運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用

內(nèi)容概要

《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用》主要內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器、開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)與多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例。內(nèi)容由淺入深，刪繁就簡(jiǎn)，注重實(shí)用性。
《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與應(yīng)用》可作為高校電氣、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)本、專(zhuān)科生，高職高專(zhuān)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教材，也可供工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)工程技術(shù)人員參考。本書(shū)由熊田忠擔(dān)任主編。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論
  1.1  運(yùn)動(dòng)控制的定義
  1.2  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
  1.3  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分類(lèi)
  1.4  運(yùn)動(dòng)控制器
  1.5  運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
  思考與習(xí)題
第2章  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器與檢測(cè)技術(shù)
  2.1  旋轉(zhuǎn)變壓器
    2.1.1  旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理
    2.1.2  旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)處理
    2.1.3  旋轉(zhuǎn)變壓器的選用
  2.2  光電編碼器
    2.2.1  增量式光電編碼器
    2.2.2  絕對(duì)式光電編碼器
    2.2.3  光電編碼器的選用
  2.3  直線光柵尺
    2.3.1  光柵的概念、結(jié)構(gòu)與分類(lèi)
    2.3.2  直線光柵尺的測(cè)量原理
    2.3.3  直線光柵尺的選用
  2.4  其他運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器
    2.4.1  感應(yīng)同步器
    2.4.2  磁柵尺
    2.4.3  激光干涉儀
    2.4.4  電容式傳感器
    2.4.5  電感式傳感器
    2.4.6  霍爾式傳感器
    2.4.7  電荷耦合圖像傳感器
    2.4.8  測(cè)速發(fā)電機(jī)
    2.4.9  力／力矩傳感器
  2.5  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的速度檢測(cè)與濾波
    2.5.1  速度檢測(cè)方法
    2.5.2  速度檢測(cè)測(cè)量噪聲
    2.5.3  速度環(huán)節(jié)低通濾波器設(shè)計(jì)
  思考與習(xí)題
第3章  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行器
  3.1  步進(jìn)電機(jī)
    3.1.1  步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)、工作原理和特點(diǎn)
    3.1.2  步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性
    3.1.3  步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
    3.1.4  步進(jìn)電機(jī)的控制
    3.1.5  步進(jìn)電機(jī)的選用
  3.2  直流伺服電機(jī)
    3.2.1  直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理
    3.2.2  直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性
    3.2.3  直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)
    3.2.4  幾種直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用
  3.3  無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
  3.4  交流伺服電機(jī)概述
  3.5  兩相交流伺服電機(jī)
  3.6  永磁同步電動(dòng)機(jī)
    3.6.1  永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理
    3.6.2  永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用
  3.7  其他特殊電機(jī)
  3.8  液壓與氣動(dòng)
  思考與習(xí)題
第4章  步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)
  4.1  開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    4.1.1  環(huán)形分配器、驅(qū)動(dòng)功率放大器
    4.1.2  步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖方向控制
    4.1.3  速度規(guī)劃
  4.2  開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.2.1  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的常用機(jī)械結(jié)構(gòu)
    4.2.2  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的機(jī)電匹配設(shè)計(jì)
    4.2.3  控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
  思考與習(xí)題
第5章  直流伺服系統(tǒng)
  5.1  直流調(diào)速系統(tǒng)概述
    5.1.1  直流調(diào)速方法
    5.1.2  轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)
  5.2  直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
  5.3  單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.1  轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.2  電流截止負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.3  轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)
  5.4  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
    5.4.1  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成
    5.4.2  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能分析
  5.5  直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制
    5.5.1  數(shù)字量化
    5.5.2  采樣頻率的選擇
    5.5.3  計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的輸入與輸出變量
    5.5.4  數(shù)字PI調(diào)節(jié)器
    5.5.5  模擬傳遞函數(shù)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)
    5.5.6  計(jì)算機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件
  思考與習(xí)題
第6章  交流伺服系統(tǒng)
  6.1  交流調(diào)速概述
  6.2  異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理
  6.3  矢量控制原理
    6.3.1  三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型
    6.3.2  三相一兩相靜止坐標(biāo)變換(3s／2s變換)
    6.3.3  兩相靜止一兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換(2s／2r變換)
    6.3.4  三相異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制
  思考與習(xí)題
第7章  位置伺服系統(tǒng)與多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)
  7.1  單軸位置伺服系統(tǒng)
    7.1.1  位置伺服系統(tǒng)及其組成
    7.1.2  位置伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    7.1.3  位置伺服系統(tǒng)的特性
    7.1.4  位置伺服系統(tǒng)的模型辨識(shí)
    7.1.5  位置伺服系統(tǒng)的性能改善
  7.2  多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)
    7.2.1  多軸運(yùn)動(dòng)控制器及其控制方案
    7.2.2  多軸運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域
    7.2.3  多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制模式
  7.3  插補(bǔ)原理
    7.3.1  插補(bǔ)概述
    7.3.2  逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理
  7.4  數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)
    7.4.1  數(shù)控技術(shù)概述
    7.4.2  數(shù)控編程介紹
    7.4.3  數(shù)控銑床基本編程指令
    7.4.4  零件數(shù)控加工編程實(shí)例
  思考與習(xí)題
第8章  基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
  8.1  現(xiàn)場(chǎng)總線概述
    8.1.1  現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生
    8.1.2  現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展
  8.2  基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)
    8.2.1  通信網(wǎng)絡(luò)的選擇
    8.2.2  基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)舉例
  8.3  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)
    8.3.1  數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展
    8.3.2  主流的HMI／SCADA監(jiān)控軟件
    8.3.3  監(jiān)控軟件與運(yùn)動(dòng)控制器的通信
  8.4  基于現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用
  思考與習(xí)題
第9章  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  9.1  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的總體性能要求和設(shè)計(jì)任務(wù)
  9.2  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
  9.3  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部件的選擇
    9.3.1  執(zhí)行電機(jī)
    9.3.2  電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
    9.3.3  位置和速度傳感器的選擇
    9.3.4  運(yùn)動(dòng)控制器的選擇原則
    9.3.5  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)部件的選擇實(shí)例
  9.4  調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法
    9.4.1  工程設(shè)計(jì)方法的基本思路.
    9.4.2  典型系統(tǒng)
    9.4.3  PID控制器的參數(shù)整定
  思考與習(xí)題
第10章  運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
  10.1  基于DSP／ARM的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
    10.1.1  基于ARM的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    10.1.2  數(shù)字控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器硬件設(shè)計(jì)
  10.2  基于S7-200 PLC的二維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的示教與再現(xiàn)
    10.2.1  概述
    10.2.2  系統(tǒng)組成
    10.2.3  控制軟件設(shè)計(jì)
    10.2.4  實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    10.2.5  二維示教平臺(tái)具體實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展
  10.3  基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)速度／位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    10.3.1  硬件設(shè)計(jì)
    10.3.2  軟件設(shè)計(jì)
  10.4  基于S7-200 PLC與變頻器的USS通信同步控制系統(tǒng)
    10.4.1  USS協(xié)議概述
    10.4.2  S7-200 PLC的通信接口
    10.4.3  S7-200 PLC與MM420變頻器的通信連接
    10.4.4  S7-200 PLC的USS編程
  10.5  基于S7-300 PLC與變頻器的PROFIBUS通信水位控制系統(tǒng)
    10.5.1  系統(tǒng)組成、功能要求及控制方案
    10.5.2  編程實(shí)現(xiàn)
  10.6  步進(jìn)電機(jī)控制的鏡片陣列日光聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    10.6.1  系統(tǒng)概述
    10.6.2  方案設(shè)計(jì)
    10.6.3  實(shí)施要點(diǎn)
  10.7  基于運(yùn)動(dòng)控制板卡的雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    10.7.1  方案設(shè)計(jì)
    10.7.2  硬件組成
    10.7.3  軟件開(kāi)發(fā)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   4）免維護(hù)對(duì)于自動(dòng)化來(lái)說(shuō)是發(fā)展的方向。 為了滿足不必維護(hù)的實(shí)際要求，人們開(kāi)發(fā)出無(wú)刷DC伺服電機(jī)。這是利用高級(jí)的方式控制同步電機(jī)，達(dá)到與DC伺服電機(jī)同等以上的性能。 沒(méi)有碳刷的電機(jī)分為感應(yīng)電機(jī)（IM）、轉(zhuǎn)速由同步頻率決定的同步電機(jī)（SM）和步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)采用開(kāi)環(huán)控制，具有優(yōu)異的伺服特性，但在高轉(zhuǎn)速或高負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)有時(shí)會(huì)失步，因此使用IM或SM，采用像DC伺服電機(jī)一樣的控制。這主要是由于功率電子器件的進(jìn)步，才使得可變電壓可變頻率（VVVF）的變頻器制造變得簡(jiǎn)單。同時(shí)由于控制技術(shù)的進(jìn)步，使得SM、IM可像DC伺服電機(jī)一樣地控制（見(jiàn)本書(shū)第6章有關(guān)敘述）。 那么如何決定采用IM或SM呢？一般的判斷是用電機(jī)的輸出功率來(lái)區(qū)別，即在電機(jī)大小相等的條件下，包含價(jià)格，有一方的額定輸出功率會(huì)較大。在小型電機(jī)中，SM比較有利，SM型電機(jī)不需要特殊的電源只要控制一個(gè)電壓信號(hào)就可以控制速度。但因運(yùn)轉(zhuǎn)效率較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大的輸出功率。因此，小型電機(jī)常是轉(zhuǎn)子使用高性能永久磁鐵的SM型電機(jī)。 一般稱(chēng)呼AC伺服電機(jī)時(shí)，包括IM型和SM型，但I(xiàn)M型的容量常在數(shù)千瓦以上，用于工作母機(jī)的主軸、鋼廠的壓延機(jī)等，而小型的AC伺服電機(jī)則是SM型電機(jī)。因此，不管是稱(chēng)為AC伺服或是DC無(wú)刷伺服，在此小容量范圍內(nèi)都是指相同的電機(jī)。所以，在運(yùn)動(dòng)控制中，無(wú)刷DC伺服電機(jī)就是SM型伺服電機(jī)。DC伺服電機(jī)的定子使用永久磁鐵，電樞線圈位于轉(zhuǎn)子，利用碳刷與整流子切換線圈的導(dǎo)通電流（整流），使得電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，無(wú)刷DC伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的關(guān)系與DC伺服電機(jī)正好相反，依磁極的位置在外部整流。如果外部的電晶體包含在內(nèi)，原理上可看成與DC伺服電機(jī)的動(dòng)作一樣，而電機(jī)本體的構(gòu)造是同步電機(jī)。如果連同整流電路包括在內(nèi)考慮，就好像沒(méi)有碳刷的DC伺服電機(jī)一樣，因此稱(chēng)為無(wú)刷DC伺服電機(jī)。因電機(jī)的構(gòu)造是SM型或IM型，一般稱(chēng)為AC伺服電機(jī)。與步進(jìn)電機(jī)一樣，DC伺服電機(jī)的特性很少只評(píng)價(jià)電機(jī)本體的特性，而是使用與伺服驅(qū)動(dòng)器組合后的特性。DC伺服電機(jī)因利用碳刷整流，需要防止整流火花，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩上受到限制。無(wú)刷伺服電機(jī)無(wú)整流界限，轉(zhuǎn)矩隨所用磁鐵材質(zhì)而異，到額定轉(zhuǎn)速為止都可以輸出大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩的3～5倍），可用于高轉(zhuǎn)速、高輸出轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)。 （5）步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)的選擇主要考慮步距角（涉及到相數(shù)）、靜力矩及電流三大要素：一旦這三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。

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