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第1章 绪论 1

本章教学要求与目标 1

1.1 运动控制系统的组成和类型 1

1.1.1 液压传动系统 1

1.1.2 气压传动系统 3

1.1.3 电气传动系统 4

1.2 运动控制系统的发展历史 5

1.3 运动控制系统的转矩控制规律 7

本章小结 8

思考题与习题 8

第2章 开环运动控制系统 9

本章教学要求与目标 9

2.1 直流电动机拖动的运动控制系统的基本问题 9

2.1.1 直流调速的主要方法 9

2.1.2 转速控制的要求和调速性能指标 9

2.1.3 直流调速系统使用的3种可控直流电源 12

2.2 开环控制的直流电动机调速系统 13

2.2.1 晶闸管整流器-电动机系统 13

2.2.2 直流PWM变换器-电动机系统 19

2.2.3 开环直流调速系统的稳态分析 23

2.3 步进电动机运动控制系统 25

2.3.1 步进电动机简介 25

2.3.2 步进电动机的控制方式 26

2.3.3 步进电动机控制系统 28

本章小结 32

思考题与习题 32

第3章 闭环控制的直流电动机调速系统 34

本章教学要求与目标 34

3.1 单闭环直流调速系统 34

3.1.1 单闭环直流调速系统的组成 34

3.1.2 单闭环直流调速系统的稳、动态性能分析 35

3.1.3 无静差直流调速系统 41

3.1.4 其他形式的单闭环直流调速系统 44

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统 49

3.2.1 单闭环直流调速系统存在的问题 49

3.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 49

3.2.3 转速、电流双闭环直流调速系统的性能分析 50

3.2.4 转速、电流双闭环直流调速系统的工程设计方法 54

3.2.5 转速、电流双闭环直流调速系统调节器工程设计实例 66

3.3 可逆直流调速系统 77

3.3.1 PWM可逆直流调速系统 78

3.3.2 V-M可逆直流调速系统 79

3.4 弱磁控制的直流调速系统 82

3.4.1 弱磁与变压协调控制 82

3.4.2 弱磁与变压协调控制的直流调速系统 82

本章小结 83

思考题与习题 83

第4章 交流异步电动机调速系统 86

本章教学要求与目标 86

4.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法 86

4.1.1 异步电动机的稳态数学模型 86

4.1.2 异步电动机的调速方法 88

4.2 异步电动机的变压控制系统 88

4.2.1 异步电动机的变压调速 88

4.2.2 变压调速时的机械特性 89

4.2.3 闭环控制的变压调速系统 90

4.2.4 变压控制在软起动器中的应用 90

4.2.5 变压控制在电动机节电器中的应用 93

4.3 异步电动机的变压变频（VVVF）调速 93

4.3.1 变压变频调速的基本原理 93

4.3.2 变压变频调速时的机械特性 95

4.4 变压变频（VVVF）调速技术 97

4.4.1 交—直—交PWM变频器主电路 97

4.4.2 正弦波脉宽调制（SPWM）技术 98

4.5 变压变频（VVVF）调速系统的结构和工作原理 111

4.6 高性能异步电动机调速系统 114

4.6.1 矢量控制的交流变频调速系统 115

4.6.2 直接转矩控制的交流变频调速系统 116

4.7 绕线转子异步电动机调速系统 117

4.7.1 绕线转子异步电动机双馈控制的基本原理 117

4.7.2 绕线转子异步电动机串级调速系统 119

4.7.3 绕线转子异步电动机双馈调速系统 120

4.8 通用变频器 122

4.8.1 通用变频器简介 122

4.8.2 变频器的选型、安装及维护 122

本章小结 133

思考题与习题 134

第5章 同步电动机调速系统 135

本章教学要求与目标 135

5.1 同步电动机的稳态数学模型与调速方法 135

5.1.1 同步电动机的特点 135

5.1.2 同步电动机的分类 135

5.1.3 同步电动机的转矩角特性和稳定运行 136

5.1.4 同步电动机的起动 137

5.1.5 同步电动机的调速 138

5.2 他控变频同步电动机调速系统 139

5.2.1 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统 139

5.2.2 大功率同步电动机调速系统 139

5.3 三相永磁无刷直流电动机控制系统 140

5.3.1 无刷直流电动机的组成和工作原理 140

5.3.2 无刷直流电动机转矩的波动 143

5.3.3 无刷直流电动机控制系统 143

5.4 三相永磁同步伺服电动机控制系统 144

5.4.1 位置信号的检测 144

5.4.2 电子齿轮的功能 148

5.4.3 交流伺服电动机驱动器实例 149

本章小结 152

思考题与习题 152

第6章 位置随动系统 153

本章教学要求与目标 153

6.1 位置随动系统概述 153

6.1.1 位置随动系统的组成 153

6.1.2 位置随动系统的特点 154

6.1.3 位置随动系统的基本性能指标 155

6.2 闭环位置随动系统及其控制原理 156

6.2.1 闭环伺服系统的执行电动机 157

6.2.2 数字脉冲比较式伺服系统 158

6.2.3 数控加工过程 158

6.2.4 数控机床的轨迹控制原理及其实现 159

6.3 位置随动系统的数学模型与校正设计 165

6.3.1 位置伺服系统的数学模型 165

6.3.2 位置调节器设计 166

本章小结 168

思考题与习题 168

第7章 数字式运动控制系统 170

本章教学要求与目标 170

7.1 数字控制系统的主要特点 170

7.2 数字式运动控制系统的基本组成 171

7.3 数字控制的关键部件 172

7.3.1 数字测速指标 172

7.3.2 数字测速方法 172

7.3.3 数字滤波 173

7.3.4 数字PID调节器 174

7.4 基于DSP的运动控制器 176

7.4.1 DSP运动控制器的硬件构成 176

7.4.2 DSP运动控制器的软件构成 178

7.5 现场总线及Profiibus现场总线 181

7.5.1 现场总线的概念及特点 181

7.5.2 典型现场总线介绍 182

7.5.3 Profiibus现场总线概述 183

7.5.4 Profiibus-DP协议 186

7.5.5 Profiibus-DP的数据通信 188

7.5.6 Profiibus-DP的交叉通信方式 189

7.5.7 Probus-DP的技术优势 190

7.6 数字式运动控制系统的设计 190

内容和流程 190

本章小结 191

思考题与习题 192

第8章 运动控制系统应用实例 193

本章教学要求与目标 193

8.1 步进电动机在勾心刚度测试仪中的应用 193

8.2 西门子6RA70型直流调速器在热连轧机中的应用 201

8.2.1 6RA70型直流调速器简介 201

8.2.2 6RA70型直流调速器在热连轧机中的应用 203

8.3 变频器在恒压供水系统中的应用 206

8.4 机械手关节伺服控制系统 211

8.5 运动控制器在纸箱切割打样机中的应用 216

参考文献 229