第1章 绪论 1
1.1 运动控制的定义 1
1.2 运动控制系统结构 1
1.3 运动控制系统分类 2
1.4 运动控制器 3
1.5 运动控制技术的发展趋势 4
思考与习题 5
第2章 运动控制系统中的传感器与检测技术 6
2.1 旋转变压器 7
2.1.1 旋转变压器的结构与工作原理 7
2.1.2 旋转变压器的信号处理 8
2.1.3 旋转变压器的选用 10
2.2 光电编码器 10
2.2.1 增量式光电编码器 10
2.2.2 绝对式光电编码器 12
2.2.3 光电编码器的选用 15
2.3 直线光栅尺 15
2.3.1 光栅的概念、结构与分类 15
2.3.2 直线光栅尺的测量原理 16
2.3.3 直线光栅尺的选用 18
2.4 其他运动控制系统中的传感器 19
2.4.1 感应同步器 19
2.4.2 磁栅尺 20
2.4.3 激光干涉仪 20
2.4.4 电容式传感器 21
2.4.5 电感式传感器 21
2.4.6 霍尔式传感器 22
2.4.7 电荷耦合图像传感器 22
2.4.8 测速发电机 23
2.4.9 力／力矩传感器 24
2.5 运动控制系统中的速度检测与滤波 24
2.5.1 速度检测方法 24
2.5.2 速度检测测量噪声 26
2.5.3 速度环节低通滤波器设计 26
思考与习题 27
第3章 运动控制系统的执行器 28
3.1 步进电机 28
3.1.1 步进电机的分类、工作原理和特点 29
3.1.2 步进电机的运行特性 32
3.1.3 步进电机驱动器 34
3.1.4 步进电机的控制 36
3.1.5 步进电机的选用 37
3.2 直流伺服电机 38
3.2.1 直流伺服电机的基本结构与原理 38
3.2.2 直流伺服电机的机械特性 39
3.2.3 直流伺服电机的驱动技术 40
3.2.4 几种直流伺服电机的特点与应用 45
3.3 无刷直流电动机 46
3.4 交流伺服电机概述 48
3.5 两相交流伺服电机 49
3.6 永磁同步电动机 50
3.6.1 永磁同步电动机的结构、原理 50
3.6.2 永磁同步电动机的特点及应用 51
3.7 其他特殊电机 52
3.8 液压与气动 55
思考与习题 58
第4章 步进电机伺服系统 59
4.1 开环步进伺服系统方案设计 59
4.1.1 环形分配器、驱动功率放大器 61
4.1.2 步进电机驱动器的脉冲方向控制 63
4.1.3 速度规划 64
4.2 开环步进伺服系统设计 64
4.2.1 运动控制系统中的常用机械结构 64
4.2.2 运动控制系统中的机电匹配设计 66
4.2.3 控制系统设计简介 73
思考与习题 73
第5章 直流伺服系统 75
5.1 直流调速系统概述 75
5.1.1 直流调速方法 75
5.1.2 转速控制的要求和调速指标 75
5.2 直流调速系统的数学模型 78
5.3 单闭环直流调速系统 81
5.3.1 转速负反馈有静差调速系统 81
5.3.2 电流截止负反馈调速系统 83
5.3.3 转速负反馈无静差调速系统 85
5.4 双闭环直流调速系统 86
5.4.1 双闭环直流调速系统的基本构成 87
5.4.2 双闭环直流调速系统的性能分析 89
5.5 直流调速系统的数字控制 93
5.5.1 数字量化 93
5.5.2 采样频率的选择 95
5.5.3 计算机数字控制系统的输入与输出变量 95
5.5.4 数字PI调节器 96
5.5.5 模拟传递函数的数字化实现 97
5.5.6 计算机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件 98
思考与习题 99
第6章 交流伺服系统 100
6.1 交流调速概述 100
6.2 异步电动机变频调速原理 103
6.3 矢量控制原理 104
6.3.1 三相异步电动机的数学模型 104
6.3.2 三相－两相静止坐标变换（3s/2s变换） 105
6.3.3 两相静止－两相旋转坐标变换（2s/2r变换） 107
6.3.4 三相异步电动机按转子磁场定向的矢量控制 107
思考与习题 109
第7章 位置伺服系统与多轴运动协调 110
7.1 单轴位置伺服系统 110
7.1.1 位置伺服系统及其组成 110
7.1.2 位置伺服系统的结构 111
7.1.3 位置伺服系统的特性 112
7.1.4 位置伺服系统的模型辨识 114
7.1.5 位置伺服系统的性能改善 115
7.2 多轴运动协调控制技术 120
7.2.1 多轴运动控制器及其控制方案 120
7.2.2 多轴运动控制应用领域 121
7.2.3 多轴运动协调控制模式 123
7.3 插补原理 124
7.3.1 插补概述 124
7.3.2 逐点比较法插补原理 126
7.4 数控技术基础 129
7.4.1 数控技术概述 129
7.4.2 数控编程介绍 129
7.4.3 数控铣床基本编程指令 130
7.4.4 零件数控加工编程实例 136
思考与习题 143
第8章 基于现场总线的运动控制系统 144
8.1 现场总线概述 144
8.1.1 现场总线的产生 144
8.1.2 现场总线的发展 145
8.2 基于现场总线的运动控制系统架构 148
8.2.1 通信网络的选择 149
8.2.2 基于现场总线的运动控制系统架构举例 151
8.3 运动控制系统监控技术 153
8.3.1 数据采集与监控技术的发展 153
8.3.2 主流的HMI/SCADA监控软件 154
8.3.3 监控软件与运动控制器的通信 157
8.4 基于现场总线的运动控制系统应用 158
思考与习题 159
第9章 运动控制系统设计 160
9.1 运动控制系统的总体性能要求和设计任务 160
9.2 运动控制系统的方案设计 161
9.3 运动控制系统部件的选择 162
9.3.1 执行电机 165
9.3.2 电机驱动器 171
9.3.3 位置和速度传感器的选择 174
9.3.4 运动控制器的选择原则 177
9.3.5 运动控制系统部件的选择实例 181
9.4 调节器的工程设计方法 187
9.4.1 工程设计方法的基本思路 188
9.4.2 典型系统 188
9.4.3 PID控制器的参数整定 188
思考与习题 191
第10章 运动控制系统应用实例 193
10.1 基于DSP/ARM的无刷直流电动机控制系统 193
10.1.1 基于ARM的无刷直流电动机控制系统设计 193
10.1.2 数字控制无刷直流电动机驱动器硬件设计 196
10.2 基于S7-200 PLC的二维运动控制系统的示教与再现 201
10.2.1 概述 201
10.2.2 系统组成 201
10.2.3 控制软件设计 202
10.2.4 实验验证 207
10.2.5 二维示教平台具体实现扩展 207
10.3 基于单片机的步进电机速度／位置控制系统设计 213
10.3.1 硬件设计 213
10.3.2 软件设计 213
10.4 基于S7-200 PLC与变频器的USS通信同步控制系统 228
10.4.1 USS协议概述 228
10.4.2 S7-200 PLC的通信接口 230
10.4.3 S7-200 PLC与MM420变频器的通信连接 231
10.4.4 S7-200 PLC的USS编程 233
10.5 基于S7-300 PLC与变频器的PROFIBUS通信水位控制系统 236
10.5.1 系统组成、功能要求及控制方案 236
10.5.2 编程实现 237
10.6 步进电机控制的镜片阵列日光聚焦系统设计 245
10.6.1 系统概述 245
10.6.2 方案设计 246
10.6.3 实施要点 247
10.7 基于运动控制板卡的雕刻机控制系统设计 250
10.7.1 方案设计 250
10.7.2 硬件组成 252
10.7.3 软件开发 256
参考文献 263