第1章 概述 1
1.1 数字伺服控制系统的发展及应用 1
1.1.1 控制系统的发展及应用 1
1.1.2 伺服系统的发展及应用 2
1.1.3 数字伺服控制技术的发展及应用 4
1.2 数字伺服控制系统的基本概念 6
1.3 数字伺服控制系统的特点 12
1.4 数字伺服控制系统的结构和分类 12
1.5 数字伺服控制系统设计指标的提出 22
1.6 数字伺服控制系统的设计内容与步骤 24
1.7 数字伺服控制系统的工作原理 27
1.8 本章小结 31
第2章 预备知识 32
2.1 数字伺服控制系统的时域分析 32
2.2 数字伺服控制系统的频域特性与分析 38
2.2.1 数字伺服控制系统的频率特性 38
2.2.2 数字伺服控制系统的频域分析 44
2.3 数字伺服控制系统的状态空间描述 47
2.4 数字伺服控制系统的稳定性分析 53
2.4.1 稳定性概念 53
2.4.2 根轨迹分析 62
2.4.3 频域稳定性判据 63
2.4.4 李雅普诺夫稳定性分析 64
2.5 本章小结 67
第3章 数字伺服控制系统的伺服电动机 68
3.1 伺服电动机的特征、分类与发展 69
3.1.1 伺服电动机的特征及分类 69
3.1.2 伺服电动机的发展趋势 75
3.2 伺服电动机的工作原理及组成结构 78
3.2.1 直流伺服电动机的工作原理及组成结构 78
3.2.2 无刷直流伺服电动机的工作原理及组成结构 79
3.2.3 交流伺服电动机的工作原理及组成结构 80
3.2.4 步进电动机的工作原理及组成结构 81
3.2.5 大惯量直流伺服电动机的工作原理及组成结构 82
3.3 伺服电动机的使用 83
3.3.1 直流伺服电动机的使用 83
3.3.2 交流伺服电动机的使用 87
3.3.3 步进电动机的使用 90
3.4 伺服电动机的选择 92
3.4.1 直流伺服电动机的选择 93
3.4.2 交流伺服电动机的选择 95
3.4.3 力矩电动机的选择 98
3.4.4 步进电动机的选择 100
3.4.5 步进电动机与交流伺服电动机的性能比较 103
3.5 本章小结 104
第4章 数字伺服控制系统的传感器 105
4.1 概述 105
4.1.1 数字伺服控制系统传感器的作用和意义 105
4.1.2 数字伺服控制系统传感器的分类 106
4.1.3 数字伺服控制系统传感器的性能指标 110
4.1.4 数字伺服控制系统中轴角的表示 112
4.2 数字轴角编码装置 117
4.2.1 自整角机的数字轴角编码装置 117
4.2.2 旋转变压器的数字轴角编码装置 119
4.2.3 自整角机／旋转变压器的跟踪式和逐次逼近式数字轴角编码装置 122
4.3 光电编码器在数字伺服控制系统中的应用 123
4.3.1 光电编码器的特点及分类 123
4.3.2 光电编码器的应用分析 128
4.4 自整角机／旋转变压器在数字伺服控制系统中的应用 132
4.4.1 自整角机测角的工作原理及应用 133
4.4.2 旋转变压器的结构、工作原理及应用 135
4.4.3 多极旋转变压器的粗、精组合和误差计算分析 138
4.5 感应同步器在数字伺服控制系统中的应用 142
4.6 本章小结 145
第5章 数字伺服控制系统的DSP单元 146
5.1 数字伺服控制器的实现及构成 146
5.1.1 数字伺服控制器的实现 146
5.1.2 基于DSP的数字伺服控制系统的构成 148
5.2 概述 149
5.2.1 DSP的发展 150
5.2.2 DSP的特点 151
5.3 DSP系统的设计及开发 153
5.3.1 DSP系统的总体方案设计 153
5.3.2 DSP的软件设计及开发 154
5.3.3 DSP的硬件设计及开发 156
5.3.4 DSP芯片的选择 156
5.3.5 DSP外围元器件的选择 157
5.4 DSP的内部结构 158
5.4.1 TMS320F281xDSP的性能 158
5.4.2 TMS320F281xDSP的结构 160
5.5 DSP的接口电路设计与集成 165
5.5.1 DSP与JTAG接口设计 165
5.5.2 DSP的电源设计 166
5.5.3 DSP的电平转换接口 169
5.5.4 DSP的晶振及复位电路 170
5.5.5 DSP的模式选择与串口通信 171
5.5.6 DSP的模拟接口 173
5.5.7 DSP与SRAM接口 177
5.5.8 DSP的集成开发环境 178
5.6 数字控制器的硬件调试 180
5.7 本章小结 181
第6章 数字伺服控制系统的建模 182
6.1 数字伺服控制系统的建模方法 184
6.2 数字伺服控制系统的机理建模 186
6.2.1 直流伺服电动机的数学模型 187
6.2.2 无刷直流伺服电动机的数学模型 189
6.2.3 永磁式交流伺服电动机的数学模型 190
6.2.4 异步伺服电动机的数学模型 191
6.2.5 感应伺服电动机的数学模型 193
6.3 数字伺服控制系统的时域法建模 196
6.3.1 低阶参数的时间估计 196
6.3.2 辨识差分方程模型阶次和参数的方法 201
6.4 数字伺服控制系统的频域建模法 203
6.5 数字伺服控制系统的非线性模型中的参数估计 204
6.5.1 高斯—牛顿法的原理 204
6.5.2 一阶系统的参数估计 206
6.5.3 二阶系统的参数估计 207
6.6 神经网络算法对数字伺服控制系统的建模 210
6.6.1 NARMA神经网络算法对数字伺服控制系统的建模 210
6.6.2 BP网络算法对数字伺服控制系统的建模 213
6.7 模糊算法对数字伺服控制系统的建模 216
6.7.1 模糊算法建模的基本原理 217
6.7.2 基于T-S模糊模型的建模 219
6.7.3 广义T-S模糊模型对非线性数字伺服控制系统的建模 219
6.8 模糊神经网络融合算法对数字伺服控制系统的建模 221
6.8.1 神经网络—模糊算法对系统的建模 221
6.8.2 自学习、自组织神经模糊算法建模 222
6.9 本章小结 223
第7章 数字伺服控制系统的非线性分析 224
7.1 非线性系统的特征 224
7.2 典型的非线性特性及其对系统性能的影响 227
7.2.1 饱和非线性特性 227
7.2.2 死区非线性特性 233
7.2.3 间隙非线性特性 234
7.3 数字伺服控制系统的干扰非线性分析 235
7.3.1 数字伺服控制系统的摩擦力矩非线性分析 235
7.3.2 数字伺服控制系统的干扰力矩非线性分析 238
7.3.3 数字伺服控制系统的电动机纹波转矩脉动非线性分析 240
7.3.4 数字伺服控制系统的电动机齿槽转矩非线性分析 246
7.4 数字伺服控制系统其他因素的非线性分析 252
7.5 本章小结 257
第8章 数字伺服控制系统的误差分析 258
8.1 概述 258
8.2 数字伺服控制系统的元件误差 260
8.2.1 传感器测量误差的定义及分析方法 260
8.2.2 数字伺服控制系统中传感器的误差 264
8.2.3 数字伺服控制系统中传感器提高精度的方法 265
8.3 数字伺服控制系统的量化误差 266
8.3.1 模拟信号采样过程的量化误差分析 266
8.3.2 系统量化误差及其对系统性能的影响 268
8.3.3 乘法运算结果的量化误差分析 268
8.3.4 两种常用量化过程的误差分析 272
8.3.5 输出量量化噪声误差 276
8.4 数字伺服控制系统的动态误差分析 277
8.5 数字伺服控制系统的稳态误差分析 282
8.6 数字伺服控制系统的随机误差分析 288
8.7 本章小结 292
第9章 数字伺服控制系统的控制设计综合 293
9.1 数字伺服控制系统的性能要求 293
9.2 数字伺服控制系统的传统控制方案 296
9.2.1 根轨迹法设计 296
9.2.2 频域法设计 298
9.3 数字伺服控制系统的数字控制器设计 301
9.3.1 数字调节器的间接设计法 302
9.3.2 数字调节器的直接设计法 305
9.3.3 数字PID改进算法 308
9.3.4 滞后—超前校正的数字控制器设计 319
9.3.5 基于数值积分法的数字控制器设计 323
9.3.6 基于状态方程方法的数字控制器设计 325
9.4 数字伺服控制系统的复合控制方案 334
9.5 数字伺服控制系统的最优控制方案 335
9.6 步进电动机的精度控制 340
9.7 本章小结 343
第10章 数字伺服控制系统的抗干扰设计 344
10.1 概述 344
10.2 数字伺服控制系统的主要干扰因素分析 345
10.2.1 数字伺服控制系统的干扰源 345
10.2.2 数字伺服控制系统干扰的传输方式 347
10.3 数字伺服控制系统干扰的抑制 347
10.4 本章小结 351
第11章 数字伺服控制系统的调试与测试 352
11.1 概述 352
11.2 数字伺服控制系统的静态调试 353
11.3 数字伺服控制系统的动态调试 355
11.3.1 元器件动态参数的测试 355
11.3.2 数字伺服控制系统的频率特性测试 358
11.3.3 数字伺服控制系统的动态特性调试 360
11.3.4 数字伺服控制系统的动态特性指标的计算 362
11.4 数字伺服控制系统的性能测试 365
11.5 本章小结 366
第12章 典型的数字伺服控制系统的设计举例 367
12.1 直流数字伺服控制系统设计 367
12.1.1 DSP的主要功能结构 367
12.1.2 硬件设计 368
12.1.3 数字伺服控制系统的控制策略 369
12.1.4 数字伺服控制系统的试验验证 371
12.2 交流数字伺服控制系统设计 371
12.2.1 应用TMS320 F2812 DSP实现交流数字伺服控制系统 372
12.2.2 应用TMS320 F24 DSP实现交流永磁同步电动机伺服系统数字控制 377
12.2.3 应用TMS320 F247 DSP实现角位置伺服控制系统 380
12.3 步进电动机数字伺服控制系统设计 383
12.4 角位置数字伺服控制系统 385
12.5 本章小结 393
参考文献 394