從共享單車的智能鎖到汽車的自動(dòng)駕駛，從噴灑農(nóng)藥的無人機(jī)到工業(yè)磁盤的精密驅(qū)動(dòng)控制，無不體現(xiàn)出機(jī)電一體化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和產(chǎn)品的快速迭代。數(shù)字工程、仿真與建模、機(jī)電運(yùn)動(dòng)裝備、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微處理器及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等技術(shù)的飛速發(fā)展，給工業(yè)界和學(xué)術(shù)界帶來了新的挑戰(zhàn)。在智能制造時(shí)代，機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不同于從前，它比以往任何時(shí)候都需要多學(xué)科融合、多團(tuán)隊(duì)協(xié)同。它通過集成機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)，采用控制系統(tǒng)、數(shù)字方法，實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化的獨(dú)特之處在于：工程師可將機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)集成到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中。建模、仿真、分析、虛擬原型和可視化驗(yàn)證等都是開發(fā)新型機(jī)電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵過程和方法。基于此，本書強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃的與時(shí)俱進(jìn)，重視設(shè)計(jì)的方法論和控制策略的精準(zhǔn)性，著重討論機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論、數(shù)學(xué)建模、仿真、控制及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，通過機(jī)電有機(jī)結(jié)合的方法，構(gòu)造機(jī)電一體化系統(tǒng)的*佳設(shè)計(jì)框架，目的是培養(yǎng)具有系統(tǒng)分析、頂層設(shè)計(jì)能力的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才。本書是在華中科技大學(xué)雙一流建設(shè)項(xiàng)目交叉學(xué)科研究生高水平課程支持下完成的。為了適應(yīng)機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化專業(yè)和其他相近專業(yè)的教學(xué)要求，我們編寫了這本面向大學(xué)高年級(jí)和研究生的專業(yè)教材。學(xué)習(xí)本書需要有一定的機(jī)械制造技術(shù)、數(shù)值分析、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制工程和MATLAB/Simulink等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。在參考了國內(nèi)外大量機(jī)電一體化技術(shù)文獻(xiàn)、教材和著作的基礎(chǔ)上，作者結(jié)合在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生、研究生的多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果編寫了本書。對(duì)于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，如機(jī)械設(shè)計(jì)、單片機(jī)、工控機(jī)等，鑒于大多數(shù)高等院校的相關(guān)專業(yè)已經(jīng)設(shè)置相應(yīng)課程，同類教材也多有涉及，本書不再贅述，而是重點(diǎn)論述機(jī)電一體化系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)所必需的典型知識(shí)、共性技術(shù)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的數(shù)字建模、仿真分析、控制策略和綜合應(yīng)用技術(shù)，以匹配本書規(guī)劃的定位。全書共分為8章。第1章深入討論了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)比了機(jī)電一體化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和新型設(shè)計(jì)方法，并探討了其發(fā)展方向；第2章重點(diǎn)講解了系統(tǒng)建模和仿真，介紹了機(jī)電一體化中許多常見的物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包含機(jī)械元件、電子元件等，討論了其獨(dú)立建模和耦合建模方法；第3章講述了傳感器和換能器的基本原理和特性，包括位置傳感器、速度傳感器和加速度傳感器等；第4章討論了幾種類型的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包含步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)；第5章闡述了可編程序控制器原理及應(yīng)用案例；第6章介紹了機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與校正，詳細(xì)討論了基于根軌跡法和伯德圖的控制器設(shè)計(jì)和校正方法。第7章和第8章分別介紹了PID控制技術(shù)和分?jǐn)?shù)階PIλD控制技術(shù)。本書第1章由許劍鋒編寫，第2章到第7章由彭義兵編寫，第8章由羅映編寫，全書由彭義兵統(tǒng)稿。研究生吳琪、顏東鵬、朱思勰、杜瑩瑩、吳竟寧、雷若山、劉璇做了大量資料收集和圖表繪制工作，在此向他們表示衷心的感謝。感謝華中科技大學(xué)創(chuàng)新研究院、機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院對(duì)本項(xiàng)目的支持。此外，華中科技大學(xué)出版社對(duì)本書的出版也給予了極大支持，在此深表感謝。本書涉及的專業(yè)范圍很廣，限于作者水平，書中難免存在不足與疏漏之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。