交流伺服系统设计指南

本书以指导设计为目的，从伺服电动机及其模型开始，逐步展开到主电路、PWM驱动控制、电流和位置传感器、闭环控制结构，再展开到控制策略、控制算法、控制器、滤波器和观测器。全书共10章，第2、3、4、6章讲述了伺服系统的硬件结构；第5、7、8、9、10章讲述了伺服系统的控制结构、控制策略，以及实际伺服系统中不可缺少的控制器，滤波器和观测器的设计方法。书中对引用的相关理论、论文成果没有繁琐的推导和证明，而是提取了精髓，作了归纳总结，指出了运用这些成果的方法和条件。
本书可作为高等院校电气传动自动化、机电一体化、电机及其控制、电力电子技术等专业的研究生和高年级本科生的教材用书，特别适合工程技术人员从事相关设计和研发时用做指导性参考书。

前言
第1章绪论1
11交流伺服系统的国内外现状与
发展趋势1
12交流伺服系统的分类和特点3
13交流伺服系统在国内相关行业中的
应用及研发意义 7
14本书主要涉及的内容和安排9
第2章三相交流永磁同步电动机 11
21永磁同步电动机转子的结构和特征 11
22永磁同步电动机的数学模型12
221坐标变换的原则和基本思路13
222坐标变换阵14
223建立dq坐标系下的数学模型17
23永磁同步电动机的特性常数21
231转矩常数和反电动势常数21
232机械时间常数、电气时间常数和
机电时间常数 23
24永磁同步电动机转矩波动26
241纹波转矩26
242齿槽转矩27
25永磁同步电动机控制系统28
251基本电磁关系轨迹29
252矢量控制策略32
253基于id＝0控制策略的伺服
系统基本结构37
第3章电动机驱动电源和功率器件 39
31逆变电路 39
311基本工作原理39
312三相桥式电压型逆变电路40
313多电平逆变电路42
32重要的辅助电路43
321整流单元43
322预充电电路44
323泵升电压保护电路45
33功率器件47
331功率器件的种类和发展47
332IGBT49
333器件的驱动50
334器件的保护53
34智能功率模块（IPM）56
341接口电路56
342电压自举电路57
343保护功能59
第4章PWM控制技术 60
41PWM控制的基本原理60
42三种典型的PWM控制技术61
421正弦波PWM技术61
422电流跟踪PWM技术63
423电压空间矢量PWM技术65
43逆变器品质评价67
431谐波成分67
432直流电压利用率与过调制72
433三种PWM控制技术的小结76
44数字化伺服系统中SVPWM的实现76
第5章数字控制系统 83
51基础知识 83
511信号采样和香农采样定理83
512信号复现和零阶保持器86
513量化误差和极限环89
514系统中的延迟91
515z变换及离散化方法92
52数字控制器研究方法96
521模拟化研究方法概述96
522数字化研究方法概述97
53微处理器选择97
531选择处理器的基本原则97
532伺服控制系统要求的处理器性能98
533数字信号处理器（DSP）99
5 4系统中的混合地设计103
第6章传感器技术和检测数据处理 106
61电流传感器106
611利用霍尔元件检测106
612利用分流电阻检测107
62速度传感器110
63位置传感器110
631光电式增量型编码器111
632光电式绝对型编码器112
633旋转变压器与R-D变换器114
64检测数据处理118
641过采样和A-D分辨率118
642转速估计和编码器分辨率121
643数据标幺化和定标123
第7章三闭环控制系统 127
71三闭环系统构成127
72系统的基本研究内容128
721系统的稳定性及稳态裕度128
722典型系统129
723指令响应和扰动响应131
724误差与稳态误差134
73电流/速度环控制策略135
731反电动势补偿136
732PI控制与IP控制138
733扰动解耦140
74位置环控制策略142
741电子齿轮比设计142
742前馈控制143
743半闭环与全闭环146
75抑振控制策略147
751振动模型148
752不稳定分析149
753被动式抑振和主动式抑振151
第8章控制器 155
81伺服控制系统中的控制器155
82PID控制器实现156
821数字积分和微分156
822数字PID表达式161
823积分饱和与抗饱和设计162
824PI+控制165
83PID控制器的人工调试166
831Ziegler-Nichols法166
832按“典型 Ⅰ 型和 Ⅱ 型系统的工程
设计”法166
833手动调整170
84PID 控制器的自动调试171
841离线自整定172
842在线自校正173
第9章数字滤波器 175
91伺服系统中的滤波器175
92低通和陷波滤波器176
921滤波器特征176
922基于模拟方式的实现179
923基于IIR方式的实现180
93抗混叠滤波器182
931混叠183
932开关电容滤波器的实现184
94转速估计滤波器186
941转速估计方法的介绍186
942基于FIR方式的实现188
95位置指令滤波器191
951S形曲线加减速191
952基于2次卷积法的实现193
第10章观测器 196
101系统中的观测器196
102Luenberger观测器198
1021观测器的模型构建198
1022观测器的运行分析199
1023观测器的应用设计201
103观测器在加速度反馈中的应用203
参考文献206