机床数字调节技术PDF电子书下载

1.1 基本概念 1

1.1.1 机床自动控制的分类 1

1.1.2 控制和调节 1

第一章 机床数字调节技术引论 1

1.1.3 过程控制计算机 2

1.1.4 数字测量和调节技术 3

1.1.5 机床和工业机器人 3

1.2 数字调节技术的优点 3

1.3 机床数字调节系统的结构 4

2.1.1 数控与程控 7

2.1.2 数控机床的组成 7

2.1 数控机床简介 7

第二章 数控机床 7

2.1.3 数控机床的应用范围 8

2.1.4 数控主机的结构特点 8

2.1.5 数控机床的发展趋势 9

2.2 进给驱动系统 9

2.2.1 稳定性 10

2.2.2 快速性 10

2.2.3 准确性 10

2.3 机械参数及其影响 11

2.3.1 阻尼 11

2.3.2 刚度 12

2.3.3 惯量 12

2.3.4 谐振频率 12

2.4 数字调节技术对伺服性能的影响 13

2.3.5 失动 13

3.1 步进电动机及其选择 14

3.1.1 步进电动机的工作原理 14

第三章 伺服电动机及其选择 14

3.1.3 步进电动机的选择 18

5.1 概述 18

3.1.2 步进电动机的类型与结构 18

3.2 直流伺服电动机及其选择 22

3.2.1 直流伺服电动机的工作原理 23

3.2.2 直流伺服电动机的类型 24

3.2.3 直流伺服电动机的选择 25

3.2.4 无刷直流电动机 28

3.3 交流伺服电动机及其选择 29

3.3.1 永磁式交流同步电动机 29

3.3.2 鼠笼式交流异步电动机 30

3.3.3 交流伺服电动机的选择 31

4.1 基本概念 32

4.1.1 调节环 32

4.1.2 调节环信号 32

第四章 调节理论基础 32

4.1.3 非线性与线性化 33

4.2 经典控制理论 36

4.2.1 时域特性分析 36

4.2.2 频率特性分析 45

4.2.3 用方框图表示的调节环 48

4.2.4 系统的稳定性 50

4.3 现代控制理论 53

4.3.1 状态空间表达式 53

4.3.3 状态方程的求解 54

4.3.2 传递矩阵 54

4.4 离散系统控制理论 57

4.4.1 引言 57

4.4.2 线性、定常、离散系统 57

4.4.3 线性常系数差分方程 58

4.4.4 Z变换 58

4.4.5 用Z变换求解差分方程 59

4.4.6 Z传递函数 59

4.4.7 离散状态空间表达式 60

4.4.8 离散系统的传递矩阵 61

4.4.9 离散状态方程的求解 61

4.4.11 连续系统的离散化 62

4.4.10 离散信号的连续化 62

4.5 数字调节器 65

4.5.1 概述 65

4.5.2 模拟PID调节器 66

4.5.3 数字PID调节器 68

4.5.4 模拟状态调节器 70

4.5.5 数字状态调节器 71

4.5.6 状态观测器 75

4.6 数字调节器试验装置 77

4.6.1 系统的硬件结构 78

4.6.2 数字调节器软件功能 78

4.6.3 应用举例 79

5.1.2 数控机床进给驱动系统的分类 81

第五章 进给驱动系统模与伺服性能分析 81

5.1.1 调节类型 81

5.1.3 获得机床数学模型的方法 82

5.2 进给驱动系统的理论建模 83

5.2.1 工程简化 83

5.2.2 建立数学模型 83

5.3 进给驱动系统伺服性能分析 86

5.3.1 进给驱动系统的稳定性 86

5.3.2 进给驱动系统的快速性 91

5.3.3 进给驱动系统的伺服精度 96

5.4 进给驱动系统的测量和实验辨识 98

5.4.1 概述 98

5.1.2 系统增益的测定 99

5.1.4 机械传动部件的实验辨识 104

5.1.5 进给驱动系统的实验辨识 107

5.1.6 工程应用的几种数学模型 107

5.1.3 速度环的实验辨识 109

第六章 进给驱动系统的设计 109

6.1 概述 109

6.1.1 位置调节系统的结构 109

6.1.2 进给驱动系统的设计要求 111

6.2 系统增益的设计 111

6.2.1 三阶系统的系统增益设计 111

6.2.2 五阶系统的系统增益设计 112

6.2.3 坐标系统的系统增益设计 113

6.3 电气驱动部件的设计 114

6.3.1 静态设计 114

6.3.2 动态设计 118

6.4 机械传动部件的设计 122

6.4.1 概述 122

6.4.2 谐振频率 122

6.4.3 转动惯量 123

6.4.4 刚度 125

6.4.5 阻尼比 126

6.4.6 非线性 127

6.4.7 工作台导轨 130

6.4.8 滚珠丝杠螺母传动装置 131

6.4.9 同步齿带传动装置 137

6.4.10 机械传动部件设计举例 138

第七章 传感器及其信号处理 146

7.1 位置传感器及其应用 146

7.1.1 概述 146

7.1.2 旋转变压器 147

7.1.3 感应同步器 148

7.1.4 光栅 151

7.1.5 磁栅 154

7.1.6 编码盘 155

7.2 速度传感器及其应用 157

7.2.1 直流测速发电机 157

7.3 加速度传感器及其应用 158

7.3.4 速度传感器的应用 158

7.3.3 用位置传感器测量速度 158

7.3.2 感应式速度传感器 158

7.3.1 电阻应变式加速度传感器 159

7.3.2 压电式加速度传感器 159

7.3.3 加速度传感器的应用 160

7.4 传感器信号的处理 160

7.4.1 加速度反馈信号的处理 160

7.4.2 速度反馈信号的处理 161

7.4.3 位置反馈信号的处理 162

7.5 量化误差 162

7.5.1 量化数据的截尾误差 162

7.5.2 量化数据的舍入误差 163

7.5.3 数值误差的影响示例 163

7.5.5 数模转换器位数的确定 164

7.5.4 量化误差的来源 164

7.6 采样频率的选择 165

第八章 微机数控与数字调节系统 167

8.1 概述 167

8.1.1 微机数控系统的主要特点 167

8.1.2 微机数控系统的硬件组成 167

8.1.3 微机数控与数字调节的软件组成 168

8.2 单片微型计算机硬件结构 169

8.2.1 概述 169

8.2.2 MCS-51单片机的内部总体结构 170

8.2.3 时钟电路和复位电路 177

8.2.4 定时器/计数器 178

8.2.5 串行接口 180

8.2.6 中断系统 183

8.3 MCS-51指令系统 185

8.3.1 概述 185

8.3.2 寻址方式 186

8.3.3 MCS-51单片机指令系统 187

8.4 CK-I型车床数控系统微机硬件 189

8.4.1 概述 191

8.4.2 8031单片机 192

8.4.3 程序存贮器的扩展 193

8.4.4 数据存贮器的扩展 195

8.4.5 输入输出口的扩展 197

8.4.6 计数器的扩展 198

8.4.7 键盘、显示接口芯片的扩展 199

8.5 操作管理程序 200

8.5.1 初始化程序 200

8.5.2 键处理及显示程序 200

8.5.3 输入数据处理程序 201

8.5.4 管理程序 203

8.6 插补程序 203

8.6.1 概述 203

8.8.2 直线插补程序 204

8.7 编程程序 206

8.8 坐标变换程序 208

8.8.1 概述 208

8.8.2 坐标正向变换 208

8.8.3 坐标反向变换 212

8.8.4 程序编制中注意的问题 215

8.9 控制调节程序 216

8.9.1 步进电动机的输出控制 216

8.9.2 进给速度控制 218

8.9.3 调节程序 219

8.10 诊断程序 220

第九章 机床数字调节技术的应用实例 222

9.1 概述 222

9.2 经济型CNC车床的数字调节技术 222

9.2.1 前言 222

9.2.2 准闭环控制 223

9.2.3 自动对刀技术 225

9.2.4 螺纹车削原理 227

9.4 工业机器人的数字调节技术 234

9.4.1 概述 234

9.4.2 状态调节 236

9.4.3 非线性解耦调节 239

9.4.4 最优解耦调节 246

附录 252

A.拉普拉斯变换和Z变换表 252

B.矩阵指数eAt的计算方法 260

本书常用符号与单位 266

常用下标含义 270

常用缩写词 271

主要参考文献 272

9.3 CNC铣床的数字调节技术 282