本书主要内容包括:伺服系统的基本概念,交流永磁伺服电动机结构、数学模型、系统的组成和工作原理等,重点介绍了系统各主要环节的设计、系统的控制方法和实现等。从第1章的基本概念出发引领全书的介绍,直至当前的最新发展理念jerk的引入。全书由浅入深,理论与实践相结合,由系统到局部渐进深入,直至本书的核心内容——自控式永磁交流伺服系统之矢量控制理论思想与实现。

本书可供高等院校本科生作为教材使用,特别适合自动化类、电子电气类专业,也适用于机械工程类的数控机床、工业机器人等专业。也可作为电力电子与电力传动、电机或电器学科的研究生教材;同时对科学研究和工程技术人员也具有一定的参考作用。

前言

第1章伺服系统概述

1.1伺服系统的基本概念

1.1.1伺服系统的定义

1.1.2伺服系统发展回顾

1.1.3伺服系统的组成

1.2对伺服系统的基本要求

1.2.1稳定性好

1.2.2动态特性快速精准

1.2.3稳态特性平稳无静差

1.3伺服系统的分类

1.3.1按调节理论分类

1.3.2按使用执行元件分类

1.3.3按系统信号特点分类

1.3.4按系统部件输入-输出特性不同分类

1.4伺服系统的发展历程

1.5交流伺服电动机与直流伺服电动机的综合比较

1.6交流永磁伺服系统简介

1.7伺服系统的典型输入信号

复习题及思考题

第2章交流永磁伺服电动机

2.1交流永磁伺服电动机的分类与结构

2.1.1分类

2.1.2结构

2.1.3内埋式转子结构的磁路特点

2.2永磁交流伺服电动机的数学模型

2.2.1为简化数学模型所做的一些假设

2.2.2定子电压等物理量分析

2.2.3定子电压3/2变换与2/3变换

2.2.4定子电压变换前后的功率约束

2.2.5关于永磁体等效励磁电流的问题

2.3转矩方程和运动方程

2.4伺服电动机的状态方程与电流反馈线性化

2.5交流永磁伺服电动机矢量控制的基本原理

2.6无刷直流电动机的数学模型与其矢量控制

2.6.1定子的电压方程

2.6.2转矩方程和运动方程

2.6.3状态方程和等效电路

复习题及思考题

第3章伺服驱动的负载机械特性

3.1旋转体的运动方程

3.1.1转速

3.1.2转矩

3.1.3功

3.1.4功率

3.1.5动能和惯量

3.1.6运动方程式

3.2负载的转矩特性

3.2.1恒转矩负载

3.2.2流体类负载

3.2.3恒功率负载

3.3几种典型的非线性现象

3.3.1死区现象分析

3.3.2饱和现象

3.3.3间隙现象的分析

3.3.4摩擦分析

3.4机械谐振

3.5机械刚度与伺服刚度

3.6机械负载的折算与匹配

复习题及思考题

第4章永磁直线同步电动机伺服系统

4.1直线电动机的发展和应用

4.2永磁直线同步伺服电动机

4.2.1基本结构

4.2.2基本工作原理

4.2.3永磁直线同步伺服电动机的直接驱动

4.2.4永磁直线同步伺服电动机的端部效应

4.3永磁直线同步伺服电动机的齿槽定位力及其削弱

4.4永磁直线同步伺服电动机的纹波力及其削弱

4.5直线电动机在机床上应用发展缓慢的原因分析

复习题及思考题

第5章交流伺服系统常用传感器

5.1概述

5.2光电编码器

5.2.1增量式光电编码器

5.2.2绝对式光电编码器

5.2.3混合式光电编码器

5.3旋转变压器

5.4光栅

5.4.1直线式透射光栅

5.4.2莫尔条纹式光栅

5.4.3光栅检测装置

5.5压阻式加速度传感器

5.6电流传感器

复习题及思考题

第6章交流伺服系统的功率变换电路

6.1功率变换主电路的构成

6.2功率变换主电路设计

6.2.1整流电路的设计

6.2.2滤波电路的设计

6.2.3逆变电路的设计

6.2.4缓冲电路的设计

6.2.5制动电路的设计

6.3脉宽调制技术

6.3.1SPWM技术

6.3.2电流跟踪型PWM技术

复习题及思考题

第7章永磁同步电动机伺服系统的特殊问题

7.1PMSM的d-q轴基本数学模型

7.2磁阻转矩的利用

7.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

7.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论

复习题及思考题

第8章交流永磁伺服系统的控制形式和控制器

8.1转矩控制/电流控制与电流控制器

8.2速度控制与速度控制器

8.3位置控制与位置控制器

复习题及思考题

第9章PID基本控制及其他控制方法

9.1何谓PID

9.2PID基本控制

9.2.1比例控制规律

9.2.2积分控制规律

9.2.3比例-积分控制规律

9.2.4微分控制规律

9.2.5比例-微分控制规律

9.2.6PID控制规律

9.3模拟PID控制与数字PID控制

9.3.1模拟PID控制

9.3.2数字PID控制

9.4Smith预估控制方法

9.4.1Smith预估控制的对象

9.4.2Smith预估控制原理

9.4.3Smith预估控制器的实质

9.5滑模变结构控制

9.5.1概述

9.5.2自动控制系统数学描述

9.5.3一类仿射非线性系统

9.5.4滑模变结构控制的基本原理

9.6鲁棒控制

9.6.1鲁棒控制的基本概念

9.6.2内模控制

9.7预见控制

9.7.1概述

9.7.2控制系统的结构图及频率特性

9.7.3最优预见伺服系统的分类

9.8自抗扰控制技术

9.8.1概述

9.8.2机器人关节负载数学模型

9.8.3驱动工业关节式机器人的永磁交流伺服系统

9.8.4变增益自抗扰位置控制器的设计

复习题及思考题

第10章jerk的理论和实际意义

10.1什么是jerk

10.2为什么引入讨论jerk的学习

10.3传统的三环伺服系统是否能增扩为四环控制

10.4jerk控制在数控机床中的应用

10.5jerk在非切削加工领域中的应用

10.6怎么看待jerk问题

复习题及思考题

参考文献