伺服與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

　　目前，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)用日益增多。但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大部分品質(zhì)優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(包括伺服控制技術(shù))都依賴于進(jìn)口，并且對(duì)于控制系統(tǒng)的應(yīng)用僅限于使用經(jīng)驗(yàn)，而使用經(jīng)驗(yàn)的積累也大都是點(diǎn)滴記錄，少有完整的系統(tǒng)論述的書(shū)籍，同時(shí)又缺乏理論依據(jù)。本書(shū)立足于伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、控制器的原理特性，對(duì)于伺服系統(tǒng)日常問(wèn)題及各種常用功能進(jìn)行解釋，注重理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，本書(shū)講述了如何選購(gòu)各種組件，如何構(gòu)建一個(gè)優(yōu)良的系統(tǒng)；針對(duì)使用者，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各種現(xiàn)象給予了合理的解釋；針對(duì)設(shè)備研發(fā)者，則向其推薦各種先進(jìn)功能及其實(shí)現(xiàn)方法。因此，無(wú)論是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、使用者、學(xué)生還是研發(fā)人員，都能通過(guò)本書(shū)學(xué)習(xí)到伺服與運(yùn)動(dòng)控制的相關(guān)知識(shí)?！　∥鏖T子運(yùn)動(dòng)控制器因其性能在控制行業(yè)處于優(yōu)勢(shì)地位，本書(shū)以西門子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為主線，但并不局限于該公司的產(chǎn)品，每章內(nèi)容都是從伺服系統(tǒng)的共性出發(fā)展開(kāi)，然后以西門子產(chǎn)品為例進(jìn)行總結(jié)。因此，無(wú)論是西門子產(chǎn)品的使用者還是其他產(chǎn)品的使用者，都能通過(guò)本書(shū)得到借鑒。　　本書(shū)作者希望通過(guò)深厚的控制理論基礎(chǔ)與多年積累的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，用簡(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言向讀者展示控制的魅力和伺服的魅力。全書(shū)共分為7章，第l章首先從概念上介紹什么是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，什么是伺服控制，接著介紹伺服系統(tǒng)的構(gòu)成以及各個(gè)構(gòu)成部分對(duì)系統(tǒng)性能的影響，然后討論運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。第2章至第6章分別對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成(包括伺服電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制器)進(jìn)行詳細(xì)介紹，同時(shí)也介紹了伺服系統(tǒng)優(yōu)化方面的內(nèi)容。第7章針對(duì)西門子運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在不同行業(yè)的應(yīng)用舉例進(jìn)行說(shuō)明，以加深讀者對(duì)伺服應(yīng)用的理解。

內(nèi)容概要

本書(shū)圍繞運(yùn)動(dòng)與伺服控制技術(shù)，首先介紹了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基本概念；然后分章對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器等，進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時(shí)還介紹了伺服系統(tǒng)優(yōu)化方面的內(nèi)容；最后舉例說(shuō)明了伺服控制的應(yīng)用，以加深讀者對(duì)運(yùn)動(dòng)與伺服系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)?！　”緯?shū)是自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣大技術(shù)人員的實(shí)用自學(xué)手冊(cè)，也可供高等院校自動(dòng)化、機(jī)電一體化專業(yè)的師生參考，同時(shí)也是一本非常實(shí)用的職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教材。

書(shū)籍目錄

第1章　運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的基本概念　 　1.1　運(yùn)動(dòng)控制的定義　 　1.2　伺服系統(tǒng)的定義　 　1.3　伺服系統(tǒng)的組成　 　1.4　伺服系統(tǒng)的性能要求　 　1.5　影響伺服系統(tǒng)性能的因素　 　1.6　交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)　 　1.7　交流伺服的行業(yè)應(yīng)用　 　1.8　伺服技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)　 第2章　伺服電機(jī)　 　2.1　伺服電機(jī)的介紹　 　2.2　伺服電機(jī)的特點(diǎn)　 　2.3　伺服電機(jī)的分類　 　　2.3.1　同步電機(jī)與異步電機(jī)　 　　2.3.2　永磁同步電機(jī)與無(wú)刷直流電機(jī)　 　2.4　電機(jī)數(shù)據(jù)　 　2.5　西門子伺服電機(jī)　 　　2.5.1　FK、1FT同步伺服電機(jī)　 　　2.5.2　FW系列扭矩電機(jī)　 　　　　2.5.3　FN系列直線電機(jī)　 　　2.5.4　PH7、1PL6系列異步電機(jī)　 　2.6　伺服電機(jī)的選擇　 　2.7　帶Drive-CliQ接口的伺服電機(jī)　 　2.8　電機(jī)的諧振頻率　 　2.9　選擇電機(jī)的基本原則　 　2.10　電機(jī)容量的計(jì)算步驟　 　2.11　永磁同步電機(jī)的研究現(xiàn)狀　 　2.12　永磁同步電機(jī)的控制　 第3章　伺服驅(qū)動(dòng)編碼器　 　3.1　編碼器介紹　 　3.2　伺服編碼器的特點(diǎn)與連接　 　　3.2.1　EnDat　 　　3.2.2　SSI　 　　3.2.3　正/余弦編碼器　 　　3.2.4　編碼器的相位調(diào)整　 　　3.2.5　編碼器的倍頻　 　　3.2.6　編碼器的特征參數(shù)　 　　3.2.7　驅(qū)動(dòng)器與編碼器的連接　 第4章　伺服驅(qū)動(dòng)器　 　4.1　交流變頻技術(shù)的發(fā)展　 　4.2　基于矢量控制的伺服控制　 　4.3　伺服系統(tǒng)的控制模型　 　4.4　西門子伺服驅(qū)動(dòng)器介紹　 　4.5　西門子伺服驅(qū)動(dòng)器 Sinamics S120　 　4.6　伺服控制方式　 　4.7　驅(qū)動(dòng)器的過(guò)載能力　 　4.8　Sinamics S120的調(diào)試軟件　 　4.9　S120的基本定位功能　 　4.10　Trace功能介紹　 　4.11　數(shù)字濾波器　 　4.12　自動(dòng)優(yōu)化功能　 　4.13　功能函數(shù)發(fā)生器　 　4.14　Measuring功能介紹　 　4.15　驅(qū)動(dòng)器的通信功能　 第5章　伺服系統(tǒng)的優(yōu)化　　5.1　控制器模型　　5.2　系統(tǒng)模型　 　5.3　伯德圖　 　5.4　控制器優(yōu)化的關(guān)鍵　　5.5　電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的優(yōu)化　第6章　運(yùn)動(dòng)控制器　 　6.1　西門子運(yùn)動(dòng)控制器Simotion　 　6.2　工藝對(duì)象　 　　6.2.1　軸　 　　6.2.2　虛軸　 　6.3　運(yùn)動(dòng)控制功能　 　……第7章　伺服控制應(yīng)用舉例　 參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

　　伺服來(lái)自英文單詞“servo”，指系統(tǒng)跟隨外部指令進(jìn)行人們所期望的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)要素包括位置、速度和力矩。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從液壓、氣動(dòng)到電氣的過(guò)程，而電氣伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)、反饋裝置和控制器?！　∷欧到y(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)值(或給定值的任意變化而變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。　　伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求，對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝　　置輸出的力矩、速度和位置能被控制得非常靈活、方便?！　∷欧到y(tǒng)通常根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)的種類來(lái)分類，有液壓式、氣動(dòng)式以及電氣式。液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)相比有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)?！　、袤w積小，重量輕，慣性小，可靠性好，輸出功率大?！　、诳焖傩院??！　、蹌偠却?即輸出位移受外負(fù)載影響小)，定位準(zhǔn)確?！　∫簤核欧到y(tǒng)的缺點(diǎn)是加工難度大，抗污染能力差，維護(hù)不易，成本較高?！　鈩?dòng)伺服系統(tǒng)按功能一般可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、力控制系統(tǒng)、位置與力復(fù)合控制系統(tǒng)。其中，位置控制系統(tǒng)和力控制系統(tǒng)應(yīng)用和研究得比較多，速度控制系統(tǒng)應(yīng)用和研究得比較少。氣動(dòng)伺服的缺點(diǎn)是定位精度低?！　‰姎馐剿欧到y(tǒng)根據(jù)電氣信號(hào)可分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)兩大類。交流伺服系統(tǒng)又分為異步電機(jī)伺服系統(tǒng)和同步電機(jī)伺服系統(tǒng)兩種?！　”緯?shū)主要討論電氣式伺服系統(tǒng)中的一種——交流電機(jī)伺服系統(tǒng)。

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