交流伺服電機及其控制技術(shù)

可供高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)本科生、研究生作為教材或參考書使用，也可供科研院所、廠礦企業(yè)從事自動化技術(shù)的科技工作者參考使用。

《交流伺服電機及其控制》全面、系統(tǒng)、深入地闡述了交流伺服系統(tǒng)的工作原理、組成及設(shè)計方法?！督涣魉欧姍C及其控制》第1章介紹了伺服系統(tǒng)的概念、發(fā)展過程以及交流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成、分類、性能指標(biāo)、發(fā)展趨勢;第2章介紹了感應(yīng)電機伺服控制系統(tǒng);第3章介紹了永磁同步電機伺服控制系統(tǒng);第4章介紹了交流伺服控制系統(tǒng)功率變換電路;第5章介紹了伺服系統(tǒng)常用傳感器的工作原理;第6章介紹了交流伺服系統(tǒng)常用的控制策略;第7章介紹了直接驅(qū)動交流伺服系統(tǒng);第8章介紹了直線交流伺服系統(tǒng)。

自20世紀(jì)80年代以來，隨著現(xiàn)代電機技術(shù)、材料技術(shù)、傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，伺服控制技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。尤其是矢量控制技術(shù)的發(fā)展，使得交流電機高動態(tài)響應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制得以實現(xiàn)，極大地提高了交流伺服系統(tǒng)的性能，從而使得交流伺服系統(tǒng)的電機控制復(fù)雜、控制特性差等問題的解決取得了突破性的進(jìn)展。交流伺服系統(tǒng)在各種應(yīng)用領(lǐng)域充分展現(xiàn)了高精度、高動態(tài)性能、高可靠性、高效率、體積小、重量輕等突出的優(yōu)勢。

前言

第1章 伺服系統(tǒng)概述

1.1 伺服系統(tǒng)的基本概念

1.1.1 伺服系統(tǒng)的定義

1.1.2 伺服系統(tǒng)的組成

1.1.3 伺服系統(tǒng)性能的基本要求

1.1.4 伺服系統(tǒng)的種類

1.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展過程

l.3 交流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

1.3.1 交流伺服電機

1.3.2 功率變換器

1.3.3 傳感器

1.3.4 控制器

1.4 交流伺服系統(tǒng)的分類

1.4.1 按伺服系統(tǒng)控制信號的處理方法分類

1.4.2 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類

1.5 交流伺服系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)

1.6 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

第2章 感應(yīng)電機伺服控制系統(tǒng)

2.1 感應(yīng)電機伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.2 感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換

2.2.1 矢量控制的基本思路

2.2.2 在三相靜止坐標(biāo)系下感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型

2.2.3 坐標(biāo)變換

2.3 感應(yīng)電機的矢量控制

2.3.1 轉(zhuǎn)子磁場定向M-T坐標(biāo)系中的基本方程

2.3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制

2.3.3 解耦控制

2.3.4 磁通與電流控制

2.3.5 坐標(biāo)變換的實現(xiàn)

2.3.6 弱磁控制

2.3.7 M-T坐標(biāo)系下感應(yīng)電機矢量控制伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

2.4 伺服控制感應(yīng)電機的等效直流電機常數(shù)

2.4.1 伺服控制感應(yīng)電機的等效電路

2.4.2 伺服控制感應(yīng)電機的等效直流電機常數(shù)

2.4.3 伺服控制感應(yīng)電機的特性框圖與時間常數(shù)

2.5 關(guān)于感應(yīng)電機的直接轉(zhuǎn)矩控制

第3章 永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)

3.1 詠磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.2 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)與工作原理

3.3 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型

3.3.1 永磁同步電機的基本方程

3.3.2 永磁同步電機的d、q軸數(shù)學(xué)模型

3.4 tqE弦波永磁同步電機的矢量控制方法

3.4.1 i=0控制

3.4.2 最大轉(zhuǎn)矩控制

3.4 ，3弱磁控制

3.4.4 cos=1控制

3.4.5 最大效率控制

3.4.6 永磁同步電機的參數(shù)與輸出范圍

3.5 交流伺服電機的矢量控制系統(tǒng)

3.5.1 狀態(tài)方程與控制框圖

3.5.2 解耦控制與坐標(biāo)變換的實現(xiàn)

3.5.3 電流控制器的分析與設(shè)計

3.5.4 速度控制器的設(shè)計

3.5.5 位置控制器的設(shè)計

3.5.6 d-q坐標(biāo)系下永磁同步伺服電機矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.6 永磁同步伺服電機的設(shè)計要點

3.6.1 電機主要尺寸的確定

3.6.2 電動勢的正弦化設(shè)計

3.6.3 定位轉(zhuǎn)矩的抑制技術(shù)

第4章 交流伺服系統(tǒng)的功率變換電路

4.1 交流伺服系統(tǒng)功率變換主電路的構(gòu)成

4.2 功率開關(guān)器件

4.2.1 功率晶體管(GTR)

4.2.2 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)

4.2.3 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)

4.3 功率變換主電路的設(shè)計

4.3.1 逆變電路的設(shè)計

4.3.2 緩沖電路的設(shè)計

4.3.3 整流電路的設(shè)計

4.3.4 濾波電路的設(shè)計

4.3.5 制動電路的設(shè)計

4.4 PWM控制技術(shù)

4.4.1 正弦波脈寬調(diào)制(s;PWM)控制技術(shù)

4.4.2 t電流跟蹤型PWM控制技術(shù)

4.4.3 電壓空間矢量PWM控制技術(shù)

第5章 交流伺服系統(tǒng)常用的傳感器

5.1 位置傳感器

5.1.1 旋轉(zhuǎn)變壓器

5.1.2 感應(yīng)同步器

5.1.3 旋轉(zhuǎn)變壓器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器

5.1.4 光電編碼器

5.1.5 磁性編碼器

5.1.6 幾種傳感器的對比

5.2 速度傳感器

5.2.1 測速發(fā)電機

5.2.2 數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器

5.3 電流傳感器

5.3.1 霍爾電流傳感器

5.3.2 電流檢測IC

5.3.3 電阻+絕緣放大器

5.4 電壓傳感器

5.5 溫度傳感器

第6章 交流伺服系統(tǒng)常用的控制策略

6.1 基于滯回單元的有限時間整定控制

6.1.1 基于滯回單元的有限時間整定控制的原理

6.1.2 滯回(HYS)單元

6.2 非線性規(guī)范模型跟蹤控制

6.2.1 非線性規(guī)范模型跟蹤控制的原理

6.2.2 魯棒補償器的設(shè)計

6.3 2自由度控制

6.3.1 2自由度控制系統(tǒng)的定義

6.3.2 2自由度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

6.3.3 2自由度控制系統(tǒng)的設(shè)計

6.3.4 2自由度PID控制

6.4 H控制

6.4.1 交流伺服系統(tǒng)的靈敏度函數(shù)和補靈敏度函數(shù)

6.4.2 H混合靈敏度問題

6.4.3 加權(quán)函數(shù)的選擇及H魯棒控制器的設(shè)計

6.5 自適應(yīng)控制

6.5.1 自校正控制系統(tǒng)(STCS)

6.5.2 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)(MRACS)

6.6 滑模變結(jié)構(gòu)控制

6.6.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制原理

6.6.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本設(shè)計方法

6.7 智能控制

6.7.1 專家系統(tǒng)及專家控制

6.7.2 模糊控制

6.7.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

6.7.4 學(xué)習(xí)控制

6.7.5 預(yù)測控制

6.8 交流伺服電機的高性能控制--機械諧振系統(tǒng)的振動控制

6.8.1 控制對象及問題的提出

6.8.2 諧振的各種控制方法

第7章 直接驅(qū)動交流伺服系統(tǒng)

7.1 概述

7.2 直接驅(qū)動伺服系統(tǒng)

7.2.1 直接驅(qū)動伺服系統(tǒng)的特點

7.2.2 直接驅(qū)動伺服電機應(yīng)具備的特性

7.2.3 直接驅(qū)動伺服電機的結(jié)構(gòu)及安裝形式

7.2.4 直接驅(qū)動伺服電機的分類

7.3 直接驅(qū)動交流伺服電機的研究與發(fā)展

7.3.1 電磁型直接驅(qū)動交流伺服電機

7.3.2 動電型直接驅(qū)動交流伺服電機

7.4 關(guān)于直接驅(qū)動伺服電動機的控制策略

7.5 直接驅(qū)動伺服電機的發(fā)展方向分析

第8章 直線交流伺服系統(tǒng)

8.1 概述

8.2 直線電動機的工作原理

8.3 直線電動機的分類

8.3.1 按結(jié)構(gòu)型式分類

8.3.2 按功能用途分類

8.3.3 按工作原理分類

8.4 直線感應(yīng)電機技術(shù)

8.4.1 直線感應(yīng)電動機的基本結(jié)構(gòu)

8.4.2 直線感應(yīng)電動機的基本工作原理

8.4.3 直線感應(yīng)電機的基本特性

8.4.4 直線感應(yīng)電機的矢量控制

8.5 直線永磁同步電機

8.5.1 直線永磁同步電機的基本結(jié)構(gòu)

8.5.2 直線永磁同步電機的基本工作原理

8.5.3 直線永磁同步電機的分類

8.5.4 直線永磁同步電機的軸數(shù)學(xué)模型

8.6 高頻響、短行程直線伺服電機

8.6.1 直流型高頻響、短行程直線伺服電機

8.6.2 磁阻型高頻響、短行程直線伺服電機

8.7 直線步進(jìn)電動機

8.7.1 直線步進(jìn)電動機的工作原理

8.7.2 直線步進(jìn)電動機的結(jié)構(gòu)分析

8.8 關(guān)于直線交流伺服電機的控制策略

8.8.1 傳統(tǒng)的控制策略

8.8.2 現(xiàn)代控制策略

8.8.3 智能控制策略

8.9 高速機床直線電機進(jìn)給伺服系統(tǒng)

8.9.1 直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點

8.9.2 直線電機直接驅(qū)動存在的關(guān)鍵技術(shù)問題

8.9.3 直線交流伺服電機系統(tǒng)的主要指標(biāo)及參數(shù)

8.9.4 直線電機伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

附錄

附錄A 直流伺服電機的主要用語與定義

附錄B 永磁同步伺服電機參數(shù)的等效直流電機換算

參考文獻(xiàn)