最大化地为客户传递价值展开。 识别价值流（Map the Value Stream）： 价值流是指从原材料到最终交付给客户的过程中，所有创造价值和不创造价值的活动序列。通过绘制价值流图（VSM），我们可以直观地展现整个流程，并找出其中存在的浪费环节。 实现流动（Create Flow）： 目标是将产品或信息在价值流中实现“连续流动”，消除瓶颈和停滞。这意味着要打破部门壁垒，优化工序衔接，减少在制品堆积。 建立拉动系统（Establish Pull）： 拉动系统是指按照客户的实际需求来指导生产，而不是基于预测进行推动。只有当后道工序（或客户）需要时，前道工序才生产。这有效地避免了过量生产。 追求完美（Pursue Perfection）： 精益制造是一个持续改进的过程，永无止境。通过不断地识别浪费、消除浪费，并推动流程的优化，最终实现卓越的生产状态。 这些原则共同构成了精益制造的思维框架。它们强调的是一种“少即是多”、“流动即效率”、“需求即指挥”的全新生产理念。 第三章：精益制造的关键工具与方法 为了实现上述原则，精益制造发展出了一系列行之有效的工具和方法，它们是精益转型的“利器”。 价值流图（Value Stream Mapping, VSM）： VSM是一种可视化工具，用于绘制出产品从原材料到交付给客户的整个流程，包括物料流和信息流。它能帮助我们清晰地看到生产过程中的每个环节、每个等待时间、每个库存点，从而有效地识别浪费。 5S现场管理： 5S是整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）、素养（Shitsuke）五个日语词的缩写。它通过规范化的现场管理，创造一个干净、整洁、有序、安全的工作环境，为后续的精益改善奠定基础。 整理： 区分需要和不需要的物品，处理掉不需要的。 整顿： 将需要物品定位、定量、定容，使其易于取用和归还。 清扫： 清洁工作区域，检查设备，发现潜在问题。 清洁： 保持和维持前三个S的成果，将清洁作为一种习惯。 素养： 提高员工的自觉性和纪律性，使5S成为一种自觉行为。 看板管理（Kanban）： 看板是一种信息传递工具，用于实现拉动式生产。通过看板，可以清晰地指示生产和物料的需求，避免过量生产和库存积压。 防错法（Poka-Yoke）： Poka-Yoke，意为“防止出错”，是一种旨在通过简便的装置、方法或流程设计，使操作失误难以发生或一旦发生就能被立即发现纠正的技术。例如，连接器只能以一种方向插入。 持续改善（Kaizen）： Kaizen是日语“改善”的音译，是指全员参与，持续不断地对现有流程、工作方法进行小步、渐进的改进。Kaizen强调的是积少成多，日积月累的进步。 快速换模（Single-Minute Exchange of Die, SMED）： SMED是一种旨在大幅缩短生产设备换型（换产）时间的管理技术。通过将换型过程中的“内部作业”（设备停止时才能进行的操作）转化为“外部作业”（设备运行时即可进行的操作），并不断优化内部作业，从而实现快速换模。 全面生产维护（Total Productive Maintenance, TPM）： TPM旨在通过全体员工的参与，建立一种全周期、全员参与的设备维护管理体系，以实现零事故、零故障、零浪费的生产目标。 批量减小（Small Lot Production）： 减少生产批量，可以加快产品流动速度，降低在制品库存，提高对市场变化的响应能力。 第四章：精益制造在工程应用中的实践 精益制造的理念和工具并非空中楼阁，它们在各种工程应用场景中都发挥着巨大作用。 产品设计与开发中的精益： 在产品设计阶段就引入精益思维，可以从源头上避免设计带来的浪费。例如，采用模块化设计、标准化零部件，以及充分考虑可制造性（Design for Manufacturability, DFM）和可装配性（Design for Assembly, DFA），可以降低后续生产的复杂性和成本。 生产车间与流程优化： 这是精益制造应用最广泛的领域。通过VSM识别瓶颈，通过5S创造良好环境，通过看板实现拉动，通过SMED提高设备利用率，通过TPM保障设备稳定运行。例如，在汽车制造、电子产品组装、机械加工等行业，精益制造已成为提升效率和质量的标配。 供应链管理中的精益： 将精益思想延伸至供应链，可以实现与供应商和客户之间的协同优化。例如，建立VMI（Vendor Managed Inventory，供应商管理库存）模式，实现物料的及时、准确供应；与客户协同，实现需求预测的精准化，减少成品库存。 服务与管理领域的精益： 精益制造的原则同样适用于服务行业和企业管理。例如，医院可以通过精益方法优化就诊流程，减少患者等待时间；软件开发可以通过精益敏捷（Lean Agile）方法加速产品迭代；行政部门可以通过5S和流程优化提升工作效率。 精益质量管理： 精益制造与质量管理密不可分。通过失效模式与影响分析（FMEA）、统计过程控制（SPC）等工具，与精益方法相结合，可以主动识别和预防质量问题，实现 Defects 的消除。 第五章：精益制造的实施挑战与成功要素 精益制造的实施并非一蹴而就，过程中会遇到诸多挑战，但也有一些关键的成功要素。 实施挑战： 文化阻力： 改变根深蒂固的工作习惯和思维模式是最大的挑战。 管理层承诺： 如果高层管理者不真正理解和支持，精益项目难以深入。 员工培训与参与： 缺乏充分的培训和员工的积极参与，会导致改进停滞。 “治标不治本”的倾向： 只关注短期效果，而忽略了根本性问题的解决。 数据和度量： 缺乏有效的数据收集和分析能力，难以衡量改进效果。 成功要素： 强有力的领导和承诺： 管理层必须成为精益变革的推动者和榜样。 全员参与和赋权： 鼓励所有员工发现问题、提出解决方案，并给予他们实施改进的权力。 持续的培训和沟通： 建立持续学习的氛围，让员工不断掌握精益工具和方法。 以客户为中心： 始终将为客户创造价值作为改进的出发点。 系统性思维： 将生产系统视为一个整体，而不是孤立的部门或工序。 耐心与毅力： 精益制造是一个长期的旅程，需要持续不断的努力和改进。 结语 《精益制造：从理论到实践的卓越之路》的每一页都致力于揭示如何通过系统性的方法，识别并消除生产过程中的浪费，从而实现卓越的运营。它不仅仅是一本介绍理论的书籍，更是指导您如何将这些理念转化为实际行动，在您的工程应用领域中，开启一条通往更高效率、更优质量、更低成本的卓越之路。通过学习和实践本书所阐述的内容，您将能够构建起一套富有生命力的精益生产体系，在激烈的市场竞争中脱颖而出，实现持续的增长与成功。
作者简介
目录信息
第 1章 自动控制技术概述
1.1 引言............................................................................................................................................ 1
1.2 高技术和新技术基本特征......................................................................................................... 1
1.3 实用自动控制特点及内容......................................................................................................... 4
1.3.1 特点................................................................................................................................. 4
1.3.2 内容................................................................................................................................. 4
1.4 习题............................................................................................................................................ 8
第2 章 传感器的结构原理
2.1 传感器概述................................................................................................................................ 9
2.1.1 传感器概念...................................................................................................................... 9
2.1.2 传感器的应用.................................................................................................................. 9
2.2 电阻式传感器........................................................................................................................... 10
2.2.1 原理............................................................................................................................... 10
2.2.2 结构类型........................................................................................................................ 11
2.3 电感式传感器........................................................................................................................... 14
2.3.1 原理............................................................................................................................... 15
2.3.2 电感式传感器的主要形式............................................................................................ 15
2.4 电容式传感器........................................................................................................................... 18
2.4.1 原理............................................................................................................................... 18
2.4.2 结构类型........................................................................................................................ 18
2.4.3 电容式传感器的优缺点................................................................................................ 20
2.5 光电式传感器........................................................................................................................... 20
2.5.1 光电元件........................................................................................................................ 20
2.5.2 光电传感器的应用实例................................................................................................ 24
2.6 光纤传感器............................................................................................................................... 26
2.6.1 工作原理........................................................................................................................ 26
2.6.2 结构类型........................................................................................................................ 28
2.7 霍尔传感器............................................................................................................................... 31
2.7.1 原理............................................................................................................................... 31
2.7.2 霍尔元件的基本结构.................................................................................................... 33
2.7.3 霍尔元件的使用方法.................................................................................................... 33
2.8 温度传感器............................................................................................................................... 34
2.8.1 热电偶测温原理............................................................................................................ 36
2.8.2 热电偶结构.................................................................................................................... 36
2.8.3 热电偶的使用................................................................................................................ 37
2.8.4 热电偶的补偿导线........................................................................................................ 38
2.8.5 热电偶使用注意事项.................................................................................................... 40
2.8.6 热电偶故障及其修复方法............................................................................................ 41
2.8.7 热敏电阻温度传感器性能参数.................................................................................... 41
2.8.8 集成温度传感器............................................................................................................ 42
2.9 气体传感器............................................................................................................................... 43
2.9.1 半导体气体传感器结构................................................................................................ 43
2.9.2 应用举例........................................................................................................................ 44
2.10 磁性传感器............................................................................................................................. 46
2.10.1 压磁式传感器.............................................................................................................. 46
2.10.2 磁电式传感器.............................................................................................................. 49
2.11 其他形式传感器..................................................................................................................... 52
2.11.1 涡流传感器.................................................................................................................. 53
2.11.2 压电式传感器.............................................................................................................. 55
2.11.3 振弦式传感器.............................................................................................................. 57
2.11.4 湿度传感器.................................................................................................................. 58
2.11.5 等强度应变梁传感器.................................................................................................. 62
2.11.6 商业电子秤用传感器.................................................................................................. 65
2.12 传感器的现状及存在问题..................................................................................................... 67
2.13 习题........................................................................................................................................ 72
第3 章 参数检测
3.1 力参数检测............................................................................................................................... 73
3.1.1 扭转力矩检测................................................................................................................ 73
3.1.2 压（拉）力检测............................................................................................................ 83
3.1.3 张力检测........................................................................................................................ 86
3.1.4 应力检测........................................................................................................................ 88
3.2 热参数检测............................................................................................................................... 94
3.2.1 热敏电阻检测法............................................................................................................ 94
3.2.2 热电偶检测法................................................................................................................ 96
3.3 声参数检测............................................................................................................................... 97
3.3.1 声强测定原理................................................................................................................ 98
3.3.2 测定方法........................................................................................................................ 99
3.4 光参数检测............................................................................................................................. 100
3.4.1 测定原理...................................................................................................................... 100
3.4.2 检测方法...................................................................................................................... 101
3.5 电参数检测............................................................................................................................. 103
3.5.1 直流电流和直流电压的检测...................................................................................... 103
3.5.2 直流电功率检测.......................................................................................................... 106
3.5.3 交流电流和交流电压的检测...................................................................................... 107
3.5.4 交流电功率检测.......................................................................................................... 107
3.5.5 电参数测量注意事项.................................................................................................. 109
3.6 习题........................................................................................................................................ 110
第4 章 自动控制理论基础
4.1 系统动态过程分析基础......................................................................................................... 112
4.1.1 过渡过程及微分方程算子法...................................................................................... 112
4.1.2 结构图及传递函数...................................................................................................... 117
4.1.3 电路的导纳阻抗及传递函数表示方法...................................................................... 122
4.2 常用控制系统的基本类型..................................................................................................... 126
4.2.1 单回路系统.................................................................................................................. 126
4.2.2 多回路系统.................................................................................................................. 126
4.2.3 串级系统...................................................................................................................... 127
4.2.4 比值系统...................................................................................................................... 128
4.2.5 复合系统...................................................................................................................... 129
4.3 自动控制系统典型环节......................................................................................................... 130
4.3.1 惯性环节...................................................................................................................... 130
4.3.2 比例环节...................................................................................................................... 131
4.3.3 积分环节...................................................................................................................... 132
4.3.4 滞后环节...................................................................................................................... 134
4.3.5 振荡环节...................................................................................................................... 135
4.3.6 微分环节...................................................................................................................... 136
4.4 PID 调节器.............................................................................................................................. 137
4.4.1 比例（P）调节器........................................................................................................ 139
4.4.2 积分（I）调节器......................................................................................................... 140
4.4.3 微分（D）调节器....................................................................................................... 141
4.4.4 比例积分（PI）调节器............................................................................................... 141
4.4.5 比例微分（PD）调节器............................................................................................. 144
4.4.6 比例积分微分（PID）调节器.................................................................................... 146
4.4.7 反馈网路带有电位计的调节器及惯性环节.............................................................. 151
4.5 最佳控制系统的标准及校正方法......................................................................................... 157
4.5.1 评价系统的主要指标.................................................................................................. 157
4.5.2 二阶闭环调节系统的最佳标准.................................................................................. 158
4.5.3 三阶闭环调节系统的最佳标准.................................................................................. 159
4.5.4 二阶或三阶最佳标准应用举例.................................................................................. 161
4.5.5 校正方法...................................................................................................................... 171
4.6 控制系统常用参数（公式）图表及符号说明..................................................................... 173
4.6.1 调节器的二阶最佳与三阶最佳比较.......................................................................... 173
4.6.2 电气传动常用调节对象的计算.................................................................................. 174
4.6.3 常用电气网路的复数阻抗.......................................................................................... 178
4.6.4 常用电子调节器的线路及特性.................................................................................. 180
4.6.5 符号说明...................................................................................................................... 183
4.7 习题........................................................................................................................................ 184
第5 章 计算机控制
5.1 结构特性................................................................................................................................ 189
5.2 指令功能................................................................................................................................ 193
5.2.1 指令符号的意义.......................................................................................................... 193
5.2.2 指令及地址.................................................................................................................. 194
5.3 应用举例................................................................................................................................ 203
5.3.1 工业顺序控制.............................................................................................................. 204
5.3.2 步进电机控制.............................................................................................................. 207
5.3.3 警报音变控制.............................................................................................................. 208
5.3.4 彩灯花样控制.............................................................................................................. 209
5.3.5 用单片机控制测量系统.............................................................................................. 210
5.4 习题........................................................................................................................................ 212
第6 章 接口技术
6.1 电平变换接口......................................................................................................................... 213
6.2 各类半导体器件间的接口..................................................................................................... 215
6.2.1 晶体管驱动TTL 电路的接口..................................................................................... 215
6.2.2 运算放大器与CMOS电路间的接口......................................................................... 216
6.2.3 CMOS 与TTL 的接口................................................................................................. 216
6.2.4 光敏器件同TTL 匹配的接口..................................................................................... 217
6.3 工业电气设备及大负载与低压半导体器件的接口............................................................. 217
6.3.1 工业电气设备与低压半导体器件的接口.................................................................. 218
6.3.2 大负载与低压半导体的接口...................................................................................... 218
6.4 阻抗匹配及负荷计算............................................................................................................. 220
6.4.1 阻抗匹配实例.............................................................................................................. 220
6.4.2 负荷计算...................................................................................................................... 223
6.5 D/A（数/模）转换及接口..................................................................................................... 224
6.5.1 D/A（数/模）转换原理.............................................................................................. 224
6.5.2 D/A（数/模）转换器及接口...................................................................................... 225
6.6 A/D（模/数）转换及接口..................................................................................................... 226
6.6.1 双积分A/D（模/数）转换原理................................................................................. 226
6.6.2 双积分A/D（模/数）转换器及接口......................................................................... 227
6.7 微机键盘、显示及通讯接口................................................................................................. 228
6.7.1 键盘接口...................................................................................................................... 228
6.7.2 显示器接口.................................................................................................................. 232
6.7.3 通讯接口...................................................................................................................... 233
6.8 习题........................................................................................................................................ 235
第7 章 执行机构
7.1 显示执行机构......................................................................................................................... 236
7.1.1 数字式.......................................................................................................................... 236
7.1.2 屏幕式.......................................................................................................................... 240
7.2 记录执行机构......................................................................................................................... 241
7.2.1 描笔式记录仪.............................................................................................................. 241
7.2.2 自动平衡记录器.......................................................................................................... 244
7.2.3 x-y 记录器.................................................................................................................... 245
7.2.4 光线示波器.................................................................................................................. 245
7.2.5 各种记录器的性能比较.............................................................................................. 247
7.3 电机执行机构......................................................................................................................... 248
7.3.1 电机的结构及使用...................................................................................................... 248
7.3.2 电机的选择.................................................................................................................. 251
7.3.3 电机容量计算.............................................................................................................. 255
7.4 开关执行机构......................................................................................................................... 257
7.4.1 接触器.......................................................................................................................... 257
7.4.2 继电器.......................................................................................................................... 260
7.4.3 半导体开关及机械开关.............................................................................................. 263
7.5 习题........................................................................................................................................ 266
第8 章 整机系统分析
8.1 整机系统设计......................................................................................................................... 267
8.1.1 整机系统设计方法...................................................................................................... 268
8.1.2 整机系统设计步骤...................................................................................................... 270
8.2 整机系统安装......................................................................................................................... 270
8.2.1 老化筛选...................................................................................................................... 270
8.2.2 结构布局...................................................................................................................... 271
8.2.3 部件安装...................................................................................................................... 271
8.2.4 整机连接...................................................................................................................... 274
8.3 整机系统调试和测量............................................................................................................. 276
8.3.1 调试过程中的测量...................................................................................................... 277
8.3.2 整机系统的调试.......................................................................................................... 283
8.4 整机系统考核......................................................................................................................... 290
8.5 习题........................................................................................................................................ 291
附录 A 习题参考答案....................................................................................................... 293
附录B 几种MCS-51单片机与其他器件的连接线路图.................................................... 296
参考文献............................................................................................................................. 301
· · · · · · (收起)
1.1 引言............................................................................................................................................ 1
1.2 高技术和新技术基本特征......................................................................................................... 1
1.3 实用自动控制特点及内容......................................................................................................... 4
1.3.1 特点................................................................................................................................. 4
1.3.2 内容................................................................................................................................. 4
1.4 习题............................................................................................................................................ 8
第2 章 传感器的结构原理
2.1 传感器概述................................................................................................................................ 9
2.1.1 传感器概念...................................................................................................................... 9
2.1.2 传感器的应用.................................................................................................................. 9
2.2 电阻式传感器........................................................................................................................... 10
2.2.1 原理............................................................................................................................... 10
2.2.2 结构类型........................................................................................................................ 11
2.3 电感式传感器........................................................................................................................... 14
2.3.1 原理............................................................................................................................... 15
2.3.2 电感式传感器的主要形式............................................................................................ 15
2.4 电容式传感器........................................................................................................................... 18
2.4.1 原理............................................................................................................................... 18
2.4.2 结构类型........................................................................................................................ 18
2.4.3 电容式传感器的优缺点................................................................................................ 20
2.5 光电式传感器........................................................................................................................... 20
2.5.1 光电元件........................................................................................................................ 20
2.5.2 光电传感器的应用实例................................................................................................ 24
2.6 光纤传感器............................................................................................................................... 26
2.6.1 工作原理........................................................................................................................ 26
2.6.2 结构类型........................................................................................................................ 28
2.7 霍尔传感器............................................................................................................................... 31
2.7.1 原理............................................................................................................................... 31
2.7.2 霍尔元件的基本结构.................................................................................................... 33
2.7.3 霍尔元件的使用方法.................................................................................................... 33
2.8 温度传感器............................................................................................................................... 34
2.8.1 热电偶测温原理............................................................................................................ 36
2.8.2 热电偶结构.................................................................................................................... 36
2.8.3 热电偶的使用................................................................................................................ 37
2.8.4 热电偶的补偿导线........................................................................................................ 38
2.8.5 热电偶使用注意事项.................................................................................................... 40
2.8.6 热电偶故障及其修复方法............................................................................................ 41
2.8.7 热敏电阻温度传感器性能参数.................................................................................... 41
2.8.8 集成温度传感器............................................................................................................ 42
2.9 气体传感器............................................................................................................................... 43
2.9.1 半导体气体传感器结构................................................................................................ 43
2.9.2 应用举例........................................................................................................................ 44
2.10 磁性传感器............................................................................................................................. 46
2.10.1 压磁式传感器.............................................................................................................. 46
2.10.2 磁电式传感器.............................................................................................................. 49
2.11 其他形式传感器..................................................................................................................... 52
2.11.1 涡流传感器.................................................................................................................. 53
2.11.2 压电式传感器.............................................................................................................. 55
2.11.3 振弦式传感器.............................................................................................................. 57
2.11.4 湿度传感器.................................................................................................................. 58
2.11.5 等强度应变梁传感器.................................................................................................. 62
2.11.6 商业电子秤用传感器.................................................................................................. 65
2.12 传感器的现状及存在问题..................................................................................................... 67
2.13 习题........................................................................................................................................ 72
第3 章 参数检测
3.1 力参数检测............................................................................................................................... 73
3.1.1 扭转力矩检测................................................................................................................ 73
3.1.2 压（拉）力检测............................................................................................................ 83
3.1.3 张力检测........................................................................................................................ 86
3.1.4 应力检测........................................................................................................................ 88
3.2 热参数检测............................................................................................................................... 94
3.2.1 热敏电阻检测法............................................................................................................ 94
3.2.2 热电偶检测法................................................................................................................ 96
3.3 声参数检测............................................................................................................................... 97
3.3.1 声强测定原理................................................................................................................ 98
3.3.2 测定方法........................................................................................................................ 99
3.4 光参数检测............................................................................................................................. 100
3.4.1 测定原理...................................................................................................................... 100
3.4.2 检测方法...................................................................................................................... 101
3.5 电参数检测............................................................................................................................. 103
3.5.1 直流电流和直流电压的检测...................................................................................... 103
3.5.2 直流电功率检测.......................................................................................................... 106
3.5.3 交流电流和交流电压的检测...................................................................................... 107
3.5.4 交流电功率检测.......................................................................................................... 107
3.5.5 电参数测量注意事项.................................................................................................. 109
3.6 习题........................................................................................................................................ 110
第4 章 自动控制理论基础
4.1 系统动态过程分析基础......................................................................................................... 112
4.1.1 过渡过程及微分方程算子法...................................................................................... 112
4.1.2 结构图及传递函数...................................................................................................... 117
4.1.3 电路的导纳阻抗及传递函数表示方法...................................................................... 122
4.2 常用控制系统的基本类型..................................................................................................... 126
4.2.1 单回路系统.................................................................................................................. 126
4.2.2 多回路系统.................................................................................................................. 126
4.2.3 串级系统...................................................................................................................... 127
4.2.4 比值系统...................................................................................................................... 128
4.2.5 复合系统...................................................................................................................... 129
4.3 自动控制系统典型环节......................................................................................................... 130
4.3.1 惯性环节...................................................................................................................... 130
4.3.2 比例环节...................................................................................................................... 131
4.3.3 积分环节...................................................................................................................... 132
4.3.4 滞后环节...................................................................................................................... 134
4.3.5 振荡环节...................................................................................................................... 135
4.3.6 微分环节...................................................................................................................... 136
4.4 PID 调节器.............................................................................................................................. 137
4.4.1 比例（P）调节器........................................................................................................ 139
4.4.2 积分（I）调节器......................................................................................................... 140
4.4.3 微分（D）调节器....................................................................................................... 141
4.4.4 比例积分（PI）调节器............................................................................................... 141
4.4.5 比例微分（PD）调节器............................................................................................. 144
4.4.6 比例积分微分（PID）调节器.................................................................................... 146
4.4.7 反馈网路带有电位计的调节器及惯性环节.............................................................. 151
4.5 最佳控制系统的标准及校正方法......................................................................................... 157
4.5.1 评价系统的主要指标.................................................................................................. 157
4.5.2 二阶闭环调节系统的最佳标准.................................................................................. 158
4.5.3 三阶闭环调节系统的最佳标准.................................................................................. 159
4.5.4 二阶或三阶最佳标准应用举例.................................................................................. 161
4.5.5 校正方法...................................................................................................................... 171
4.6 控制系统常用参数（公式）图表及符号说明..................................................................... 173
4.6.1 调节器的二阶最佳与三阶最佳比较.......................................................................... 173
4.6.2 电气传动常用调节对象的计算.................................................................................. 174
4.6.3 常用电气网路的复数阻抗.......................................................................................... 178
4.6.4 常用电子调节器的线路及特性.................................................................................. 180
4.6.5 符号说明...................................................................................................................... 183
4.7 习题........................................................................................................................................ 184
第5 章 计算机控制
5.1 结构特性................................................................................................................................ 189
5.2 指令功能................................................................................................................................ 193
5.2.1 指令符号的意义.......................................................................................................... 193
5.2.2 指令及地址.................................................................................................................. 194
5.3 应用举例................................................................................................................................ 203
5.3.1 工业顺序控制.............................................................................................................. 204
5.3.2 步进电机控制.............................................................................................................. 207
5.3.3 警报音变控制.............................................................................................................. 208
5.3.4 彩灯花样控制.............................................................................................................. 209
5.3.5 用单片机控制测量系统.............................................................................................. 210
5.4 习题........................................................................................................................................ 212
第6 章 接口技术
6.1 电平变换接口......................................................................................................................... 213
6.2 各类半导体器件间的接口..................................................................................................... 215
6.2.1 晶体管驱动TTL 电路的接口..................................................................................... 215
6.2.2 运算放大器与CMOS电路间的接口......................................................................... 216
6.2.3 CMOS 与TTL 的接口................................................................................................. 216
6.2.4 光敏器件同TTL 匹配的接口..................................................................................... 217
6.3 工业电气设备及大负载与低压半导体器件的接口............................................................. 217
6.3.1 工业电气设备与低压半导体器件的接口.................................................................. 218
6.3.2 大负载与低压半导体的接口...................................................................................... 218
6.4 阻抗匹配及负荷计算............................................................................................................. 220
6.4.1 阻抗匹配实例.............................................................................................................. 220
6.4.2 负荷计算...................................................................................................................... 223
6.5 D/A（数/模）转换及接口..................................................................................................... 224
6.5.1 D/A（数/模）转换原理.............................................................................................. 224
6.5.2 D/A（数/模）转换器及接口...................................................................................... 225
6.6 A/D（模/数）转换及接口..................................................................................................... 226
6.6.1 双积分A/D（模/数）转换原理................................................................................. 226
6.6.2 双积分A/D（模/数）转换器及接口......................................................................... 227
6.7 微机键盘、显示及通讯接口................................................................................................. 228
6.7.1 键盘接口...................................................................................................................... 228
6.7.2 显示器接口.................................................................................................................. 232
6.7.3 通讯接口...................................................................................................................... 233
6.8 习题........................................................................................................................................ 235
第7 章 执行机构
7.1 显示执行机构......................................................................................................................... 236
7.1.1 数字式.......................................................................................................................... 236
7.1.2 屏幕式.......................................................................................................................... 240
7.2 记录执行机构......................................................................................................................... 241
7.2.1 描笔式记录仪.............................................................................................................. 241
7.2.2 自动平衡记录器.......................................................................................................... 244
7.2.3 x-y 记录器.................................................................................................................... 245
7.2.4 光线示波器.................................................................................................................. 245
7.2.5 各种记录器的性能比较.............................................................................................. 247
7.3 电机执行机构......................................................................................................................... 248
7.3.1 电机的结构及使用...................................................................................................... 248
7.3.2 电机的选择.................................................................................................................. 251
7.3.3 电机容量计算.............................................................................................................. 255
7.4 开关执行机构......................................................................................................................... 257
7.4.1 接触器.......................................................................................................................... 257
7.4.2 继电器.......................................................................................................................... 260
7.4.3 半导体开关及机械开关.............................................................................................. 263
7.5 习题........................................................................................................................................ 266
第8 章 整机系统分析
8.1 整机系统设计......................................................................................................................... 267
8.1.1 整机系统设计方法...................................................................................................... 268
8.1.2 整机系统设计步骤...................................................................................................... 270
8.2 整机系统安装......................................................................................................................... 270
8.2.1 老化筛选...................................................................................................................... 270
8.2.2 结构布局...................................................................................................................... 271
8.2.3 部件安装...................................................................................................................... 271
8.2.4 整机连接...................................................................................................................... 274
8.3 整机系统调试和测量............................................................................................................. 276
8.3.1 调试过程中的测量...................................................................................................... 277
8.3.2 整机系统的调试.......................................................................................................... 283
8.4 整机系统考核......................................................................................................................... 290
8.5 习题........................................................................................................................................ 291
附录 A 习题参考答案....................................................................................................... 293
附录B 几种MCS-51单片机与其他器件的连接线路图.................................................... 296
参考文献............................................................................................................................. 301
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
对于我这种在传统机械行业工作多年，现在需要进行数字化转型的技术人员来说，这本书简直是及时雨。我的主要工作是维护老旧设备，对新的工业物联网（IIoT）技术感到有些力不从心。这本书在“工程应用”这四个字上做得非常到位，它并没有停留在实验室模型上，而是深入到实际工业现场的数据采集、远程监控和故障诊断。书中对工业以太网、OPC UA等通信协议的介绍非常实用，让我明白了如何将现场的仪表数据安全、有效地上传到云端进行分析。此外，书中关于预测性维护的章节，结合了大数据分析的初步概念，为我们如何利用历史运行数据来预判设备故障提供了清晰的思路。虽然我对软件编程的兴趣不大，但这本书对软件与硬件接口的处理方式讲解得非常直观，让我能够更好地与软件工程师沟通，共同推进改造项目。它极大地拓宽了我的技术视野，让我看到了自动化技术更广阔的未来形态。
这本关于工业自动化和现代控制系统的书，简直就是一本实战宝典！我作为一名刚入行的工程师，之前对PLC编程和各种传感器的数据处理总是摸不着头脑。这本书的讲解方式非常接地气，没有过多地陷入那些高深的数学公式，而是把重点放在了实际工程中的问题解决上。比如，书中对PID控制算法的阐述，不仅仅是告诉你公式是什么，更是深入浅出地分析了在不同工况下，如何通过调整比例、积分、微分参数来优化系统的响应速度和稳定性。我特别喜欢它在案例分析部分，那些实际的生产线改造案例，让我清楚地看到了理论知识是如何转化为生产力的。特别是关于运动控制的部分，详细讲解了伺服驱动器和变频器的选型与调试，这些都是我过去工作中经常遇到的“拦路虎”。读完后，我对整个自动化系统的架构有了更清晰的认识，不再是零散的知识点了，而是形成了一个完整的知识体系。对于想从理论走向实践的读者来说，这本书无疑是最好的引路人。
老实说，我是一个对理论深度有较高要求的读者，这本书在理论基础的构建上，着实让我眼前一亮。它对现代控制理论中的经典理论，比如李雅普诺夫稳定性判据、最优控制的基础思想等，都有非常严谨和清晰的论述。我之前读过一些偏向应用的书籍，往往在深入理论时就草草收场，但这本书却不同，它在保证应用性的同时，并没有牺牲理论的严谨性。比如，在讨论模糊控制和神经网络控制时，作者清晰地阐述了这些非线性控制方法背后的逻辑和局限性，而不是简单地罗列算法步骤。我尤其欣赏它在系统辨识方面的章节，使用了多种辨识模型，并对比了它们的优缺点和适用范围，这对于进行精确系统建模至关重要。虽然部分章节的数学推导对我来说需要反复琢磨，但正是这种深度，使得我对底层原理的理解更加扎实，不再满足于“知道怎么做”，而是开始思考“为什么这样做”。
从一名高校学生的角度来看，这本书的价值在于它弥补了课堂教学与实际工业需求之间的巨大鸿沟。课堂上学的控制理论往往是最理想化的模型，但实际的工业环境充满了噪声、延迟和不确定性。这本书的作者显然具备丰富的工程经验，他们提出的解决方案总是能考虑到实际的物理限制和经济成本。例如，在处理时间延迟系统时，书中并没有只介绍理论上的对策，而是详细分析了在实际生产线上，增加缓冲器、采用前馈控制或者软件补偿的实际操作难度和效果对比。书中对不同类型控制器的鲁棒性分析也非常到位，这对于我们理解为什么有些控制方案在实验室表现完美，一旦投入实际生产线就会出问题的原因，提供了很好的视角。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的老工程师在手把手地带你走过从设计到调试的全过程，对于提升学生的工程实践能力有无可替代的作用。
这本书的排版和组织结构非常有利于快速查找和学习。我经常需要在短时间内回顾某个特定知识点，比如某个特定传感器的抗干扰措施，或者某个特定算法的参数调整范围。这本书的章节划分非常清晰，索引和术语表做得也相当专业。我最欣赏的是它的“知识点关联”设计，在介绍一个新概念时，常常会回顾前面提到过的相关原理，形成一个网状结构，而不是孤立地讲解每一个技术。这对于我这种时间零碎的学习者来说极其友好。不过，也正因为它内容详实，想快速“扫盲”可能有些难度，需要沉下心来仔细阅读才能体会其精髓。对于那些希望系统性学习，并且愿意投入时间的读者，这本书绝对是值得信赖的参考书，它就像一本“武功秘籍”，需要反复研读才能掌握其中的精髓。
好书，很实用。对创新人员、科技开发人员很有用。
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