伺服系统设计PDF电子书下载

第1章 伺服系统概述 1

1.1伺服系统的发展简况、现状 1

1.1.1伺服系统的发展简况 1

1.1.2伺服系统的发展现状 4

1.2伺服系统的基本概念 7

1.2.1名词概念 7

1.2.2伺服系统的定义 8

1.2.3伺服系统的基本特性 8

1.2.4伺服系统的控制方式 10

1.3伺服系统的分类、特点、工作原理及组成 12

1.3.1伺服系统的分类 12

1.3.2伺服系统的特点 14

1.3.3伺服系统的工作原理 14

1.3.4伺服系统的组成 17

1.4伺服系统的主要技术指标 18

1.4.1位置伺服系统的主要技术指标 18

1.4.2速度伺服系统的主要技术要求 19

1.5液压、气动和电气伺服系统的对比 20

1.6伺服系统的应用 25

第2章 伺服系统典型检测元件 27

2.1位移检测元件 27

2.1.1电阻式电位器 28

2.1.2旋转变压器 29

2.1.3感应同步器 32

2.1.4自整角机 33

2.1.5编码器 37

2.1.6光栅 42

2.1.7磁尺 46

2.2速度检测元件 49

2.2.1直流测速发电机 49

2.2.2交流测速发电机 51

2.2.3霍尔转速传感器 52

2.2.4基于脉冲信号的数字测速方法 52

2.3力传感器及转矩测量元件 56

2.3.1力传感器 56

2.3.2转矩测量元件 59

第3章 伺服系统静态设计的基本方法 63

3.1设计概述 63

3.1.1全面理解设计要求 63

3.1.2拟订控制方案、绘制系统原理图 64

3.2负载特性 65

3.2.1几种典型负载 65

3.3等效负载的计算 66

3.3.1系统等效转动惯量Jdx的计算 67

3.3.2等效负载转矩的计算 67

3.3.3等效刚度的计算 69

3.4负载特性分析 70

3.5负载匹区配 72

3.5.1液压伺服系统的负载匹配方法 73

3.6执行元件的选择 74

3.6.1液压缸、液压马达的选择 75

3.6.2伺服电动机的选择计算 76

3.7信号检测、转换及放大和电源等装置的选择与设计 93

第4章 伺服系统的性能指标与品质提高的方法 94

4.1伺服系统的性能指标 94

4.1.1伺服系统的稳定性 94

4.1.2伺服系统的稳态误差 96

4.1.3伺服系统动态特性 99

4.2伺服系统的线性校正技术 101

4.2.1串联校正 101

4.2.2并联校正 106

4.2.3局部反馈校正 107

4.2.4复合校正 111

4.3伺服系统的扰动补偿技术 112

4.3.1前馈补偿在扰动补偿中的应用 112

4.3.2模型跟踪在扰动补偿中的应用 113

第5章 伺服系统的测试理论和方法 115

5.1伺服系统的性能指标 115

5.1.1频率特性 115

5.1.2动态特性之间关系 117

5.1.3静特性的定义 117

5.2静特性测量与处理方法 118

5.3频率特性测试方法概述 121

5.3.1 止弦波扫频法 121

5.3.2多频信号法 122

5.3.3广谱测量法 123

5.4频率特性计算方法及误差分析 124

5.4.1算法简介 124

5.4.2误差分析 125

5.5脉冲响应求传递函数 127

5.5.1射流元件的工作原理及测试原理 127

5.5.2 测试系统的辨识 129

5.6种测试系统的实现 132

5.6.1信号发生器 132

5.6.2采集处理 133

第6章 电液伺服系统设计 139

6.1电液伺服系统简介 139

6.1.1电液伺服系统的分类 139

6.1.2电液伺服系统基本组成及工作原理 139

6.1.3电液伺服控制系统的优缺点 141

6.2电液伺服阀 141

6.2.1电液伺服阀的一般构成和分类 141

6.2.2常用电液伺服阀的结构形式及其特点 143

6.2.3电液服阀的主要性能参数 146

6.2.4力反馈二级电液伺服阀 150

6.2.5电液伺服阀的选型与使用 152

6.2.6电液伺服阀故障分析 153

6.3电液位置系统 155

6.3.1系统的组成及框图 155

6.3.2稳定性分析 157

6.3.3闭环频率特性 159

6.3.4系统的误差 162

6.3.5改变系统参数以增加阻尼 164

6.3.6系统校正 165

6.4电液速度控制系统 170

6.4.1速度控制系统框图 171

6.4.2速度控制系统的控制方式 173

6.5电液力（压力）控制系统 174

6.5.1力控制系统的特性 175

6.5.2压力控制系统简介 178

6.6电液伺服系统设计 180

6.6.1充分理解设计要求 181

6.6.2确定控制系统方案 182

6.6.3动力元件设计 182

6.6.4反馈传感器的选择 186

6.6.5确定系统框图 187

6.6.6绘制系统开环伯德图并确定开环增益 187

6.6.7系统静动态品质分析及确定校正特性 187

6.7液压油源 188

6.7.1液压油源的基本形式 188

6.7.2液压油源的品质要求 189

6.7.3液压油源的参数选择及负载匹配 189

第7章 气动伺服系统设计 191

7.1气动伺服阀的分类 191

7.1.1气动滑阀 191

7.1.2喷嘴-挡板阀 193

7.1.3射流管阀 194

7.1.4开关阀 195

7.2射流管式伺服系统的性能分析 196

7.2.1工作原理 196

7.2.2系统的数字模型 197

7.3阀系数的求解 207

7.4阀的耗气量、输出功率及效率 212

7.5射流管阀系统的设计 213

7.6系统中一些关键参数的测试方法 216

7.6.1力矩马达性能实验方法 216

7.6.2射流管阀的力特性测试 220

7.7气缸摩擦力的实验 221

7.7.1测试方法 221

7.7.2测试结果 222

7.7.3实验分析 223

7.8一种低压PWM气动伺服系统分析 223

7.8.1系统的非线性模型的建立 224

7.8.2系统非线性模型的线性化 227

7.8.3系统性能分析 233

7.8.4系统辨识 234

第8章 直流伺服系统 237

8.1直流伺服电动机 237

8.1.1小惯量直流伺服电动机 238

8.1.2直流力矩电动机 241

8.1.3无刷直流电动机 243

8.2直流调速系统 247

8.2.1直流电动机调速的方法与稳态调速指标 247

8.2.2转速负反馈有静差调速系统 250

8.2.3电流截止负反馈调速系统 254

8.2.4转速负反馈无静差调速系统 256

8.2.5单闭环调速系统实例 258

8.3双闭环直流调速系统 259

8.3.1双闭环调速系统的组成和静态特性 259

8.3.2转速、电流双闭环系统的动态性能 263

8.3.3双闭环系统的抗干扰性能 269

8.4脉宽调制（PWM）调速系统 270

8.4.1脉宽调速系统（PWMS）的工作原理 270

8.4.2脉宽调速系统的控制回路 277

8.5位置伺服系统的分析与设计 281

8.5.1自整角机位置伺服系统的组成和模型 281

8.5.2位置伺服系统的稳态分析 285

8.5.3位置控制系统的动态校正 289

第9章 永磁交流伺服系统 300

9.1概述 300

9.2永磁同步电动机的结构及类型 301

9.3永磁同步电动机的数学模型 303

9.3.1坐标变换 303

9.3.2三相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型 305

9.3.3两相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型 307

9.3.4两相转子坐标系下永磁同步电动机数学模型 308

9.4永磁同步电动机的控制方式 309

9.4.1变压变频控制 309

9.4.2矢量控制 310

9.4.3直接转矩控制 313

9.5永磁同步电动机的PWM技术 315

9.5.1电流滞环跟踪PW M控制 316

9.5.2正弦波脉宽调制技术 316

9.5.3电压空间矢量脉冲调制技术 319

9.5.4混合调制技术 323

9.6永磁交流伺服系统与直流无刷电动机伺服系统的比较 324

9.6.1功率密度和转矩惯量比 325

9.6.2调速范围 326

9.6.3转矩电流比 327

9.6.4转矩脉动 328

9.6.5位置反馈元件 328

9.6.6逆变器容量 329

9.6.7损耗及热容量 329

9.7全数字永磁同步电动机驱动控制器的设计实例 330

9.7.1驱动控制器系统设计 331

9.7.2硬件电路设计 332

9.7.3软件及控制算法设计 340

参考文献 345