现代直流伺服控制技术及其系统设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1 直流伺服控制技术的发展 1

2 现代直流PWM伺服驱动技术的发展 3

2.1 国内外发展概况 3

2.2 直流PWM伺服驱动装置的工作原理和特点 4

2.3 功率控制元件的应用及控制电路集成化 8

2.4 PWM系统发展中待研究的问题 11

3 现代伺服控制技术展望 12

第2章 不可逆直流PWM系统 14

1 无制动状态的不可逆PWM系统 14

1.1 电流连续时PWM系统控制特性分析 15

1.2 电流断续时PWM系统控制特性分析 21

2 带制动回路的不可逆PWM系统 27

第3章 可逆直流PWM系统 30

1 双极模式可逆PWM系统 30

1.1 T型双极模式PWM控制原理 30

1.2 H型双极模式PWM控制原理 32

1.3 双极模式PWM控制特性分析 34

2 单极模式可逆PWM系统 42

2.1 H型单极模式同频可逆PWM控制 43

2.2 H型单极模式倍频可逆PWM控制 45

3 受限单极模式可逆PWM系统 49

3.1 受限单极模式同频可逆PWM控制系统 49

3.2 工作特性的定量分析 50

3.3 计算机辅助分析 52

3.4 受限单极模式倍频可逆PWM控制 55

4 控制方案的对比 56

第4章 PWM功率转换电路设计 58

1 PWM功率转换用GTR 58

1.1 开关特性 58

1.2 GTR的功率损耗及PWM功率转换电路对其特性的要求 64

1.3 GTR存储时间对PWM系统的影响 68

2 GTR的损坏和保护 70

2.1 GTR的耐压与损坏 70

2.2 GTR的二次击穿和安全工作区 71

2.3 GTR暂态保护 75

3 达林顿复合型功率模块的应用 79

3.1 复合型达林顿模块的电路结构 79

3.2 达林顿模块作为开关使用 79

3.3 达林顿模块并行驱动 81

3.4 达林顿模块的应用 82

4 缓冲器设计和负载线整形 85

4.1 缓冲器的必要性 85

4.2 负载线分析 85

4.3 在PWM系统中的缓冲器设计举例 88

第5章 PWM系统控制电路 93

1 脉宽调制器的一般特性及电路 93

1.1 脉宽调制器的一般特性 93

1.2 恒频波形发生器 93

1.3 脉宽调制器 96

2 保护型脉宽调制及脉冲分配电路 102

2.1 双门限延迟比较的V/W电路 102

2.2 二极管电桥反馈式窗口V/W电路 104

2.3 具有阻容延迟的PWM变换电路 105

2.4 脉冲分配逻辑延时电路 105

3 保护电路 109

3.1 电流保护型式与特点 109

3.2 保护电流的实时取样和霍尔效应电流检测装置设计 111

3.3 欠电压、过电压保护 116

3.4 瞬时停电保护 116

3.5 保护电路举例 116

4 基极驱动电路 118

4.1 基极恒流驱动 118

4.2 基极电流自适应驱动电路 120

4.3 自保护型基极驱动电路 121

4.4 典型基极驱动电路 127

5 控制电路集成化、模块化 130

5.1 一种新型SG1731型PWM集成电路 131

5.2 晶体管驱动模块简介 134

5.3 应用举例 138

第6章 PWM系统工程设计中的有关问题 141

1 功率转换电路供电电源的设计问题 141

1.1 泵升电压对功率转换电路及供电电源的影响 141

1.2 PWM系统中的反馈能量 142

1.3 反馈能量的存储及其耗散 145

2 PWM系统电流波形系数与电动机的有效出力 148

3 PWM开关频率的选择 151

4 电枢回路附加电感的设计原则 154

5 浪涌电流和电压抑制 155

5.1 合闸浪涌电流的抑制 155

5.2 浪涌电压吸收 158

第7章 PWM系统电磁兼容性设计 160

1 电磁干扰模型分析和干扰传递 160

1.1 干扰源 161

1.2 敏感单元 162

1.3 干扰传递方式 162

2 抑制或消除干扰的方法 164

2.1 PWM功率转换电路中GTR开关干扰源抑制 165

2.2 元器件的合理布局与布线 165

2.3 接地设计 167

2.4 屏蔽与隔离 175

2.5 滤波 176

3 PWM系统电磁兼容性设计导则 179

3.1 电源 179

3.2 电动机 180

3.3 GTR固态开关 180

3.4 开关控制器件 180

3.5 模拟电路 180

3.6 数字电路 181

3.7 微型计算机 182

第8章 现代直流伺服控制元件与线路 183

1 直流伺服电动机 183

1.1 对直流伺服电动机的要求 183

1.2 直流伺服电动机的分类 183

1.3 直流伺服电动机的数学模型 185

1.4 直流伺服电动机开环驱动的稳态和动态特性 188

1.5 直流伺服电动机具有速度反馈驱动的动态特性 190

2 测速元件与电路 194

2.1 模拟测速元件——直流测速发电机 194

2.2 数字测速元件——光电脉冲测速机 195

2.3 光电脉冲测速机在模拟速度闭环中的应用 201

3 位置测量元件与其轴角编码 201

3.1 正余弦旋转变压器及其轴角编码 202

3.2 同步机及其轴角编码 212

3.3 感应同步器及其轴角编码 217

3.4 数字／分解器（D/R）转换 219

3.5 用单片微处理机实现轴角／数字转换 224

4 模块化轴角／数字转换器及转换器系统的设计与应用 226

4.1 模块化自整角机／旋转变压器-数字转换器的工作原理 227

4.2 模块化轴角／数字转换器的选用和系统设计中的有关问题 231

4.3 模块化转换器的典型应用举例 236

5 无惯性快速相敏解调器 242

6 直流伺服系统中的运算放大器 245

第9章 PWM直流伺服电动机控制系统设计 252

1 PWM系统设计概述 252

1.1 系统设计步骤 252

1.2 对伺服系统的主要技术要求 253

1.3 选择方案的基本考虑 254

2 执行电动机的选择和传动装置的确定 255

2.1 典型负载的分析与计算 255

2.2 伺服电动机的选择 259

2.3 传动比的选择和分配原则 262

2.4 驱动装置选择方法归纳 265

3 伺服检测装置的确定 268

3.1 速度控制系统测量装置的选择 268

3.2 位置控制系统测量装置的选择 272

4 校正网络和调节器补偿形式的选取 274

4.1 串联校正 275

4.2 并联校正 277

4.3 反馈校正 278

4.4 复合控制 280

4.5 校正方式对比 280

5 PWM驱动装置的设计 282

5.1 伺服系统对PWM驱动装置的要求 282

5.2 功率转换电路型式的选择 283

5.3 功率转换电路主要器件的选取原则 284

5.4 PWM控制电路的选取原则 286

5.5 PWM开关频率的选取原则 288

5.6 辅助装置的选择 288

6 直流伺服系统工程设计（频域法） 289

6.1 对数幅频特性的绘制及约束条件 289

6.2 校正装置的计算 297

6.3 多环路（从属控制）系统的设计 300

6.4 复合控制系统的设计 308

7 一个现代PWM直流伺服电动机控制系统的分析与设计实例 312

7.1 系统设计概述 312

7.2 主要元器件和部件的选择与设计 317

7.3 系统静、动态设计计算 326

第10章 PWM系统的微处理机控制 341

1 微处理机控制伺服系统的设计和综合 342

1.1 连续校正网络的等效数字滤波器设计法 342

1.2 w平面上的频域设计法 350

1.3 控制算法及流程的实现 360

1.4 小结 368

2 微处理机数字伺服控制系统的工程实现 369

2.1 微处理机控制PWM伺服系统的方案确定 369

2.2 A/D转换器、CPU和D/A转换器的主要性能参数选择 371

2.3 数字伺服系统的数据预处理 373

2.4 比例因子的配置和溢出保护 380

2.5 采样频率的选择 382

3 微处理机与伺服元件、执行机构的界面接口 385

3.1 模拟量输入通道的设计 385

3.2 直接数字测速的接口与实现 387

3.3 微处理机与PWM功率转换装置的匹配 395

第11章 单片数字信号处理器及其在现代伺服控制系统中的应用 404

1 单片数字信号处理器简介 404

1.1 概述 404

1.2 TMS32010的结构 405

1.3 TMS32010指令集 410

1.4 TMS32020简介 424

2 用TMS320实现伺服系统补偿控制 425

2.1 DSP的选择与系统开发周期以及开发支援工具 425

2.2 数字补偿器实现中的几个问题 428

2.3 用TMS32010来实现补偿器和滤波器 434

2.4 TMS320系列DSP外围接口考虑 438

3 TMS32010DSP在速率积分陀螺伺服稳定系统中的应用 441

3.1 系统描述 441

3.2 系统模型与控制补偿 442

3.3 数字控制器的硬件和软件结构 445

3.4 程序编制举例 447

3.5 DSP数字控制系统性能评价 454

第12章 专用集成电路构成的直流PWM伺服系统设计 457

1 L290、L291和L292功能简介 457

1.1 L290转速／电压变换器 458

1.2 L291数／模转换器及放大器 461

1.3 L292 PWM直流电机驱动器 461

2 L292 PWM直流电机驱动器对直流伺服电机的速度控制 463

2.1 模拟直流电压速度控制系统 464

2.2 数字控制速度系统 466

2.3 L292驱动功率扩展 468

3 L290～L292直流伺服控制系统设计指南 469

3.1 电流调节回路的设计 469

3.2 L290/L291外部参数选择和速度调节回路设计 473

3.3 位置环的设计 478

3.4 误差分析 479

第13章 伺服系统的可靠性设计 486

1 伺服系统可靠性的基本概念 486

1.1 伺服系统的可靠性定义 486

1.2 度量可靠性的指标 487

2 伺服系统可靠性计算 489

2.1 可靠性结构图的构成 490

2.2 串、并联结构的可靠性特征量计算 492

2.3 伺服系统可靠性评价 494

3 伺服系统可靠性工程设计导则和方法 500

3.1 元器件的选择和控制 500

3.2 降额设计 501

3.3 可靠的电路设计 503

3.4 冗余设计 504

3.5 电气互连技术 506

3.6 自动故障检测设计 507

3.7 小结 509

4 伺服系统可靠性试验及其评定方法 511

4.1 伺服系统可靠性试验计划 511

4.2 伺服系统可靠性试验方法简介 513

附录 519

附录A BESK-FANUC永磁直流伺服电动机组技术性能参数 519

附录B 光电编码器技术性能参数 521

附录C 国产轴角／数字、数字／轴角转换模块的技术性能参数及国外互换型号对照 523

附录D PWM系统常用大功率晶体管、模块及驱动电路技术性能参数 528

附录E LEM电流电压传感器模块的技术性能参数及应用 539

参考文献 546