運動控制技術與應用

內(nèi)容概要

《運動控制技術與應用》主要內(nèi)容包括運動控制系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器、開環(huán)步進電機伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)與多軸運動協(xié)調(diào)控制、基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)設計及運動控制系統(tǒng)實例。內(nèi)容由淺入深，刪繁就簡，注重實用性。
《運動控制技術與應用》可作為高校電氣、自動化、機電一體化等專業(yè)本、?？粕?，高職高專自動化專業(yè)學生的教材，也可供工業(yè)自動化行業(yè)工程技術人員參考。本書由熊田忠擔任主編。

書籍目錄

第1章  緒論
  1.1  運動控制的定義
  1.2  運動控制系統(tǒng)結構
  1.3  運動控制系統(tǒng)分類
  1.4  運動控制器
  1.5  運動控制技術的發(fā)展趨勢
  思考與習題
第2章  運動控制系統(tǒng)中的傳感器與檢測技術
  2.1  旋轉變壓器
    2.1.1  旋轉變壓器的結構與工作原理
    2.1.2  旋轉變壓器的信號處理
    2.1.3  旋轉變壓器的選用
  2.2  光電編碼器
    2.2.1  增量式光電編碼器
    2.2.2  絕對式光電編碼器
    2.2.3  光電編碼器的選用
  2.3  直線光柵尺
    2.3.1  光柵的概念、結構與分類
    2.3.2  直線光柵尺的測量原理
    2.3.3  直線光柵尺的選用
  2.4  其他運動控制系統(tǒng)中的傳感器
    2.4.1  感應同步器
    2.4.2  磁柵尺
    2.4.3  激光干涉儀
    2.4.4  電容式傳感器
    2.4.5  電感式傳感器
    2.4.6  霍爾式傳感器
    2.4.7  電荷耦合圖像傳感器
    2.4.8  測速發(fā)電機
    2.4.9  力／力矩傳感器
  2.5  運動控制系統(tǒng)中的速度檢測與濾波
    2.5.1  速度檢測方法
    2.5.2  速度檢測測量噪聲
    2.5.3  速度環(huán)節(jié)低通濾波器設計
  思考與習題
第3章  運動控制系統(tǒng)的執(zhí)行器
  3.1  步進電機
    3.1.1  步進電機的分類、工作原理和特點
    3.1.2  步進電機的運行特性
    3.1.3  步進電機驅(qū)動器
    3.1.4  步進電機的控制
    3.1.5  步進電機的選用
  3.2  直流伺服電機
    3.2.1  直流伺服電機的基本結構與原理
    3.2.2  直流伺服電機的機械特性
    3.2.3  直流伺服電機的驅(qū)動技術
    3.2.4  幾種直流伺服電機的特點與應用
  3.3  無刷直流電動機
  3.4  交流伺服電機概述
  3.5  兩相交流伺服電機
  3.6  永磁同步電動機
    3.6.1  永磁同步電動機的結構、原理
    3.6.2  永磁同步電動機的特點及應用
  3.7  其他特殊電機
  3.8  液壓與氣動
  思考與習題
第4章  步進電機伺服系統(tǒng)
  4.1  開環(huán)步進伺服系統(tǒng)方案設計
    4.1.1  環(huán)形分配器、驅(qū)動功率放大器
    4.1.2  步進電機驅(qū)動器的脈沖方向控制
    4.1.3  速度規(guī)劃
  4.2  開環(huán)步進伺服系統(tǒng)設計
    4.2.1  運動控制系統(tǒng)中的常用機械結構
    4.2.2  運動控制系統(tǒng)中的機電匹配設計
    4.2.3  控制系統(tǒng)設計簡介
  思考與習題
第5章  直流伺服系統(tǒng)
  5.1  直流調(diào)速系統(tǒng)概述
    5.1.1  直流調(diào)速方法
    5.1.2  轉速控制的要求和調(diào)速指標
  5.2  直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型
  5.3  單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.1  轉速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.2  電流截止負反饋調(diào)速系統(tǒng)
    5.3.3  轉速負反饋無靜差調(diào)速系統(tǒng)
  5.4  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)
    5.4.1  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構成
    5.4.2  雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能分析
  5.5  直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制
    5.5.1  數(shù)字量化
    5.5.2  采樣頻率的選擇
    5.5.3  計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的輸入與輸出變量
    5.5.4  數(shù)字PI調(diào)節(jié)器
    5.5.5  模擬傳遞函數(shù)的數(shù)字化實現(xiàn)
    5.5.6  計算機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件
  思考與習題
第6章  交流伺服系統(tǒng)
  6.1  交流調(diào)速概述
  6.2  異步電動機變頻調(diào)速原理
  6.3  矢量控制原理
    6.3.1  三相異步電動機的數(shù)學模型
    6.3.2  三相一兩相靜止坐標變換(3s／2s變換)
    6.3.3  兩相靜止一兩相旋轉坐標變換(2s／2r變換)
    6.3.4  三相異步電動機按轉子磁場定向的矢量控制
  思考與習題
第7章  位置伺服系統(tǒng)與多軸運動協(xié)調(diào)
  7.1  單軸位置伺服系統(tǒng)
    7.1.1  位置伺服系統(tǒng)及其組成
    7.1.2  位置伺服系統(tǒng)的結構
    7.1.3  位置伺服系統(tǒng)的特性
    7.1.4  位置伺服系統(tǒng)的模型辨識
    7.1.5  位置伺服系統(tǒng)的性能改善
  7.2  多軸運動協(xié)調(diào)控制技術
    7.2.1  多軸運動控制器及其控制方案
    7.2.2  多軸運動控制應用領域
    7.2.3  多軸運動協(xié)調(diào)控制模式
  7.3  插補原理
    7.3.1  插補概述
    7.3.2  逐點比較法插補原理
  7.4  數(shù)控技術基礎
    7.4.1  數(shù)控技術概述
    7.4.2  數(shù)控編程介紹
    7.4.3  數(shù)控銑床基本編程指令
    7.4.4  零件數(shù)控加工編程實例
  思考與習題
第8章  基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)
  8.1  現(xiàn)場總線概述
    8.1.1  現(xiàn)場總線的產(chǎn)生
    8.1.2  現(xiàn)場總線的發(fā)展
  8.2  基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)架構
    8.2.1  通信網(wǎng)絡的選擇
    8.2.2  基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)架構舉例
  8.3  運動控制系統(tǒng)監(jiān)控技術
    8.3.1  數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控技術的發(fā)展
    8.3.2  主流的HMI／SCADA監(jiān)控軟件
    8.3.3  監(jiān)控軟件與運動控制器的通信
  8.4  基于現(xiàn)場總線的運動控制系統(tǒng)應用
  思考與習題
第9章  運動控制系統(tǒng)設計
  9.1  運動控制系統(tǒng)的總體性能要求和設計任務
  9.2  運動控制系統(tǒng)的方案設計
  9.3  運動控制系統(tǒng)部件的選擇
    9.3.1  執(zhí)行電機
    9.3.2  電機驅(qū)動器
    9.3.3  位置和速度傳感器的選擇
    9.3.4  運動控制器的選擇原則
    9.3.5  運動控制系統(tǒng)部件的選擇實例
  9.4  調(diào)節(jié)器的工程設計方法
    9.4.1  工程設計方法的基本思路.
    9.4.2  典型系統(tǒng)
    9.4.3  PID控制器的參數(shù)整定
  思考與習題
第10章  運動控制系統(tǒng)應用實例
  10.1  基于DSP／ARM的無刷直流電動機控制系統(tǒng)
    10.1.1  基于ARM的無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計
    10.1.2  數(shù)字控制無刷直流電動機驅(qū)動器硬件設計
  10.2  基于S7-200 PLC的二維運動控制系統(tǒng)的示教與再現(xiàn)
    10.2.1  概述
    10.2.2  系統(tǒng)組成
    10.2.3  控制軟件設計
    10.2.4  實驗驗證
    10.2.5  二維示教平臺具體實現(xiàn)擴展
  10.3  基于單片機的步進電機速度／位置控制系統(tǒng)設計
    10.3.1  硬件設計
    10.3.2  軟件設計
  10.4  基于S7-200 PLC與變頻器的USS通信同步控制系統(tǒng)
    10.4.1  USS協(xié)議概述
    10.4.2  S7-200 PLC的通信接口
    10.4.3  S7-200 PLC與MM420變頻器的通信連接
    10.4.4  S7-200 PLC的USS編程
  10.5  基于S7-300 PLC與變頻器的PROFIBUS通信水位控制系統(tǒng)
    10.5.1  系統(tǒng)組成、功能要求及控制方案
    10.5.2  編程實現(xiàn)
  10.6  步進電機控制的鏡片陣列日光聚焦系統(tǒng)設計
    10.6.1  系統(tǒng)概述
    10.6.2  方案設計
    10.6.3  實施要點
  10.7  基于運動控制板卡的雕刻機控制系統(tǒng)設計
    10.7.1  方案設計
    10.7.2  硬件組成
    10.7.3  軟件開發(fā)
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   4）免維護對于自動化來說是發(fā)展的方向。 為了滿足不必維護的實際要求，人們開發(fā)出無刷DC伺服電機。這是利用高級的方式控制同步電機，達到與DC伺服電機同等以上的性能。 沒有碳刷的電機分為感應電機（IM）、轉速由同步頻率決定的同步電機（SM）和步進電機。步進電機采用開環(huán)控制，具有優(yōu)異的伺服特性，但在高轉速或高負載轉矩時有時會失步，因此使用IM或SM，采用像DC伺服電機一樣的控制。這主要是由于功率電子器件的進步，才使得可變電壓可變頻率（VVVF）的變頻器制造變得簡單。同時由于控制技術的進步，使得SM、IM可像DC伺服電機一樣地控制（見本書第6章有關敘述）。 那么如何決定采用IM或SM呢？一般的判斷是用電機的輸出功率來區(qū)別，即在電機大小相等的條件下，包含價格，有一方的額定輸出功率會較大。在小型電機中，SM比較有利，SM型電機不需要特殊的電源只要控制一個電壓信號就可以控制速度。但因運轉效率較差，無法實現(xiàn)大的輸出功率。因此，小型電機常是轉子使用高性能永久磁鐵的SM型電機。 一般稱呼AC伺服電機時，包括IM型和SM型，但IM型的容量常在數(shù)千瓦以上，用于工作母機的主軸、鋼廠的壓延機等，而小型的AC伺服電機則是SM型電機。因此，不管是稱為AC伺服或是DC無刷伺服，在此小容量范圍內(nèi)都是指相同的電機。所以，在運動控制中，無刷DC伺服電機就是SM型伺服電機。DC伺服電機的定子使用永久磁鐵，電樞線圈位于轉子，利用碳刷與整流子切換線圈的導通電流（整流），使得電流方向與磁場方向垂直，無刷DC伺服電機的轉子與定子的關系與DC伺服電機正好相反，依磁極的位置在外部整流。如果外部的電晶體包含在內(nèi)，原理上可看成與DC伺服電機的動作一樣，而電機本體的構造是同步電機。如果連同整流電路包括在內(nèi)考慮，就好像沒有碳刷的DC伺服電機一樣，因此稱為無刷DC伺服電機。因電機的構造是SM型或IM型，一般稱為AC伺服電機。與步進電機一樣，DC伺服電機的特性很少只評價電機本體的特性，而是使用與伺服驅(qū)動器組合后的特性。DC伺服電機因利用碳刷整流，需要防止整流火花，高速運轉時，在過負載轉矩上受到限制。無刷伺服電機無整流界限，轉矩隨所用磁鐵材質(zhì)而異，到額定轉速為止都可以輸出大轉矩（額定轉矩的3～5倍），可用于高轉速、高輸出轉矩的驅(qū)動。 （5）步進電機 步進電機的選擇主要考慮步距角（涉及到相數(shù)）、靜力矩及電流三大要素：一旦這三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。

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