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第1章 绪论1

1.1 什么是运动控制系统1

1.2 运动控制系统的组成2

1.3 运动控制系统的运动方程3

第2章 转速闭环直流调速系统5

2.1 转速闭环直流调速案例——智能车调速控制5

2.1.1 需求描述5

2.1.2 性能要求5

2.2 直流电动机调速方法及调速性能指标6

2.2.1 直流电动机调速方法6

2.2.2 转速控制的要求和调速性能指标7

2.3 直流电动机开环调速及特性10

2.3.1 晶闸管整流器-电动机系统特性11

2.3.2 直流脉宽（PWM）电源供电下的调速特性15

2.3.3 开环调速系统及其存在的问题19

2.4 转速闭环有静差直流调速系统21

2.4.1 转速闭环直流调速系统组成21

2.4.2 比例控制的转速闭环直流调速系统数学模型22

2.4.3 比例控制的直流调速系统特性分析26

2.5 比例积分控制的无静差直流调速系统31

2.5.1 积分调节器和积分控制规律31

2.5.2 比例积分控制规律及单闭环无静差调速系统33

2.6 转速闭环直流调速系统的限流保护34

2.7 单闭环直流调速系统仿真与设计36

2.7.1 转速闭环调速系统框图及参数37

2.7.2 数字测速38

2.7.3 直流调速系统Matlab/Simulink仿真40

2.7.4 智能车直流调速系统设计43

思考题与习题46

第3章 转速、电流双闭环直流调速系统48

3.1 转速、电流双闭环直流调速系统案例——轧机直流调速系统48

3.1.1 案例描述48

3.1.2 转速单闭环直流调速系统在工程应用中所存在问题分析与解决思路49

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及动态过程分析50

3.2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成50

3.2.2 起动过程分析51

3.2.3 抗扰性能分析54

3.3 转速、电流双闭环直流调速系统的稳态分析54

3.3.1 稳态结构图与静特性54

3.3.2 稳态参数计算56

3.3.3 转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用56

3.4 转速、电流双闭环直流调速系统的设计方法57

3.4.1 系统设计的基本原理和方法57

3.4.2 基于“典型系统工程设计方法”的轧机工作辊传动系统调节器参数设计64

3.4.3 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真71

3.4.4 一种双闭环直流调速系统调节器的设计方法73

3.5 直流调速装置77

3.6 可逆直流调速系统80

3.6.1 晶闸管-电动机可逆直流调速系统80

3.6.2 基于PWM控制的可逆直流调速系统82

3.6.3 无环流控制的可逆直流调速系统84

思考题与习题87

第4章 交流调速系统89

4.1 概述89

4.1.1 交流运动控制系统的主要应用领域89

4.1.2 交流调速系统分类90

4.1.3 变频调速控制方法91

4.2 交流异步电动机变压变频调速92

4.2.1 变压变频调速案例——变频调速在恒压供水系统中的应用92

4.2.2 通用变频器94

4.2.3 脉宽调制（SPWM、CFPWM）技术96

4.2.4 变压变频调速的控制方式及其机械特性98

4.2.5 转速开环恒压频比控制的变频调速系统105

4.2.6 转速闭环转差频率控制的变频调速系统106

4.2.7 恒压供水变频调速系统的工程设计108

4.3 交流异步电动机矢量控制111

4.3.1 矢量控制案例——数控机床中电主轴调速111

4.3.2 异步电动机数学模型113

4.3.3 坐标变换116

4.3.4 异步电动机在两相坐标系上的数学模型120

4.3.5 按转子磁链定向的矢量控制系统121

4.3.6 电压空间矢量PWM（SVPWM）技术128

4.3.7 电主轴矢量变频控制工程设计133

4.4 异步电动机直接转矩控制技术136

4.5 交流调压调速系统139

4.5.1 调压调速工作原理及机械特性139

4.5.2 闭环控制的调压调速系统140

4.5.3 调压控制在异步电动机软起动中的应用141

思考题与习题142

第5章 交流伺服系统144

5.1 伺服系统概述144

5.1.1 位置伺服系统案例——数控进给伺服系统144

5.1.2 位置伺服系统的组成及其工作原理145

5.1.3 伺服系统的分类146

5.1.4 伺服系统分析及设计的基本方法147

5.2 位置检测与信号处理148

5.3 永磁同步电动机（PMSM）伺服系统设计与应用151

5.3.1 永磁同步伺服电动机数学模型151

5.3.2 伺服系统的三环设计153

5.3.3 伺服系统仿真分析157

5.4 无刷直流电动机（BLDC）伺服系统161

5.4.1 无刷直流电动机伺服系统组成161

5.4.2 无刷直流电动机在电动自行车上的速度伺服控制应用162

5.5 直线电动机伺服控制165

思考题与习题167

第6章 多轴运动控制系统169

6.1 多轴运动控制系统设计分析169

6.1.1 多轴运动控制系统典型结构169

6.1.2 系统分析170

6.1.3 多轴控制策略选择171

6.2 基于PC的多轴运动控制系统172

6.2.1 多轴运动控制器172

6.2.2 PC＋运动控制器硬件方案173

6.2.3 软件系统设计174

6.2.4 轨迹控制原理176

6.2.5 轨迹插补基本方法178

6.3 基于CAN总线的多轴运动控制系统180

6.3.1 CAN现场总线180

6.3.2 控制系统构建183

6.3.3 系统主要硬件184

6.3.4 系统软件设计185

6.4 基于PROFIBUS总线运动控制系统187

6.4.1 PROFIBUS现场总线187

6.4.2 基于PROFIBUS的分布式运动控制系统188

思考题与习题190

第7章 典型应用系统分析191

7.1 数控系统191

7.1.1 数控机床原理及功能分析191

7.1.2 系统总体设计和方案比较192

7.1.3 专用数控控制装置的应用193

7.1.4 PID＋速度前馈＋加速度前馈的伺服控制194

7.1.5 经济型数控系统194

7.2 工业机器人伺服控制系统196

7.2.1 工业机器人控制原理及伺服控制系统196

7.2.2 机器人对关节驱动伺服电动机及伺服系统的要求197

7.3 雷达天线伺服控制系统198

7.3.1 雷达天线伺服控制系统组成198

7.3.2 雷达天线伺服控制系统原理200

7.3.3 车载雷达天线伺服控制系统200

参考文献203