基础篇 3
第1章 步进电动机及驱动器概述 3
1.1 步进电动机的发展 3
1.1.1 步进电动机现状 3
1.1.2 步进电动机发展趋势 4
1.2 步进电动机的分类 4
1.2.1 按运动方式分类 4
1.2.2 按电动机输出转矩分类 6
1.2.3 按转矩产生的工作方式分类 6
1.2.4 按励磁组数分类 7
1.2.5 按电流极性分类 7
1.3 步进电动机驱动器 8
1.3.1 驱动器系统组成 9
1.3.2 驱动器参数说明 9
1.3.3 驱动器使用方法 10
1.3.4 驱动器连接电路 12
1.4 本章小结 14
第2章 步进电动机工作原理 15
2.1 磁阻式步进电动机 15
2.1.1 磁阻式步进电动机的结构 15
2.1.2 磁阻式步进电动机的运行方式 15
2.1.3 小步距角步进电动机 18
2.1.4 反应式步进电动机的结构形式 19
2.2 永磁式步进电动机 20
2.2.1 单定子结构 21
2.2.2 两定子结构 22
2.3 混合式步进电动机 22
2.3.1 永磁感应子式步进电动机的结构 22
2.3.2 永磁感应子式步进电动机工作原理 23
2.4 特种步进电动机 24
2.4.1 特微型永磁步进电动机 24
2.4.2 机电混合式步进电动机 28
2.4.3 直线和平面步进电动机 30
2.5 本章小结 33
第3章 伺服系统 34
3.1 伺服系统的发展 34
3.1.1 液压及气动伺服系统的发展 34
3.1.2 电气伺服系统的发展 35
3.2 伺服控制系统结构功能 36
3.2.1 伺服系统结构 37
3.2.2 伺服系统功能 38
3.3 伺服控制系统的组成 38
3.3.1 自动控制理论中的伺服系统 39
3.3.2 电气控制系统中的伺服设备 40
3.3.3 电—液控制系统中的伺服设备 40
3.3.4 电—气控制系统中的伺服设备 40
3.4 伺服控制系统分类 41
3.4.1 按参数特性分类 41
3.4.2 按驱动元件类型分类 43
3.4.3 按控制原理分类 44
3.4.4 按机床加工系统分类 45
3.5 伺服控制系统的特点 46
3.5.1 伺服系统精度 46
3.5.2 伺服系统稳定性 47
3.5.3 响应及宽调速特性 47
3.6 本章小结 47
第4章 伺服系统原理 49
4.1 步进式伺服系统原理 49
4.1.1 控制脉冲发生器 49
4.1.2 环分电路 50
4.1.3 驱动电路 51
4.1.4 步进电动机 52
4.2 电—液伺服系统原理 54
4.2.1 伺服阀 54
4.2.2 液压马达 56
4.2.3 液压缸的基本原理 57
4.2.4 反馈传感器 58
4.3 气动伺服系统原理 59
4.3.1 气动伺服系统构成 59
4.3.2 气动伺服系统气路原理 59
4.4 直流伺服系统原理 60
4.4.1 整流驱动装置原理 61
4.4.2 直流PWM伺服驱动装置的工作原理 61
4.4.3 直流系统控制电路原理 62
4.4.4 测速元件工作原理 63
4.5 交流伺服系统原理 63
4.5.1 伺服控制单元基本原理 64
4.5.2 功率放大单元原理 65
4.5.3 感应电动机原理 66
4.5.4 反馈元件原理 66
4.6 数字伺服系统原理 67
4.6.1 控制计算机及接口原理 68
4.6.2 模拟低通滤波器原理 68
4.6.3 自整角机—数字转换器原理 69
4.7 本章小结 70
提高篇 73
第5章 步进电动机系统设计 73
5.1 步进电动机特性 73
5.1.1 静态特性 73
5.1.2 运行特性 77
5.1.3 频率特性 81
5.1.4 机械谐振与阻尼特性 84
5.1.5 步距误差特性 87
5.2 控制系统 87
5.2.1 开环系统 88
5.2.2 闭环系统 90
5.3 参数测试 90
5.3.1 静态参数测试 90
5.3.2 动态参数测试 95
5.4 参数选型 97
5.4.1 参数估算 97
5.4.2 参数设定 101
5.5 数学模型 105
5.5.1 状态变量与传递函数 105
5.5.2 动态特性模型 115
5.5.3 加减速模型 122
5.6 振动与噪声及阻尼处理 124
5.6.1 振荡和失步 125
5.6.2 振荡和噪声 126
5.6.3 低频振荡的抑制 126
5.7 本章小结 129
第6章 伺服系统设计 130
6.1 伺服系统需求分析 130
6.1.1 伺服系统需求 130
6.1.2 伺服系统优点 131
6.1.3 伺服系统技术要求 131
6.2 伺服系统总体方案设计 132
6.2.1 伺服系统总体方案初步制订 132
6.2.2 伺服系统稳态设计 133
6.2.3 建立系统数学模型及动态设计 133
6.3 电—液伺服系统分析与设计 134
6.3.1 电—液伺服系统总体方案设计 134
6.3.2 电—液伺服系统稳态设计 135
6.3.3 电—液伺服系统数学模型 140
6.3.4 电—液伺服系统动态分析 142
6.4 气动伺服系统设计 143
6.4.1 气动伺服系统总体方案设计 143
6.4.2 气动伺服系统稳态设计 146
6.4.3 气动伺服系统数学模型 150
6.4.4 气动系统动态分析 152
6.5 直流伺服系统设计 152
6.5.1 直流伺服系统整体设计 152
6.5.2 直流伺服系统稳态设计 153
6.5.3 直流伺服系统数学模型 161
6.5.4 直流伺服的动态分析设计 163
6.6 交流伺服系统设计 164
6.6.1 交流伺服系统总体设计 164
6.6.2 交流伺服系统稳态设计 165
6.6.3 交流伺服系统动态数学模型 175
6.6.4 交流伺服系统动态分析 178
6.7 全数字伺服系统 178
6.7.1 全数字伺服系统总体设计 178
6.7.2 全数字伺服系统稳态设计 180
6.7.3 数字控制程序设计 189
6.8 本章小结 189
实践篇 193
第7章 西门子工程常用步进电动机控制实例 193
7.1 S7-200 PLC驱动步进电动机实例 193
7.1.1 S7-200 PLC下步进电动机控制系统功能说明 193
7.1.2 系统硬件选型与搭建 194
7.1.3 电气控制原理图 197
7.1.4 系统软件程序设计 199
7.2 S7-300 PLC驱动步进电动机实例 201
7.2.1 S7-300 PLC下步进电动机控制系统功能说明 202
7.2.2 系统硬件选型与搭建 203
7.2.3 电气控制原理图 205
7.2.4 系统软件程序设计 206
7.3 工控机驱动步进电动机实例 211
7.3.1 工控机控制下步进电动机控制系统功能说明 211
7.3.2 系统硬件选型与搭建 212
7.3.3 电气控制原理图 213
7.3.4 系统软件程序设计 214
7.4 本章小结 215
第8章 三菱步进伺服系统的控制应用技术 216
8.1 三菱伺服系统模块组成 216
8.1.1 MR-J2S-A伺服驱动器结构与功能 216
8.1.2 伺服电动机原理及其功能 219
8.2 三菱交流伺服系统各端子功能以及内部电路 220
8.2.1 三菱交流伺服系统外围接线 221
8.2.2 三菱交流伺服系统各端子及功能说明 222
8.2.3 三菱伺服系统接口说明 223
8.3 三菱伺服系统的工作模式 227
8.3.1 三菱MR-J2S-A伺服系统位置控制模式 228
8.3.2 三菱MR-J2S-A伺服系统速度控制模式 234
8.3.3 三菱MR-J2S-A伺服系统转矩控制模式 237
8.4 三菱伺服系统的设计 238
8.4.1 三菱MR-J2S-A伺服系统控制模式选择 239
8.4.2 三菱伺服电动机型号选择 240
8.4.3 三菱伺服系统其他配件规格选择 248
8.4.4 三菱伺服电气接线图 250
8.4.5 三菱伺服软件选择 255
8.4.6 三菱伺服系统MR-J2S-A基本参数设置 255
8.5 本章小结 259
第9章 步进伺服系统综合应用实例 260
9.1 西门子数控伺服系统在轧辊车床的应用 260
9.1.1 西门子840D数控伺服系统及轧辊车床基本概念 260
9.1.2 西门子840D数控伺服系统硬件配置 263
9.1.3 基于西门子840D系统的轧辊车床软件配置 277
9.2 电—液伺服系统在仿形铣床上的典型应用 288
9.2.1 仿形铣床的基本概念 288
9.2.2 电—液伺服系统下仿形铣床的基本参数 290
9.2.3 仿形铣床的基本控制方式 292
9.2.4 数字随动铣床 293
9.2.5 液压伺服下仿形铣床的检修方式 294
9.3 基于DSP的混合式步进电动机伺服系统 296
9.3.1 基于DSP的混合式步进电动机系统功能说明 296
9.3.2 系统硬件设计 297
9.3.3 系统软件设计 305
9.4 本章小结 317