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第1章 绪论 1

1.1 交流伺服系统的国内外现状与发展趋势 1

1.2 交流伺服系统的分类和特点 3

1.3 交流伺服系统在国内相关行业中的应用及研发意义 7

1.4 本书主要涉及的内容和安排 9

第2章 三相交流永磁同步电动机 11

2.1 永磁同步电动机转子的结构和特征 11

2.2 永磁同步电动机的数学模型 12

2.2.1 坐标变换的原则和基本思路 13

2.2.2 坐标变换阵 14

2.2.3 建立dq坐标系下的数学模型 17

2.3 永磁同步电动机的特性常数 21

2.3.1 转矩常数和反电动势常数 21

2.3.2 机械时间常数、电气时间常数和机电时间常数 23

2.4 永磁同步电动机转矩波动 26

2.4.1 纹波转矩 26

2.4.2 齿槽转矩 27

2.5 永磁同步电动机控制系统 28

2.5.1 基本电磁关系轨迹 29

2.5.2 矢量控制策略 32

2.5.3 基于id=0控制策略的伺服系统基本结构 37

第3章 电动机驱动电源和功率器件 39

3.1 逆变电路 39

3.1.1 基本工作原理 39

3.1.2 三相桥式电压型逆变电路 40

3.1.3 多电平逆变电路 42

3.2 重要的辅助电路 43

3.2.1 整流单元 43

3.2.2 预充电电路 44

3.2.3 泵升电压保护电路 45

3.3 功率器件 47

3.3.1 功率器件的种类和发展 47

3.3.2 IGBT 49

3.3.3 器件的驱动 50

3.3.4 器件的保护 53

3.4 智能功率模块（IPM） 56

3.4.1 接口电路 56

3.4.2 电压自举电路 57

3.4.3 保护功能 59

第4章 PWM控制技术 60

4.1 PWM控制的基本原理 60

4.2 三种典型的PWM控制技术 61

4.2.1 正弦波PWM技术 61

4.2.2 电流跟踪PWM技术 63

4.2.3 电压空间矢量PWM技术 65

4.3 逆变器品质评价 67

4.3.1 谐波成分 67

4.3.2 直流电压利用率与过调制 72

4.3.3 三种PWM控制技术的小结 76

4.4 数字化伺服系统中SVPWM的实现 76

第5章 数字控制系统 83

5.1 基础知识 83

5.1.1 信号采样和香农采样定理 83

5.1.2 信号复现和零阶保持器 86

5.1.3 量化误差和极限环 89

5.1.4 系统中的延迟 91

5.1.5 z变换及离散化方法 92

5.2 数字控制器研究方法 96

5.2.1 模拟化研究方法概述 96

5.2.2 数字化研究方法概述 97

5.3 微处理器选择 97

5.3.1 选择处理器的基本原则 97

5.3.2 伺服控制系统要求的处理器性能 98

5.3.3 数字信号处理器（DSP） 99

5.4 系统中的混合地设计 103

第6章 传感器技术和检测数据处理 106

6.1 电流传感器 106

6.1.1 利用霍尔元件检测 106

6.1.2 利用分流电阻检测 107

6.2 速度传感器 110

6.3 位置传感器 110

6.3.1 光电式增量型编码器 111

6.3.2 光电式绝对型编码器 112

6.3.3 旋转变压器与R-D变换器 114

6.4 检测数据处理 118

6.4.1 过采样和A-D分辨率 118

6.4.2 转速估计和编码器分辨率 121

6.4.3 数据标幺化和定标 123

第7章 三闭环控制系统 127

7.1 三闭环系统构成 127

7.2 系统的基本研究内容 128

7.2.1 系统的稳定性及稳态裕度 128

7.2.2 典型系统 129

7.2.3 指令响应和扰动响应 131

7.2.4 误差与稳态误差 134

7.3 电流／速度环控制策略 135

7.3.1 反电动势补偿 136

7.3.2 PI控制与IP控制 138

7.3.3 扰动解耦 140

7.4 位置环控制策略 142

7.4.1 电子齿轮比设计 142

7.4.2 前馈控制 143

7.4.3 半闭环与全闭环 146

7.5 抑振控制策略 147

7.5.1 振动模型 148

7.5.2 不稳定分析 149

7.5.3 被动式抑振和主动式抑振 151

第8章 控制器 155

8.1 伺服控制系统中的控制器 155

8.2 PID控制器实现 156

8.2.1 数字积分和微分 156

8.2.2 数字PID表达式 161

8.2.3 积分饱和与抗饱和设计 162

8.2.4 PI+控制 165

8.3 PID控制器的人工调试 166

8.3.1 Ziegler-Nichols法 166

8.3.2 按“典型Ⅰ型和Ⅱ型系统的工程设计”法 166

8.3.3 手动调整 170

8.4 PID控制器的自动调试 171

8.4.1 离线自整定 172

8.4.2 在线自校正 173

第9章 数字滤波器 175

9.1 伺服系统中的滤波器 175

9.2 低通和陷波滤波器 176

9.2.1 滤波器特征 176

9.2.2 基于模拟方式的实现 179

9.2.3 基于IIR方式的实现 180

9.3 抗混叠滤波器 182

9.3.1 混叠 183

9.3.2 开关电容滤波器的实现 184

9.4 转速估计滤波器 186

9.4.1 转速估计方法的介绍 186

9.4.2 基于FIR方式的实现 188

9.5 位置指令滤波器 191

9.5.1 S形曲线加减速 191

9.5.2 基于2次卷积法的实现 193

第10章 观测器 196

10.1 系统中的观测器 196

10.2 Luenberger观测器 198

10.2.1 观测器的模型构建 198

10.2.2 观测器的运行分析 199

10.2.3 观测器的应用设计 201

10.3 观测器在加速度反馈中的应用 203

参考文献 206