现代运动控制理论与应用技术

本书介绍运功控制系统的常用对象和装置、控制系统构成、运行原理和控制方法，使学生能从控制论、信息论的角度充分了解运动控制的对象（包括电机学、电力电子技术、执行器等）、检测、建模、控制方法和系统技术的综合知识。全书分为直流调速控制、交流调速控制和数字伺服控制三大部分。 直流调速控制部分重点介绍直流电机构成、工作原理和数学模型，介绍典型直流电机的调速控制方法和系统应用技术；交流调速控制部分以异步电机为对象，介绍异步电机结构和工作原理，交流电机的数学建模方法，以及多种典型的异步电机控制技术；数字伺服控制以典型永磁同步电机为对象，以典型伺服控制案例为主线，介绍伺服系统的构成和工作原理，目前主流的数字运动控制核心器件、系统架构，介绍伺服控制系统设计方法和实现技术，使学生初步掌握利用多种数字化、智能化器件及网络化方法实现运动控制系统设计的能力和知识。

目录 第一章绪论(1) 第一节运动控制系统概述(1) 一、运动控制系统基本概念(1) 二、运动控制系统的构成(2) 第二节运动控制系统发展历史及未来趋势(3) 一、直流运动控制系统(3) 二、交流运动控制系统(6) 三、交流运动控制系统与直流运动控制系统的对比(9) 四、伺服控制系统的应用(11) 第二章直流电机(16) 第一节直流电机的结构和铭牌数据(16) 一、直流电机的结构(16) 二、直流电机的铭牌数据(18) 第二节直流电机的磁路、电路和电磁转矩(20) 一、直流电机的磁路(20) 二、直流电机的电路(23) 三、直流电机的电磁转矩(23) 第三节直流电动机运行原理(26) 一、直流发电机稳定运行时的基本方程式和功率关系(26) 二、直流电动机稳态运行时的基本方程式和功率关系(29) 三、直流电动机的机械特性(31) 第四节直流电动机的启动、调速方法、制动方法及其计算分析(35) 一、直流电动机的启动(36) 二、直流电动机的调速方法(37) 三、直流电动机的制动方法及其计算分析(41) 第三章直流电机闭环调速系统(50) 第一节开环直流调速系统机械特性及稳态指标(51) 一、直流PWM调速原理(51) 二、直流PWM调速系统的机械特性与动态数学模型(52) 三、直流PWM调速系统的稳态指标(54) 第二节转速反馈控制直流调速系统(56) 一、单闭环速度控制系统组成(56) 二、单闭环直流电动机速度控制系统的稳态性能分析(58) 三、单闭环直流电动机速度控制系统的动态性能分析(63) 第三节转速、电流双反馈闭环控制的直流调速系统(69) 一、转速、电流双闭环控制的直流调速系统组成及其静特性(70) 二、转速、电流双闭环控制直流调速系统的数学模型和动态分析过程(73) 三、转速、电流双闭环控制直流调速系统的动态性能指标(79) 四、转速、电流双闭环控制直流调速系统的设计(82) 第四章交流电机(90) 第一节变压器工作原理与运行(90) 一、变压器的基本工作原理与结构(90) 二、变压器空载运行(94) 三、变压器负载运行(102) 第二节交流电机共同理论(113) 一、交流电机电枢绕组的电动势(113) 二、交流电机电枢绕组(119) 三、交流电机电枢单相绕组产生的磁通势(123) 四、交流电机电枢三相绕组产生的磁通势(132) 第三节三相异步电动机的基本结构与原理(136) 一、三相异步电动机结构、额定数据与基本工作原理(136) 二、三相异步电动机电磁关系(141) 三、三相异步电动机的机械特性(149) 第四节交流异步电机运行特性(158) 一、三相异步电动机直接启动(158) 二、鼠笼式三相异步电动机降压启动(159) 第五章异步电动机的变压变频调速(166) 第一节异步电动机变频调速基本原理(166) 一、异步电动机的稳态数学模型(166) 二、异步电动机的调速与气隙磁通(168) 第二节感应电动机他控式交直交变频调速系统(169) 一、交直交PWM 变频器主回路(170) 二、正弦脉冲宽度调制（SPWM）技术(170) 三、电流跟踪PWM (CFPWM）控制技术(172) 四、电压空间矢量PWM (SVPWM)控制技术（磁链跟踪控制技术)(173) 第三节异步电动机变压变频调速系统(184) 一、交变频调速系统的原理(184) 二、变压变频调速时的机械特性(185) 三、基频以下电压补偿控制(187) 第六章感应电动机矢量控制的变频调速系统(191) 第一节三相异步电机动态数学模型(191) 一、异步电动机动态数学模型的性质(191) 二、异步电动机的三相数学模型(192) 三、异步电动机三相原始模型的性质(196) 第二节坐标变换(197) 一、坐标变换的基本思路(197) 二、三相两相变换（3/2变换）(199) 三、静止两相旋转正交变换（2s/2r变换）(201) 第三节感应电动机正交坐标系下的状态方程(202) 一、异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型(202) 二、异步电动机在正交坐标系上的状态方程(204) 第四节异步电机矢量控制原理(210) 一、按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程(210) 二、按转子磁链定向矢量控制的基本思想(212) 三、 按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式(214) 四、按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式(215) 五、转子磁链计算(216) 六、磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向(220) 七、矢量控制系统的特点与存在的问题(221) 第五节异步电动机直接转矩控制(222) 一、定子电压矢量对定子磁链与电磁转矩的控制作用(222) 二、基于定子磁链控制的直接转矩控制系统(225) 三、定子磁链和转矩计算模型(227) 四、直接转矩控制系统的特点与存在的问题(228) 第七章永磁同步电机(229) 第一节交流同步电动机工作原理、机械特性和数学模型(229) 一、同步电动机的基本结构和工作原理(229) 二、同步电动机内部的电磁关系(232) 三、同步电动机的功率方程及功角特性(237) 四、同步电动机的启动(243) 第二节永磁同步电机矢量控制系统(243) 一、基于转子旋转正交坐标系的可控励磁同步电动机动态数学模型(244) 二、可控励磁同步电动机矢量控制系统(247) 三、正弦波永磁同步电动机矢量控制系统(252) 第三节永磁同步电机直接转矩控制系统(255) 一、可控励磁同步电动机直接转矩控制系统(255) 二、正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统(257) 第八章数字伺服基础知识(259) 第一节数字控制系统的基本原理(259) 一、数字控制系统概述(259) 二、数字控制系统的信号变换(261) 三、采样信号的恢复与保持器(264) 第二节连续系统离散化设计方法(265) 一、连续域离散化设计的基本原理(266) 二、连续控制器的离散化方法(267) 第三节直接离散控制的原理与设计(270) 一、直接设计法的原理与步骤(270) 二、最少拍系统设计(271) 第九章伺服控制系统设计(280) 第一节数字伺服控制器的发展、基本构成(280) 第二节现代数字运动控制系统的核心运动控制器基本原理(281) 第三节现代数字运动控制系统关键技术(282) 一、基于PC的交流伺服运动控制系统(282) 二、基于PLC的交流伺服运动控制系统(286) 三、基于总线的交流伺服运动控制系统(290) 第十章基于总线的运动控制系统设计(303) 第一节运动控制系统的概述(303) 一、运动控制系统简介(303) 二、工业以太网介绍(305) 三、EtherCAT技术简介(306) 第二节三维总线式运动控制实验平台组成和基本结构(307) 一、三维总线式立体加工平台(307) 二、数控加工机床坐标系(309) 第三节运动控制平台基本组成(311) 第四节EtherCAT协议总线型控制器(313) 一、EtherCAT总线工作原理(313) 二、EtherCAT总线的读写(313) 三、运动控制器连接相关函数(315) 第五节总线型数字伺服系统设计实例(315) 一、系统实现的主要功能(315) 二、控制系统总体设计(316) 三、控制系统软件设计(316) 四、译码模块(318) 五、显示模块(319) 六、辅助模块(320) 七、图形实例加工(321) 八、电机电流监控(321) 九、加工成果(321) 主要参考文献(324)