運動控制系統(tǒng)原理及應用

第1章 運動控制系統(tǒng)基本概念1
1.1運動控制系統(tǒng)及其組成1
1.2運動控制系統(tǒng)的分類2
1.3運動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)2
1.3.1步進電動機3
1.3.2直流電動機3
1.3.3交流異步電動機4
1.3.4交流同步電動機5
1.3.5無刷直流電動機6
1.4運動控制系統(tǒng)的性能指標及其執(zhí)行機構(gòu)機械特性7
1.4.1運動控制系統(tǒng)的主要性能指標7
1.4.2運動控制系統(tǒng)中影響性能指標的因素10
1.4.3運動控制系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)的機械特性11
1.5運動控制系統(tǒng)的歷史和發(fā)展19
思考題與習題20

第2章 運動控制系統(tǒng)的控制策略21
2.1直流調(diào)速系統(tǒng)V-M控制21
2.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型21
2.1.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)24
2.1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)30
2.2直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的工程設計37
2.2.1工程設計任務37
2.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)37
2.2.3系統(tǒng)電路設計38
2.2.4調(diào)節(jié)器工程設計44
2.3交流調(diào)速系統(tǒng)變壓變頻控制57
2.3.1變頻調(diào)速的本質(zhì)和意義57
2.3.2交流調(diào)速系統(tǒng)基本控制方式59
2.3.3異步電動機變頻調(diào)速原理61
2.4交流調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制62
2.4.1三相異步電動機數(shù)學模型62
2.4.2三相-兩相靜止坐標變換（3s/2s變換）63
2.4.3兩相靜止兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換（2s/2r變換）64
2.4.4三相異步電動機按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制65
2.5交流調(diào)速系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制67
2.5.1磁鏈與轉(zhuǎn)矩估計模塊68
2.5.2基于開關(guān)表的直接轉(zhuǎn)矩控制策略68
2.6位置伺服與多軸控制71
2.6.1單軸位置伺服系統(tǒng)71
2.6.2多軸運動協(xié)調(diào)控制技術(shù)簡介75
2.6.3多軸運動控制中的插補原理80
思考題與習題89

第3章 運動控制系統(tǒng)的數(shù)字控制91
3.1運動控制系統(tǒng)傳感器概述91
3.2運動控制系統(tǒng)中的檢測及濾波技術(shù)92
3.2.1旋轉(zhuǎn)變壓器92
3.2.2光電編碼器96
3.2.3直線光柵101
3.2.4運動控制系統(tǒng)中其他傳感器簡介105
3.2.5運動控制系統(tǒng)中的速度檢測與濾波110
3.3運動控制系統(tǒng)的數(shù)字化113
3.3.1量化與編碼114
3.3.2采樣頻率的選擇115
3.3.3數(shù)字運動控制系統(tǒng)的輸入與輸出變量115
3.3.4數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)116
思考題與習題117

第4章 運動控制系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制118
4.1直流脈寬調(diào)制變換器119
4.1.1直流PWM變換器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理119
4.1.2直流PWM變換器的控制特性122
4.2可逆直流調(diào)速系統(tǒng)123
4.2.1直流調(diào)速系統(tǒng)的可逆運行與可逆電路124
4.2.2可逆直流調(diào)速系統(tǒng)環(huán)流問題簡介126
4.3交流PWM變頻器主回路128
4.4交流PWM控制技術(shù)129
4.4.1正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)129
4.4.2消除指定次數(shù)諧波的PWM（SHEPWM）控制技術(shù)130
4.4.3電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)131
4.5電壓空間矢量PWM控制技術(shù)133
4.5.1空間矢量的定義133
4.5.2電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系135
4.5.3PWM逆變器輸出的基本電壓矢量135
4.5.4正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場136
4.5.5預期電壓空間矢量的合成138
4.5.6SVPWM的實現(xiàn)140
4.5.7SVPWM控制的定子磁鏈分析141
思考題與習題143

第5章 運動控制系統(tǒng)中的智能控制144
5.1模糊控制原理概述144
5.1.1模糊控制系統(tǒng)的組成與特點144
5.1.2模糊控制基本原理145
5.1.3模糊控制系統(tǒng)的分類146
5.2模糊控制器150
5.2.1模糊控制器的組成150
5.2.2模糊控制器的結(jié)構(gòu)151
5.3模糊控制過程153
5.3.1精確量的模糊化153
5.3.2模糊數(shù)據(jù)庫154
5.3.3模糊控制規(guī)則156
5.3.4模糊控制算法157
5.3.5解模糊判決159
5.4基于模糊控制的運動控制系統(tǒng)舉例161
5.5人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述166
5.6基于神經(jīng)網(wǎng)絡的運動控制系統(tǒng)設計167
5.6.1神經(jīng)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)速估計基本原理167
5.6.2神經(jīng)網(wǎng)絡在調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速估計中的應用168
思考題與習題172

第6章 運動控制系統(tǒng)中的通信技術(shù)173
6.1運動控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線通信173
6.1.1現(xiàn)場總線概述173
6.1.2基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)架構(gòu)178
6.2ABB AC500系列控制器通信系統(tǒng)概述183
6.2.1AC500中的I/O總線184
6.2.2AC500控制器CPU中的通信接口介紹184
6.2.3AC500系列控制器的通信接口連接186
思考題與習題188

第7章 運動控制系統(tǒng)驅(qū)動器的設計189
7.1驅(qū)動器的總體性能要求和設計任務189
7.2運動控制系統(tǒng)驅(qū)動器設計過程189
7.2.1運動控制系統(tǒng)驅(qū)動器硬件設計189
7.2.2運動控制系統(tǒng)驅(qū)動器軟件設計194
7.2.3設計結(jié)果驗證199
7.3ABB驅(qū)動器——ACS880簡介200
思考題與習題203

第8章 運動控制系統(tǒng)的集成與設計204
8.1PLC控制系統(tǒng)設計205
8.1.1設計的基本原則205
8.1.2設計的基本內(nèi)容205
8.1.3設計的一般步驟206
8.1.4PLC硬件系統(tǒng)設計206
8.1.5提高控制系統(tǒng)可靠性的措施213
8.2ABBAC500系列PLC運動控制器214
8.3項目案例216
8.3.1基于AC500的液壓送料機216
8.3.2基于AC500的自動停車場220
思考題與習題221

參考文獻222