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第1章 绪论 1

1.1 什么是运动控制系统 1

1.2 运动控制系统的组成 2

1.3 运动控制系统的运动方程 3

第2章 转速闭环直流调速系统 5

2.1 转速闭环直流调速案例——智能车调速控制 5

2.1.1 需求描述 5

2.1.2 性能要求 5

2.2 直流电动机调速方法及调速性能指标 6

2.2.1 直流电动机调速方法 6

2.2.2 转速控制的要求和调速性能指标 7

2.3 直流电动机开环调速及特性 10

2.3.1 晶闸管整流器-电动机系统特性 11

2.3.2 直流脉宽（PWM）电源供电下的调速特性 15

2.3.3 开环调速系统及其存在的问题 19

2.4 转速闭环有静差直流调速系统 21

2.4.1 转速闭环直流调速系统组成 21

2.4.2 比例控制的转速闭环直流调速系统数学模型 22

2.4.3 比例控制的直流调速系统特性分析 26

2.5 比例积分控制的无静差直流调速系统 31

2.5.1 积分调节器和积分控制规律 31

2.5.2 比例积分控制规律及单闭环无静差调速系统 33

2.6 转速闭环直流调速系统的限流保护 34

2.7 单闭环直流调速系统仿真与设计 36

2.7.1 转速闭环调速系统框图及参数 37

2.7.2 数字测速 38

2.7.3 直流调速系统Matlab/Simulink仿真 40

2.7.4 智能车直流调速系统设计 43

思考题与习题 46

第3章 转速、电流双闭环直流调速系统 48

3.1 转速、电流双闭环直流调速系统案例——轧机直流调速系统 48

3.1.1 案例描述 48

3.1.2 转速单闭环直流调速系统在工程应用中所存在问题分析与解决思路 49

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及动态过程分析 50

3.2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 50

3.2.2 起动过程分析 51

3.2.3 抗扰性能分析 54

3.3 转速、电流双闭环直流调速系统的稳态分析 54

3.3.1 稳态结构图与静特性 54

3.3.2 稳态参数计算 56

3.3.3 转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 56

3.4 转速、电流双闭环直流调速系统的设计方法 57

3.4.1 系统设计的基本原理和方法 57

3.4.2 基于“典型系统工程设计方法”的轧机工作辊传动系统调节器参数设计 64

3.4.3 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真 71

3.4.4 一种双闭环直流调速系统调节器的设计方法 73

3.5 直流调速装置 77

3.6 可逆直流调速系统 80

3.6.1 晶闸管-电动机可逆直流调速系统 80

3.6.2 基于PWM控制的可逆直流调速系统 82

3.6.3 无环流控制的可逆直流调速系统 84

思考题与习题 87

第4章 交流调速系统 89

4.1 概述 89

4.1.1 交流运动控制系统的主要应用领域 89

4.1.2 交流调速系统分类 90

4.1.3 变频调速控制方法 91

4.2 交流异步电动机变压变频调速 92

4.2.1 变压变频调速案例——变频调速在恒压供水系统中的应用 92

4.2.2 通用变频器 94

4.2.3 脉宽调制（SPWM、CFPWM）技术 96

4.2.4 变压变频调速的控制方式及其机械特性 98

4.2.5 转速开环恒压频比控制的变频调速系统 105

4.2.6 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 106

4.2.7 恒压供水变频调速系统的工程设计 108

4.3 交流异步电动机矢量控制 111

4.3.1 矢量控制案例——数控机床中电主轴调速 111

4.3.2 异步电动机数学模型 113

4.3.3 坐标变换 116

4.3.4 异步电动机在两相坐标系上的数学模型 120

4.3.5 按转子磁链定向的矢量控制系统 121

4.3.6 电压空间矢量PWM（SVPWM）技术 128

4.3.7 电主轴矢量变频控制工程设计 133

4.4 异步电动机直接转矩控制技术 136

4.5 交流调压调速系统 139

4.5.1 调压调速工作原理及机械特性 139

4.5.2 闭环控制的调压调速系统 140

4.5.3 调压控制在异步电动机软起动中的应用 141

思考题与习题 142

第5章 交流伺服系统 144

5.1 伺服系统概述 144

5.1.1 位置伺服系统案例——数控进给伺服系统 144

5.1.2 位置伺服系统的组成及其工作原理 145

5.1.3 伺服系统的分类 146

5.1.4 伺服系统分析及设计的基本方法 147

5.2 位置检测与信号处理 148

5.3 永磁同步电动机（PMSM）伺服系统设计与应用 151

5.3.1 永磁同步伺服电动机数学模型 151

5.3.2 伺服系统的三环设计 153

5.3.3 伺服系统仿真分析 157

5.4 无刷直流电动机（BLDC）伺服系统 161

5.4.1 无刷直流电动机伺服系统组成 161

5.4.2 无刷直流电动机在电动自行车上的速度伺服控制应用 162

5.5 直线电动机伺服控制 165

思考题与习题 167

第6章 多轴运动控制系统 169

6.1 多轴运动控制系统设计分析 169

6.1.1 多轴运动控制系统典型结构 169

6.1.2 系统分析 170

6.1.3 多轴控制策略选择 171

6.2 基于PC的多轴运动控制系统 172

6.2.1 多轴运动控制器 172

6.2.2 PC＋运动控制器硬件方案 173

6.2.3 软件系统设计 174

6.2.4 轨迹控制原理 176

6.2.5 轨迹插补基本方法 178

6.3 基于CAN总线的多轴运动控制系统 180

6.3.1 CAN现场总线 180

6.3.2 控制系统构建 183

6.3.3 系统主要硬件 184

6.3.4 系统软件设计 185

6.4 基于PROFIBUS总线运动控制系统 187

6.4.1 PROFIBUS现场总线 187

6.4.2 基于PROFIBUS的分布式运动控制系统 188

思考题与习题 190

第7章 典型应用系统分析 191

7.1 数控系统 191

7.1.1 数控机床原理及功能分析 191

7.1.2 系统总体设计和方案比较 192

7.1.3 专用数控控制装置的应用 193

7.1.4 PID＋速度前馈＋加速度前馈的伺服控制 194

7.1.5 经济型数控系统 194

7.2 工业机器人伺服控制系统 196

7.2.1 工业机器人控制原理及伺服控制系统 196

7.2.2 机器人对关节驱动伺服电动机及伺服系统的要求 197

7.3 雷达天线伺服控制系统 198

7.3.1 雷达天线伺服控制系统组成 198

7.3.2 雷达天线伺服控制系统原理 200

7.3.3 车载雷达天线伺服控制系统 200

参考文献 203