從共享單車的智能鎖到汽車的自動駕駛，從噴灑農藥的無人機到工業(yè)磁盤的精密驅動控制，無不體現(xiàn)出機電一體化系統(tǒng)的廣泛應用和產品的快速迭代。數(shù)字工程、仿真與建模、機電運動裝備、微機電系統(tǒng)(MEMS)、微處理器及數(shù)字信號處理器(DSP)等技術的飛速發(fā)展，給工業(yè)界和學術界帶來了新的挑戰(zhàn)。在智能制造時代，機電一體化系統(tǒng)的設計，不同于從前，它比以往任何時候都需要多學科融合、多團隊協(xié)同。它通過集成機械、電子、計算機科學與信息技術，采用控制系統(tǒng)、數(shù)字方法，實現(xiàn)智能產品和系統(tǒng)的設計。機電一體化的獨特之處在于：工程師可將機械、電子、計算機科學與信息技術集成到整個產品的設計過程中。建模、仿真、分析、虛擬原型和可視化驗證等都是開發(fā)新型機電一體化產品的關鍵過程和方法�；�于此，本書強調系統(tǒng)規(guī)劃的與時俱進，重視設計的方法論和控制策略的精準性，著重討論機電一體化系統(tǒng)設計的基本理論、數(shù)學建模、仿真、控制及相關的關鍵技術，通過機電有機結合的方法，構造機電一體化系統(tǒng)的*佳設計框架，目的是培養(yǎng)具有系統(tǒng)分析、頂層設計能力的機電一體化系統(tǒng)設計人才。本書是在華中科技大學雙一流建設項目交叉學科研究生高水平課程支持下完成的。為了適應機械電子工程、機械設計制造及其自動化、機電一體化專業(yè)和其他相近專業(yè)的教學要求，我們編寫了這本面向大學高年級和研究生的專業(yè)教材。學習本書需要有一定的機械制造技術、數(shù)值分析、傳感器與檢測技術、電子計算機技術、控制工程和MATLAB/Simulink等相關基礎知識。在參考了國內外大量機電一體化技術文獻、教材和著作的基礎上，作者結合在機械設計制造及其自動化專業(yè)本科生、研究生的多年教學經驗和科研成果編寫了本書。對于機電一體化系統(tǒng)設計的基礎知識，如機械設計、單片機、工控機等，鑒于大多數(shù)高等院校的相關專業(yè)已經設置相應課程，同類教材也多有涉及，本書不再贅述，而是重點論述機電一體化系統(tǒng)分析和設計所必需的典型知識、共性技術，強調系統(tǒng)的數(shù)字建模、仿真分析、控制策略和綜合應用技術，以匹配本書規(guī)劃的定位。全書共分為8章。第1章深入討論了機電一體化設計過程的關鍵內容，對比了機電一體化傳統(tǒng)設計和新型設計方法，并探討了其發(fā)展方向；第2章重點講解了系統(tǒng)建模和仿真，介紹了機電一體化中許多常見的物理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包含機械元件、電子元件等，討論了其獨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動設備，包含步進電機、直流電機和交流電機；第5章闡述了可編程序控制器原理及應用案例；第6章介紹了機電一體化系統(tǒng)的分析、設計與校正，詳細討論了基于根軌跡法和伯德圖的控制器設計和校正方法。第7章和第8章分別介紹了PID控制技術和分數(shù)階PIλD控制技術。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。感謝華中科技大學創(chuàng)新研究院、機械科學與工程學院對本項目的支持。此外，華中科技大學出版社對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，懇請讀者批評指正。