数字伺服控制系统与设计

前言

第1章概述

1.1数字伺服控制系统的发展及应用

1.1.1控制系统的发展及应用

1.1.2伺服系统的发展及应用

1.1.3数字伺服控制技术的发展及应用

1.2数字伺服控制系统的基本概念

1.3数字伺服控制系统的特点

1.4数字伺服控制系统的结构和分类

1.5数字伺服控制系统设计指标的提出

1.6数字伺服控制系统的设计内容与步骤

1.7数字伺服控制系统的工作原理

1.8本章小结

第2章预备知识

2.1数字伺服控制系统的时域分析

2.2数字伺服控制系统的频域特性与分析

2.2.1数字伺服控制系统的频率特性

2.2.2数字伺服控制系统的频域分析

2.3数字伺服控制系统的状态空间描述

2.4数字伺服控制系统的稳定性分析

2.4.1稳定性概念

2.4.2根轨迹分析

2.4.3频域稳定性判据

2.4.4李雅普诺夫稳定性分析

2.5本章小结

第3章数字伺服控制系统的伺服电动机

3.1伺服电动机的特征、分类与发展

3.1.1伺服电动机的特征及分类

3.1.2伺服电动机的发展趋势

3.2伺服电动机的工作原理及组成结构

3.2.1直流伺服电动机的工作原理及组成结构

3.2.2无刷直流伺服电动机的工作原理及组成结构

3.2.3交流伺服电动机的工作原理及组成结构

3.2.4步进电动机的工作原理及组成结构

3.2.5大惯量直流伺服电动机的工作原理及组成结构

3.3伺服电动机的使用

3.3.1直流伺服电动机的使用

3.3.2交流伺服电动机的使用

3.3.3步进电动机的使用

3.4伺服电动机的选择

3.4.1直流伺服电动机的选择

3.4.2交流伺服电动机的选择

3.4.3力矩电动机的选择

3.4.4步进电动机的选择

3.4.5步进电动机与交流伺服电动机的性能比较

3.5本章小结

第4章数字伺服控制系统的传感器

4.1概述

4.1.1数字伺服控制系统传感器的作用和意义

4.1.2数字伺服控制系统传感器的分类

4.1.3数字伺服控制系统传感器的性能指标

4.1.4数字伺服控制系统中轴角的表示

4.2数字轴角编码装置

4.2.1自整角机的数字轴角编码装置

4.2.2旋转变压器的数字轴角编码装置

4.2.3自整角机/旋转变压器的跟踪式和逐次逼近式数字轴角编码装置

4.3光电编码器在数字伺服控制系统中的应用

4.3.1光电编码器的特点及分类

4.3.2光电编码器的应用分析

4.4自整角机/旋转变压器在数字伺服控制系统中的应用

4.4.1自整角机测角的工作原理及应用

4.4.2旋转变压器的结构、工作原理及应用

4.4.3多极旋转变压器的粗、精组合和误差计算分析

4.5感应同步器在数字伺服控制系统中的应用

4.6本章小结

第5章数字伺服控制系统的DSP单元

5.1数字伺服控制器的实现及构成

5.1.1数字伺服控制器的实现

5.1.2基于DSP的数字伺服控制系统的构成

5.2概述

5.2.1DSP的发展

5.2.2DSP的特点

5.3DSP系统的设计及开发

5.3.1DSP系统的总体方案设计

5.3.2DSP的软件设计及开发

5.3.3DSP的硬件设计及开发：

5.3.4DSP芯片的选择

5.3.5DSP外围元器件的选择

5.4DSP的内部结构

5.4.1TMS3201281xDSP的性能

5.4.2TMS3201281xDSP的结构

5.5DSP的接口电路设计与集成

5.5.1DSP与JTAG接口设计

5.5.2DSP的电源设计

5.5.3DSP的电平转换接口

5.5.4DSP的晶振及复位电路

5.5.5DSP的模式选择与串口通信

5.5.6DSP的模拟接口

5.5.7DSP与SRAM接口

5.5.8DSP的集成开发环境

5.6数字控制器的硬件调试

5.7本章小结

第6章数字伺服控制系统的建模

6.1数字伺服控制系统的建模方法

6.2数字伺服控制系统的机理建模

6.2.1直流伺服电动机的数学模型

6.2.2无刷直流伺服电动机的数学模型

6.2.3永磁式交流伺服电动机的数学模型

6.2.4异步伺服电动机的数学模型

6.2.5感应伺服电动机的数学模型

6.3数字伺服控制系统的时域法建模

6.3.1低阶参数的时间估计

6.3.2辨识差分方程模型阶次和参数的方法

6.4数字伺服控制系统的频域建模法

6.5数字伺服控制系统的非线性模型中的参数估计

6.5.1高斯-牛顿法的原理

6.5.2一阶系统的参数估计

6.5.3二阶系统的参数估计

6.6神经网络算法对数字伺服控制系统的建模

6.6.1NARMA神经网络算法对数字伺服控制系统的建模

6.6.2BP网络算法对数字伺服控制系统的建模

6.7模糊算法对数字伺服控制系统的建模

6.7.1模糊算法建模的基本原理

6.7.2基于T-S模糊模型的建模

6.7.3广义T-S模糊模型对非线性数字伺服控制系统的建模

6.8模糊神经网络融合算法对数字伺服控制系统的建模

6.8.1神经网络-模糊算法对系统的建模

6.8.2自学习、自组织神经模糊算法建模

6.9本章小结

第7章数字伺服控制系统的非线性分析

7.1非线性系统的特征

7.2典型的非线性特性及其对系统性能的影响

7.2.1饱和非线性特性

7.2.2死区非线性特性

7.2.3间隙非线性特性

7.3数字伺服控制系统的干扰非线性分析

7.3.1数字伺服控制系统的摩擦力矩非线性分析

7.3.2数字伺服控制系统的干扰力矩非线性分析

7.3.3数字伺服控制系统的电动机纹波转矩脉动非线性分析

7.3.4数字伺服控制系统的电动机齿槽转矩非线性分析

7.4数字伺服控制系统其他因素的非线性分析

7.5本章小结

第8章数字伺服控制系统的误差分析

8.1概述

8.2数字伺服控制系统的元件误差

8.2.1传感器测量误差的定义及分析方法

8.2.2数字伺服控制系统中传感器的误差

8.2.3数字伺服控制系统中传感器提高精度的方法

8.3数字伺服控制系统的量化误差

8.3.1模拟信号采样过程的量化误差分析

8.3.2系统量化误差及其对系统性能的影响

8.3.3乘法运算结果的量化误差分析

8.3.4两种常用量化过程的误差分析

8.3.5输出量化噪声误差

8.4数字伺服控制系统的动态误差分析

8.5数字伺服控制系统的稳态误差分析

8.6数字伺服控制系统的随机误差分析

8.7本章小结

第9章数字伺服控制系统的控制设计综合

9.1数字伺服控制系统的性能要求

9.2数字伺服控制系统的传统控制方案

9.2.1根轨迹法设计

9.2.2频域法设计

9.3数字伺服控制系统的数字控制器设计

9.3.1数字调节器的间接设计法

9.3.2数字调节器的直接设计法

9.3.3数字PID改进算法

9.3.4滞后-超前校正的数字控制器设计

9.3.5基于数值积分法的数字控制器设计

9.3.6基于状态方程方法的数字控制器设计

9.4数字伺服控制系统的复合控制方案

9.5数字伺服控制系统的最优控制方案

9.6步进电动机的精度控制

9.7本章小结

第10章数字伺服控制系统的抗干扰设计

10.1概述

10.2数字伺服控制系统的主要干扰因素分析

10.2.1数字伺服控制系统的干扰源

10.2.2数字伺服控制系统干扰的传输方式

10.3数字伺服控制系统干扰的抑制

10.4本章小结

第11章数字伺服控制系统的调试与测试

11.1概述

11.2数字伺服控制系统的静态调试

11.3数字伺服控制系统的动态调试

11.3.1元器件动态参数的测试

11.3.2数字伺服控制系统的频率特性测试

11.3.3数字伺服控制系统的动态特性调试

11.3.4数字伺服控制系统的动态特性指标的计算

11.4数字伺服控制系统的性能测试

11.5本章小结

第12章典型的数字伺服控制系统的设计举例

12.1直流数字伺服控制系统设计

12.1.1DSP的主要功能结构

12.1.2硬件设计

12.1.3数字伺服控制系统的控制策略

12.1.4数字伺服控制系统的试验验证

12.2交流数字伺服控制系统设计

12.2.1应用TMS320F2812DSP实现交流数字伺服控制系统

12.2.2应用TMS320F24DSP实现交流永磁同步电动机伺服系统数字控制

12.2.3应用TMS3201247DSP实现角位置伺服控制系统

12.3步进电动机数字伺服控制系统设计

12.4角位置数字伺服控制系统

12.5本章小结

参考文献

　　随着计算机控制技术的进步，以计算机为控制器，用现代控制理论进行分析和设计已成为伺服系统技术进一步发展的必然趋势。该书从理论和工程实践的角度出发，论述了数字伺服控制系统的设计理论与方法。全书共分12章，具体内容包括数字伺服控制系统的伺服电动机、数字伺服控制系统的传感器、数字伺服控制系统的DSP单元、数字伺服控制系统的建模等，还给出了数字伺服服控制系统的高度与测试过程，并列举了典型数字伺服控制系统的设计。该书可作为从事机电产品设计与开发的工程技术人员的参考书来使用。　　本书从控制工程角度出发，围绕数字控制及现代伺服控制技术，系统详尽地介绍了数字伺服控制系统的设计与分析方法。本书内容包括：数字伺服控制技术的发展、组成、设计思路及各部分的选型和应用，数字伺服控制系统的非线性和误差分析、建模方法、稳态设计及动态综合，数字伺服控制系统的抗干扰设计，最后给出了数字伺服控制系统的设计与实现。