PLC与步进伺服快速入门与实践

基础篇

第1章　步进电动机及驱动器概述/3

1.1　步进电动机的发展/3

1.1.1　步进电动机现状/3

1.1.2　步进电动机发展趋势/4

1.2　步进电动机的分类/4

1.2.1　按运动方式分类/4

1.2.2　按电动机输出转矩分类/6

1.2.3　按转矩产生的工作方式分类/6

1.2.4　按励磁组数分类/7

1.2.5　按电流极性分类/7

1.3　步进电动机驱动器/8

1.3.1　驱动器系统组成/9

1.3.2　驱动器参数说明/9

1.3.3　驱动器使用方法/10

1.3.4　驱动器连接电路/12

1.4　本章小结/14

第2章　步进电动机工作原理/15

2.1　磁阻式步进电动机/15

2.1.1　磁阻式步进电动机的结构/15

2.1.2　磁阻式步进电动机的运行方式/15

2.1.3　小步距角步进电动机/18

2.1.4　反应式步进电动机的结构形式/19

2.2　永磁式步进电动机/20

2.2.1　单定子结构/21

2.2.2　两定子结构/22

2.3　混合式步进电动机/22

2.3.1　永磁感应子式步进电动机的结构/22

2.3.2　永磁感应子式步进电动机工作原理/23

2.4　特种步进电动机/24

2.4.1　特微型永磁步进电动机/24

2.4.2　机电混合式步进电动机/28

2.4.3　直线和平面步进电动机/30

2.5　本章小结/33

第3章　伺服系统/34

3.1　伺服系统的发展/34

3.1.1　液压及气动伺服系统的发展/34

3.1.2　电气伺服系统的发展/35

3.2　伺服控制系统结构功能/36

3.2.1　伺服系统结构/37

3.2.2　伺服系统功能/38

3.3　伺服控制系统的组成/38

3.3.1　自动控制理论中的伺服系统/39

3.3.2　电气控制系统中的伺服设备/40

3.3.3　电-液控制系统中的伺服设备/40

3.3.4　电-气控制系统中的伺服设备/40

3.4　伺服控制系统分类/41

3.4.1　按参数特性分类/41

3.4.2　按驱动元件类型分类/43

3.4.3　按控制原理分类?/44

3.4.4　按机床加工系统分类/45

3.5　伺服控制系统的特点/46

3.5.1　伺服系统精度/46

3.5.2　伺服系统稳定性/47

3.5.3　响应及宽调速特性/47

3.6　本章小结/47

第4章　伺服系统原理/49

4.1　步进式伺服系统原理/49

4.1.1　控制脉冲发生器/49

4.1.2　环分电路/50

4.1.3　驱动电路/51

4.1.4　步进电动机/52

4.2　电-液伺服系统原理/54

4.2.1　伺服阀/54

4.2.2　液压马达/56

4.2.3　液压缸的基本原理/57

4.2.4　反馈传感器/58

4.3　气动伺服系统原理/59

4.3.1　气动伺服系统构成/59

4.3.2　气动伺服系统气路原理/59

4.4　直流伺服系统原理/60

4.4.1　整流驱动装置原理/61

4.4.2　直流PWM伺服驱动装置的工作原理/61

4.4.3　直流系统控制电路原理/62

4.4.4　测速元件工作原理/63

4.5　交流伺服系统原理/63

4.5.1　伺服控制单元基本原理/64

4.5.2　功率放大单元原理/65

4.5.3　感应电动机原理/66

4.5.4　反馈元件原理/66

4.6　数字伺服系统原理/67

4.6.1　控制计算机及接口原理/68

4.6.2　模拟低通滤波器原理/68

4.6.3　自整角机-数字转换器原理/69

4.7　本章小结/70

提高篇

第5章　步进电动机系统设计/73

5.1　步进电动机特性/73

5.1.1　静态特性/73

5.1.2　运行特性/77

5.1.3　频率特性/81

5.1.4　机械谐振与阻尼特性/84

5.1.5　步距误差特性/87

5.2　控制系统/87

5.2.1　开环系统/88

5.2.2　闭环系统/90

5.3　参数测试/90

5.3.1　静态参数测试/90

5.3.2　动态参数测试/95

5.4　参数选型/97

5.4.1　参数估算/97

5.4.2　参数设定/101

5.5　数学模型/105

5.5.1　状态变量与传递函数/105

5.5.2　动态特性模型/115

5.5.3　加减速模型/122

5.6　振动与噪声及阻尼处理/124

5.6.1　振荡和失步/125

5.6.2　振荡和噪声/126

5.6.3　低频振荡的抑制/126

5.7　本章小结/129

第6章　伺服系统设计/130

6.1　伺服系统需求分析/130

6.1.1　伺服系统需求/130

6.1.2　伺服系统优点/131

6.1.3　伺服系统技术要求/131

6.2　伺服系统总体方案设计/132

6.2.1　伺服系统总体方案初步制订/132

6.2.2　伺服系统稳态设计/133

6.2.3　建立系统数学模型及动态设计/133

6.3　电-液伺服系统分析与设计/134

6.3.1　电-液伺服系统总体方案设计/134

6.3.2　电-液伺服系统稳态设计/135

6.3.3　电-液伺服系统数学模型/140

6.3.4　电-液伺服系统动态分析/142

6.4　气动伺服系统设计/143

6.4.1　气动伺服系统总体方案设计/143

6.4.2　气动伺服系统稳态设计/146

6.4.3　气动伺服系统数学模型/150

6.4.4　气动系统动态分析/152

6.5　直流伺服系统设计/152

6.5.1　直流伺服系统整体设计/152

6.5.2　直流伺服系统稳态设计/153

6.5.3　直流伺服系统数学模型/161

6.5.4　直流伺服的动态分析设计/163

6.6　交流伺服系统设计/164

6.6.1　交流伺服系统总体设计/164

6.6.2　交流伺服系统稳态设计/165

6.6.3　交流伺服系统动态数学模型/175

6.6.4　交流伺服系统动态分析/178

6.7　全数字伺服系统/178

6.7.1　全数字伺服系统总体设计/178

6.7.2　全数字伺服系统稳态设计/180

6.7.3　数字控制程序设计/189

6.8　本章小结/189

实践篇

第7章　西门子工程常用步进电动机控制实例/193

7.1　S7-200 PLC驱动步进电动机实例/193

7.1.1　S7-200 PLC下步进电动机控制系统功能说明/193

7.1.2　系统硬件选型与搭建/194

7.1.3　电气控制原理图/197

7.1.4　系统软件程序设计/199

7.2　S7-300 PLC驱动步进电动机实例/201

7.2.1　S7-300 PLC下步进电动机控制系统功能说明/202

7.2.2　系统硬件选型与搭建/203

7.2.3　电气控制原理图/205

7.2.4　系统软件程序设计/206

7.3　工控机驱动步进电动机实例/211

7.3.1　工控机控制下步进电动机控制系统功能说明/211

7.3.2　系统硬件选型与搭建/212

7.3.3　电气控制原理图/213

7.3.4　系统软件程序设计/214

7.4　本章小结/215

第8章　三菱步进伺服系统的控制应用技术/216

8.1　三菱伺服系统模块组成/216

8.1.1　MR-J2S-A伺服驱动器结构与功能/216

8.1.2　伺服电动机原理及其功能/219

8.2　三菱交流伺服系统各端子功能以及内部电路/220

8.2.1　三菱交流伺服系统外围接线/221

8.2.2　三菱交流伺服系统各端子及功能说明/222

8.2.3　三菱伺服系统接口说明/223

8.3　三菱伺服系统的工作模式/227

8.3.1　三菱MR-J2S-A伺服系统位置控制模式/228

8.3.2　三菱MR-J2S-A伺服系统速度控制模式/234

8.3.3　三菱MR-J2S-A伺服系统转矩控制模式/237

8.4　三菱伺服系统的设计/238

8.4.1　三菱MR-J2S-A伺服系统控制模式选择/239

8.4.2　三菱伺服电动机型号选择/240

8.4.3　三菱伺服系统其他配件规格选择/248

8.4.4　三菱伺服电气接线图/250

8.4.5　三菱伺服软件选择/255

8.4.6　三菱伺服系统MR-J2S-A基本参数设置/255

8.5　本章小结/259

第9章　步进伺服系统综合应用实例/260

9.1　西门子数控伺服系统在轧辊车床的应用/260

9.1.1　西门子840D数控伺服系统及轧辊车床基本概念/260

9.1.2　西门子840D数控伺服系统硬件配置/263

9.1.3　基于西门子840D系统的轧辊车床软件配置/277

9.2　电-液伺服系统在仿形铣床上的典型应用/288

9.2.1　仿形铣床的基本概念/288

9.2.2　电-液伺服系统下仿形铣床的基本参数/290

9.2.3　仿形铣床的基本控制方式/292

9.2.4　数字随动铣床/293

9.2.5　液压伺服下仿形铣床的检修方式/294

9.3　基于DSP的混合式步进电动机伺服系统/296

9.3.1　基于DSP的混合式步进电动机系统功能说明/296

9.3.2　系统硬件设计/297

9.3.3　系统软件设计/305

9.4　本章小结/317

本书从工程应用角度出发，首先介绍步进与伺服的基础知识，包括步进电动机和伺服系统的概念及其工作原理，然后详细介绍三菱、西门子等品牌步进电动机与伺服系统及其功能，最后通过多个实例，深入浅出地讲解步进与伺服在工程实践中的应用方法。书中的每个实例均详细地给出了设计思路、设计步骤以及程序代码。本书可作为PLC步进与伺服工程人员的自学工具书，也可作为大专院校电气工程及自动化、工业自动化、应用电子、计算机应用、机电一体化及其他相关专业的参考用书。