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第1章 伺服系统概述 1

1.1 伺服系统的基本概念 1

1.1.1 伺服系统的定义 1

1.1.2 伺服系统发展回顾 1

1.1.3 伺服系统的组成 2

1.2 对伺服系统的基本要求 2

1.2.1 稳定性好 3

1.2.2 动态特性快速精准 3

1.2.3 稳态特性平稳无差 3

1.3 伺服系统的分类 4

1.3.1 按调节理论分类 4

1.3.2 按使用执行元件分类 4

1.3.3 按系统信号特点分类 5

1.3.4 按系统部件输入-输出特性不同分类 5

1.4 伺服系统的发展历程 5

1.5 交流伺服系统的组成 6

1.5.1 交流伺服电动机 7

1.5.2 功率放大变换器 7

1.5.3 传感器 7

1.5.4 控制器 8

1.6 伺服系统的典型输入信号 9

第2章 旋转式永磁同步伺服电机（PMSM）控制系统 12

2.1 旋转式永磁同步伺服电机控制系统的组成 12

2.2 旋转式永磁同步伺服电机的结构与基本工作原理 13

2.3 旋转式永磁同步伺服电机的数学模型 14

2.3.1 为简化数学模型要做的一些假设 14

2.3.2 定子电压方程 14

2.3.3 转矩方程和运动方程 17

2.3.4 状态方程 18

2.4 旋转式永磁同步伺服电机矢量控制原理 19

2.5 旋转式交流永磁同步电机矢量控制系统设计 20

2.5.1 状态方程与控制框图 20

2.5.2 解耦控制与坐标变换的实现 21

2.5.3 电流实现反馈线性化控制 23

2.5.4 速度控制器设计 25

2.5.5 位置控制器设计 29

第3章 伺服驱动的负载机械特性 32

3.1 旋转体的运动方程 32

3.2 负载的转矩特性 35

3.3 几种典型的非线性现象 37

3.3.1 现象分析 38

3.3.2 饱和现象研究 39

3.3.3 间隙现象的讨论 40

3.3.4 摩擦分析 42

3.4 机械谐振 43

3.5 机械刚度与伺服刚度 44

3.6 机械负载的折算与匹配 45

第4章 永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统 47

4.1 直线电动机的发展和应用简述 47

4.2 永磁直线同步伺服电动机 48

4.2.1 直线电动机直接驱动实现“零传动”链 49

4.2.2 永磁直线同步电动机的基本结构 50

4.2.3 永磁直线同步电动机的基本工作原理 50

4.2.4 永磁直线同步电动机的端部效应 51

4.3 永磁直线同步电动机的齿槽定位力及其削弱 53

4.4 永磁直线同步电动机的纹波力及其削弱 54

4.5 直线电动机在机床上应用发展缓慢的原因分析 59

第5章 交流伺服系统常用传感器 61

5.1 概述 61

5.2 光电编码器 62

5.2.1 增量式光电编码器 63

5.2.2 绝对式光电编码器 65

5.2.3 混合式光电编码器 67

5.3 旋转变压器 68

5.4 光栅 73

5.4.1 直线式透射光栅 73

5.4.2 莫尔条纹式光栅 74

5.4.3 光栅检测装置 76

5.5 加速度传感器 78

5.6 电流传感器 80

第6章 交流伺服系统的功率变换电路 82

6.1 交流伺服系统功率变换主电路的构成 82

6.2 功率变换主电路的设计 84

6.2.1 整流电路的设计 84

6.2.2 滤波电路的设计 84

6.2.3 逆变电路的设计 85

6.2.4 缓冲电路的设计 86

6.2.5 制动电路的设计 89

6.3 PWM控制技术 90

6.3.1 SPWM控制技术 91

6.3.2 电流跟踪型PWM控制技术 95

第7章 PMSM（PMLSM）伺服驱动系统若干特殊问题 99

7.1 永磁同步电动机的d、q轴数学模型 99

7.1.1 永磁同步电动机的d、q轴基本数学模型 99

7.1.2 计及铁损时PMSM的d、q轴数学模型 100

7.2 关于转子磁极初始位置的检测 102

7.3 永磁同步伺服电动机的弱磁控制问题 104

7.4 正弦波永磁同步电动机的矢量控制方法 107

7.4.1 id=0控制 107

7.4.2 最大转矩电流比控制 108

7.4.3 最大转矩磁链比控制（最大转矩电动势比控制） 108

7.4.4 功率因数cos？=1控制 109

7.4.5 最大效率控制 110

7.4.6 永磁同步电动机的参数与其输出极限 111

7.4.7 实际定子电流响应的延迟作用影响 112

第8章 数控机床进给驱动伺服系统 114

8.1 数控机床的坐标轴规定 114

8.2 对数控机床进给驱动伺服系统的要求 116

8.2.1 对进给驱动伺服系统的基本要求 116

8.2.2 数控机床进给驱动伺服系统的要求 117

8.3 进给驱动伺服系统的组成及其数学模型 118

8.4 进给驱动伺服系统的动态响应特性与伺服性能分析 119

8.4.1 时间响应特性 119

8.4.2 频率响应特性 123

8.4.3 稳定性分析 125

8.4.4 快速性分析 130

8.4.5 伺服精度与伺服刚度 135

8.5 进给驱动伺服系统的系统增益设计 136

8.5.1 一个三阶进给驱动伺服系统的系统增益设计 137

8.5.2 多轴系统的系统增益设计 138

8.6 电机驱动部件的设计 139

8.6.1 静态设计 139

8.6.2 动态设计 141

8.7 机械传动部件的设计 145

8.7.1 概述 145

8.7.2 机械传动部件的谐振频率 149

8.7.3 转动惯量 150

8.7.4 机械传动部件的刚度 151

8.7.5 阻尼比 154

8.7.6 机械传动部件中的非线性因素 155

8.7.7 工作台导轨 157

8.7.8 滚珠丝杠螺母传动装置 158

8.7.9 滚珠丝杠支承专用轴承的选用 163

第9章 PC数控的轨迹插补与控制原理及实现方法 166

9.1 何谓PC数控 166

9.2 PC控制加工过程的基本原理 166

9.2.1 PC数控加工的基本概念 166

9.2.2 PC数控加工的实现过程 167

9.3 PC数控的轨迹插补原理 171

9.3.1 PC数控轨迹插补的基本原理 171

9.3.2 PC数控轨迹插补的基本方法 173

9.3.3 PC数控的高速采样插补方法 178

9.3.4 PC数控的柔性加减速控制方法 180

9.4 PC数控的轨迹控制原理与方法 182

9.4.1 PC数控轨迹控制的基本原理 183

9.4.2 PC数控的连续运动控制 184

9.4.3 PC数控的数字化连续运动控制 185

9.5 PC数控提高轨迹精度的控制方法 194

9.5.1 什么是精密加工 194

9.5.2 进给轴跟随误差对轨迹精度的影响 195

9.5.3 高速PC数控的轨迹前瞻控制方法 200

9.5.4 从控制角度看提高合成轨迹精度的途径 204

9.5.5 轨迹误差增益匹配控制方法 207

9.5.6 轨迹误差交叉耦合控制方法 207

9.5.7 轨迹误差预测补偿控制方法 208

9.5.8 轨迹误差的仿真学习控制方法 209

附录 加加速度jerk简介 212

参考文献 214