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序 1

前言 1

第一章 概述 1

目录 1

第一节 伺服系统的作用及组成 2

第二节 伺服系统的基本要求和特点 2

一、对伺服系统的基本要求 2

二、伺服系统的主要特点 3

第三节 伺服系统的分类 4

一、按调节理论分类 4

二、按使用的驱动元件分类 5

三、按进给驱动和主轴驱动分类 6

四、按反馈比较控制方式分类 6

习题和思考题 9

一、不可控器件 10

二、半控型器件 10

第一节 电力电子器件的应用 10

第二章 伺服控制基础知识 10

三、全控型器件 13

第二节 检测元件 33

一、速度检测 33

二、角度（角位移）检测 38

三、位置检测 40

习题和思考题 45

一、步进电动机的种类 46

第一节 步进电动机的工作原理及驱动方法 46

第三章 步进电动机的控制 46

二、步进电动机的工作原理 47

三、步进电动机的驱动方法 54

四、步进电动机驱动电源设计 54

五、步进电动机与微机的接口技术 61

第二节 步进电动机的开、闭环控制 62

一、步进电动机的开环控制 62

二、步进电动机的闭环控制 64

第三节 步进电动机的最佳点一位控制 65

一、步进电动机控制信号的产生 68

二、步进电动机的运行控制及程序设计 68

第四节 步进电动机控制的程序设计 68

习题和思考题 74

第四章 直流电动机调速系统 76

第一节 直流电动机概述 76

一、直流电动机的基本结构 76

二、永磁直流伺服电动机及工作原理 76

第二节 直流电动机的单闭环调速系统 78

三、调速指标 79

二、直流电动机的调速方法 79

一、调速的定义 79

四、单闭环直流调速系统 81

第三节 双闭环直流电动机调速系统 89

一、转速、电流双闭环调速系统的组成 89

二、转速、电流双闭环调速系统的工作原理 89

第四节 直流脉宽调速控制系统 94

一、概述 94

二、PWM调速系统的控制电路 102

一、工程设计方法的基本思路 112

第五节 转速、电流双闭环调速系统的工程设计法 112

二、典型系统及其参数与性能指标的关系 113

三、电流调节器设计 122

四、转速环设计 126

五、转速调节器饱和限幅时的超调量和计算 128

第六节 伺服控制系统的计算机辅助设计 129

一、伺服控制系统计算机辅助设计的基本原理 130

二、MATLAB/SIMULINK在伺服控制系统CAD中的应用 131

三、MATLAB的一些工具箱函数简介 132

四、运用MATLAB的SIMULINK仿真 135

习题和思考题 141

第五章 无刷直流电动机控制系统 143

第一节 无刷直流电动机的组成结构和工作原理 143

一、无刷直流电动机的结构特点 143

二、无刷直流电动机的转子位置传感器 144

三、无刷直流电动机的换向原理 146

第二节 无刷直流电动机的基本公式和数学模型 150

一、电枢绕组的反电动势 150

二、电磁转矩 151

第三节 无刷直流电动机的转矩波动 152

第四节 无刷直流电动机的驱动控制 153

一、开环型无刷直流电动机驱动器 154

二、速度闭环的无刷直流电动机驱动器 156

三、速度电流双闭环的无刷直流电动机驱动器 158

第五节 无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制 161

一、无刷直流电动机转子位置估计方法 161

二、无位置传感器无刷直流电动机控制系统的构成 162

第六节 无刷直流电动机驱动控制的专用芯片介绍 163

习题和思考题 164

一、变频调速基本原理 165

第六章 异步电动机调速系统及主轴驱动 165

第一节 异步电动机变频调速系统 165

二、正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器 167

三、U/F变频调速系统 172

第二节 数控机床对主轴驱动和主轴电动机的要求 178

一、数控机床对主轴驱动的要求 178

二、数控机床对主轴电动机的要求 179

第三节 直流主轴控制单元 181

一、矢量控制变频调速系统 182

第四节 交流主轴控制单元 182

二、矢量变换控制系统原理及控制方案 185

第五节 主轴定向控制 187

一、主轴定向控制的意义 187

二、主轴定向控制的实现 188

习题和思考题 189

第七章 三相永磁同步伺服电动机的控制 190

第一节 三相永磁同步伺服电动机及其数学模型 190

第二节 三相永磁同步伺服电动机的控制策略 191

第三节 速度反馈信号的检测和处理 196

第四节 伺服电动机转子初始位置的检测 198

第五节 交流伺服系统的电子齿轮功能 200

习题和思考题 203

第八章 进给伺服系统 204

第一节 进给伺服系统概述 204

一、开环、闭环和半闭环 204

二、点位和连续轨迹控制的伺服系统 206

第二节 进给伺服系统分析 206

一、进给伺服系统的数学模型 207

二、进给伺服系统动、静态性能分析 208

三、前馈控制 211

四、位置指令信号分析 212

五、指令值的修正 212

第三节 脉冲比较的进给位置伺服系统 213

一、脉冲比较式进给位置伺服系统 213

二、脉冲比较进给系统组成原理 215

三、脉冲比较电路 216

一、相位伺服进给系统组成原理 218

第四节 相位比较的进给伺服系统 218

二、脉冲调相器 219

三、鉴相器 220

第五节 幅值比较的进给伺服系统 220

一、幅值伺服系统组成原理 221

二、鉴幅器 222

三、电压-频率变换器 223

四、脉冲调宽式正、余弦信号发生器 224

第六节 数据采样式进给伺服系统 227

一、数据采样式进给位置伺服系统 227

二、反馈补偿式步进电动机进给伺服系统 229

第七节 交、直流伺服电动机的微机位置闭环控制 230

一、直流伺服电动机的微机位置闭环控制 231

二、交流伺服电动机的微机位置闭环控制 232

习题和思考题 233

第九章 基于DSP芯片为核心构成的伺服系统 234

第一节 控制系统硬件结构 234

一、TMS320LF2407的结构与特点 234

二、TMS320LF2407DSP CPU控制器的功能结构图 235

一、程序编写 237

第二节 伺服控制通用平台的软件编程及调试环境 237

二、调试环境 238

三、开发一个简单的应用程序 239

第三节 TMS320LF2407-A应用实例 240

一、基于TMS320X2407-A的全数字直流电动机伺服控制系统 240

二、基于TMS320LF2407-A的全数字无刷直流电动机伺服控制系统 243

三、基于TMS320LF2407-A的全数字交流电动机伺服控制系统 246

四、基于DSP-LF2407A和CAN总线的分布式电动机控制系统 258

习题和思考题 262

参考文献 263