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第1章 伺服系统概述1

1.1 伺服系统的基本概念1

1.1.1 伺服系统的定义1

1.1.2 伺服系统发展回顾1

1.1.3 伺服系统的组成2

1.2 对伺服系统的基本要求2

1.2.1 稳定性好3

1.2.2 动态特性快速精准3

1.2.3 稳态特性平稳无差3

1.3 伺服系统的分类4

1.3.1 按调节理论分类4

1.3.2 按使用执行元件分类4

1.3.3 按系统信号特点分类5

1.3.4 按系统部件输入-输出特性不同分类5

1.4 伺服系统的发展历程5

1.5 交流伺服系统的组成6

1.5.1 交流伺服电动机7

1.5.2 功率放大变换器7

1.5.3 传感器7

1.5.4 控制器8

1.6 伺服系统的典型输入信号9

第2章 旋转式永磁同步伺服电机（PMSM）控制系统12

2.1 旋转式永磁同步伺服电机控制系统的组成12

2.2 旋转式永磁同步伺服电机的结构与基本工作原理13

2.3 旋转式永磁同步伺服电机的数学模型14

2.3.1 为简化数学模型要做的一些假设14

2.3.2 定子电压方程14

2.3.3 转矩方程和运动方程17

2.3.4 状态方程18

2.4 旋转式永磁同步伺服电机矢量控制原理19

2.5 旋转式交流永磁同步电机矢量控制系统设计20

2.5.1 状态方程与控制框图20

2.5.2 解耦控制与坐标变换的实现21

2.5.3 电流实现反馈线性化控制23

2.5.4 速度控制器设计25

2.5.5 位置控制器设计29

第3章 伺服驱动的负载机械特性32

3.1 旋转体的运动方程32

3.2 负载的转矩特性35

3.3 几种典型的非线性现象37

3.3.1 现象分析38

3.3.2 饱和现象研究39

3.3.3 间隙现象的讨论40

3.3.4 摩擦分析42

3.4 机械谐振43

3.5 机械刚度与伺服刚度44

3.6 机械负载的折算与匹配45

第4章 永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统47

4.1 直线电动机的发展和应用简述47

4.2 永磁直线同步伺服电动机48

4.2.1 直线电动机直接驱动实现“零传动”链49

4.2.2 永磁直线同步电动机的基本结构50

4.2.3 永磁直线同步电动机的基本工作原理50

4.2.4 永磁直线同步电动机的端部效应51

4.3 永磁直线同步电动机的齿槽定位力及其削弱53

4.4 永磁直线同步电动机的纹波力及其削弱54

4.5 直线电动机在机床上应用发展缓慢的原因分析59

第5章 交流伺服系统常用传感器61

5.1 概述61

5.2 光电编码器62

5.2.1 增量式光电编码器63

5.2.2 绝对式光电编码器65

5.2.3 混合式光电编码器67

5.3 旋转变压器68

5.4 光栅73

5.4.1 直线式透射光栅73

5.4.2 莫尔条纹式光栅74

5.4.3 光栅检测装置76

5.5 加速度传感器78

5.6 电流传感器80

第6章 交流伺服系统的功率变换电路82

6.1 交流伺服系统功率变换主电路的构成82

6.2 功率变换主电路的设计84

6.2.1 整流电路的设计84

6.2.2 滤波电路的设计84

6.2.3 逆变电路的设计85

6.2.4 缓冲电路的设计86

6.2.5 制动电路的设计89

6.3 PWM控制技术90

6.3.1 SPWM控制技术91

6.3.2 电流跟踪型PWM控制技术95

第7章 PMSM（PMLSM）伺服驱动系统若干特殊问题99

7.1 永磁同步电动机的d、q轴数学模型99

7.1.1 永磁同步电动机的d、q轴基本数学模型99

7.1.2 计及铁损时PMSM的d、q轴数学模型100

7.2 关于转子磁极初始位置的检测102

7.3 永磁同步伺服电动机的弱磁控制问题104

7.4 正弦波永磁同步电动机的矢量控制方法107

7.4.1 id=0控制107

7.4.2 最大转矩电流比控制108

7.4.3 最大转矩磁链比控制（最大转矩电动势比控制）108

7.4.4 功率因数cos？=1控制109

7.4.5 最大效率控制110

7.4.6 永磁同步电动机的参数与其输出极限111

7.4.7 实际定子电流响应的延迟作用影响112

第8章 数控机床进给驱动伺服系统114

8.1 数控机床的坐标轴规定114

8.2 对数控机床进给驱动伺服系统的要求116

8.2.1 对进给驱动伺服系统的基本要求116

8.2.2 数控机床进给驱动伺服系统的要求117

8.3 进给驱动伺服系统的组成及其数学模型118

8.4 进给驱动伺服系统的动态响应特性与伺服性能分析119

8.4.1 时间响应特性119

8.4.2 频率响应特性123

8.4.3 稳定性分析125

8.4.4 快速性分析130

8.4.5 伺服精度与伺服刚度135

8.5 进给驱动伺服系统的系统增益设计136

8.5.1 一个三阶进给驱动伺服系统的系统增益设计137

8.5.2 多轴系统的系统增益设计138

8.6 电机驱动部件的设计139

8.6.1 静态设计139

8.6.2 动态设计141

8.7 机械传动部件的设计145

8.7.1 概述145

8.7.2 机械传动部件的谐振频率149

8.7.3 转动惯量150

8.7.4 机械传动部件的刚度151

8.7.5 阻尼比154

8.7.6 机械传动部件中的非线性因素155

8.7.7 工作台导轨157

8.7.8 滚珠丝杠螺母传动装置158

8.7.9 滚珠丝杠支承专用轴承的选用163

第9章 PC数控的轨迹插补与控制原理及实现方法166

9.1 何谓PC数控166

9.2 PC控制加工过程的基本原理166

9.2.1 PC数控加工的基本概念166

9.2.2 PC数控加工的实现过程167

9.3 PC数控的轨迹插补原理171

9.3.1 PC数控轨迹插补的基本原理171

9.3.2 PC数控轨迹插补的基本方法173

9.3.3 PC数控的高速采样插补方法178

9.3.4 PC数控的柔性加减速控制方法180

9.4 PC数控的轨迹控制原理与方法182

9.4.1 PC数控轨迹控制的基本原理183

9.4.2 PC数控的连续运动控制184

9.4.3 PC数控的数字化连续运动控制185

9.5 PC数控提高轨迹精度的控制方法194

9.5.1 什么是精密加工194

9.5.2 进给轴跟随误差对轨迹精度的影响195

9.5.3 高速PC数控的轨迹前瞻控制方法200

9.5.4 从控制角度看提高合成轨迹精度的途径204

9.5.5 轨迹误差增益匹配控制方法207

9.5.6 轨迹误差交叉耦合控制方法207

9.5.7 轨迹误差预测补偿控制方法208

9.5.8 轨迹误差的仿真学习控制方法209

附录 加加速度jerk简介212

参考文献214