伺服系统设计

前言

第1章 伺服系统概述

1.1 伺服系统的发展简况、现状

1.1.1 伺服系统的发展简况

1.1.2 伺服系统的发展现状

1.2 伺服系统的基本概念

1.2.1 名词概念

1.2.2 伺服系统的定义

1.2.3 伺服系统的基本特性

1.2.4 伺服系统的控制方式

1.3 伺服系统的分类、特点、工作原理及组成

1.3.1 伺服系统的分类

1.3.2 伺服系统的特点

1.3.3 伺服系统的工作原理

1.3.4 伺服系统的组成

1.4 伺服系统的主要技术指标

1.4.1 位置伺服系统的主要技术指标

1.4.2 速度伺服系统的主要技术要求

1.5 液压、气动和电气伺服系统的对比

1.6 伺服系统的应用

第2章 伺服系统典型检测元件

2.1 位移检测元件

2.1.1 电阻式电位器

2.1.2 旋转变压器

2.1.3 感应同步器

2.1.4 自整角机

2.1.5 编码器

2.1.6 光栅

2.1.7 磁尺

2.2 速度检测元件

2.2.1 直流测速发电机

2.2.2 交流测速发电机

2.2.3 霍尔转速传感器

2.2.4 基于脉冲信号的数字测速方法

2.3 力传感器及转矩测量元件

2.3.1 力传感器

2.3.2 转矩测量元件

第3章 伺服系统静态设计的基本方法

3.1 设计概述

3.1.1 全面理解设计要求

3.1.2 拟订控制方案、绘制系统原理图

3.2 负载特性

3.2.1 几种典型负载

3.3 等效负载的计算

3.3.1 系统等效转动惯量Jdx的计算

3.3.2 等效负载转矩的计算

3.3.3 等效刚度的计算

3.4 负载特性分析

3.5 负载匹配

3.5.1 液压伺服系统的负载匹配方法

3.6 执行元件的选择

3.6.1 液压缸、液压马达的选择

3.6.2 伺服电动机的选择计算

3.7 信号检测、转换及放大和电源等装置的选择与设计

第4章 伺服系统的性能指标与品质提高的方法

4.1 伺服系统的性能指标

4.1.1 伺服系统的稳定性

4.1.2 伺服系统的稳态误差

4.1.3 伺服系统动态特性

4.2 伺服系统的线性校正技术

4.2.1 串联校正

4.2.2 并联校正

4.2.3 局部反馈校正

4.2.4 复合校正

4.3 伺服系统的扰动补偿技术

4.3.1 前馈补偿在扰动补偿中的应用

4.3.2 模型跟踪在扰动补偿中的应用

第5章 伺服系统的测试理论和方法

5.1 伺服系统的性能指标

5.1.1 频率特性

5.1.2 动态特性之间关系

5.1.3 静特性的定义

5.2 静特性测量与处理方法

5.3 频率特性测试方法概述

5.3.1 正弦波扫频法

5.3.2 多频信号法

5.3.3 广谱测量法

5.4 频率特性计算方法及误差分析

5.4.1 算法简介

5.4.2 误差分析

5.5 脉冲响应求传递函数

5.5.1 射流元件的工作原理及测试原理

5.5.2 测试系统的辨识

5.6 一种测试系统的实现

5.6.1 信号发生器

5.6.2 采集处理

第6章 电液伺服系统设计

6.1 电液伺服系统简介

6.1.1 电液伺服系统的分类

6.1.2 电液伺服系统基本组成及工作原理

6.1.3 电液伺服控制系统的优缺点

6.2 电液伺服阀

6.2.1 电液伺服阀的一般构成和分类

6.2.2 常用电液伺服阀的结构形式及其特点

6.2.3 电液伺服阀的主要性能参数

6.2.4 力反馈二级电液伺服阀

6.2.5 电液伺服阀的选型与使用

6.2.6 电液伺服阀故障分析

6.3 电液位置系统

6.3.1 系统的组成及框图

6.3.2 稳定性分析

6.3.3 闭环频率特性

6.3.4 系统的误差

6.3.5 改变系统参数以增加阻尼

6.3.6 系统校正

6.4 电液速度控制系统

6.4.1 速度控制系统框图

6.4.2 速度控制系统的控制方式

6.5 电液力（压力）控制系统

6.5.1 力控制系统的特性

6.5.2 压力控制系统简介

6.6 电液伺服系统设计

6.6.1 充分理解设计要求

6.6.2 确定控制系统方案

6.6.3 动力元件设计

6.6.4 反馈传感器的选择

6.6.5 确定系统框图

6.6.6 绘制系统开环伯德图并确定开环增益

6.6.7 系统静动态品质分析及确定校正特性

6.7 液压油源

6.7.1 液压油源的基本形式

6.7.2 液压油源的品质要求

6.7.3 液压油源的参数选择及负载匹配

第7章 气动伺服系统设计

7.1 气动伺服阀的分类

7.1.1 气动滑阀

7.1.2 喷嘴挡板阀

7.1.3 射流管阀

7.1.4 开关阀

7.2 射流管式伺服系统的性能分析

7.2.1 工作原理

7.2.2 系统的数字模型

7.3 阀系数的求解

7.4 阀的耗气量、输出功率及效率

7.5 射流管阀系统的设计

7.6 系统中一些关键参数的测试方法

7.6.1 力矩马达性能实验方法

7.6.2 射流管阀的压力特性测试

7.7 气缸摩擦力的实验

7.7.1 测试方法

7.7.2 测试结果

7.7.3 实验分析

7.8 一种低压PWM气动伺服系统分析

7.8.1 系统的非线性模型的建立

7.8.2 系统非线性模型的线性化

7.8.3 系统性能分析

7.8.4 系统辨识

第8章 直流伺服系统

8.1 直流伺服电动机

8.1.1 小惯量直流伺服电动机

8.1.2 直流力矩电动机

8.1.3 无刷直流电动机

8.2 直流调速系统

8.2.1 直流电动机调速的方法与稳态调速指标

8.2.2 转速负反馈有静差调速系统

8.2.3 电流截止负反馈调速系统

8.2.4 转速负反馈无静差调速系统

8.2.5 单闭环调速系统实例

8.3 双闭环直流调速系统

8.3.1 双闭环调速系统的组成和静态特性

8.3.2 转速、电流双闭环系统的动态性能

8.3.3 双闭环系统的抗干扰性能

8.4 脉宽调制（PWM）调速系统

8.4.1 脉宽调速系统（PWMS）的工作原理

8.4.2 脉宽调速系统的控制回路

8.5 位置伺服系统的分析与设计

8.5.1 自整角机位置伺服系统的组成和模型

8.5.2 位置伺服系统的稳态分析

8.5.3 位置控制系统的动态校正

第9章 永磁交流伺服系统

9.1 概述

9.2 永磁同步电动机的结构及类型

9.3 永磁同步电动机的数学模型

9.3.1 坐标变换

9.3.2 三相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型

9.3.3 两相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型

9.3.4 两相转子坐标系下永磁同步电动机数学模型

9.4 永磁同步电动机的控制方式

9.4.1 变压变频控制

9.4.2 矢量控制

9.4.3 直接转矩控制

9.5 永磁同步电动机的PWM技术

9.5.1 电流滞环跟踪PWM控制

9.5.2 正弦波脉宽调制技术

9.5.3 电压空间矢量脉冲调制技术

9.5.4 混合调制技术

9.6 永磁交流伺服系统与直流无刷电动机伺服系统的比较

9.6.1 功率密度和转矩惯量比

9.6.2 调速范围

9.6.3 转矩电流比

9.6.4 转矩脉动

9.6.5 位置反馈元件

9.6.6 逆变器容量

9.6.7 损耗及热容量

9.7 全数字永磁同步电动机驱动控制器的设计实例

9.7.1 驱动控制器系统设计

9.7.2 硬件电路设计

9.7.3 软件及控制算法设计

参考文献

《21世纪液压气动系统经典图书系列：伺服系统设计》共分9章，第1章介绍了伺服系统的基本概念和伺服系统的分类、特点、工作原理及组成。第2章叙述了伺服系统中典型检测元件的工作原理和特点。第3章和第4章讲述了系统的静态设计的基本方法和伺服系统的性能指标及品质提高的方法，是进行伺服系统设计的基础。第5章论述了伺服系统的测试理论和方法。前5章的内容是进行伺服系统设计、研究的基本知识和理论方法，对于没有系统学习过控制理论的读者，这些内容是不可缺少的。第6～9章分别对电液伺服系统、气动伺服系统、直流伺服系统和永磁交流伺服系统进行了分析，是《21世纪液压气动系统经典图书系列：伺服系统设计》的主要内容，后4章的内容彼此基本独立，读者可根据自己的需要进行学习。
　　《21世纪液压气动系统经典图书系列：伺服系统设计》适用于伺服系统设计、研究人员以及高等院校相关专业师生。