第1章 高级运动控制系统概论 1
1.1引言 1
1.2全数字高精智能型伺服系统驱动技术发展方向 6
1.3运动控制系统的发展历程 11
1.4目前伺服运动控制产品的主要应用行业分析 15
习题 19
第2章 伺服运动控制系统检测技术及元件 20
2.1检测系统 20
2.2传感器技术 21
2.2.1传感器分类 21
2.2.2基础效应 23
2.2.3新型敏感材料 25
2.2.4新加工工艺 26
2.2.5新型传感器件 27
2.3现代检测技术 31
2.3.1软测量技术 31
2.3.2图像检测系统 31
2.3.3智能检测 32
2.3.4虚拟仪器检测技术 33
2.4检测元件 33
2.4.1旋转变压器 33
2.4.2感应同步器 35
2.4.3脉冲编码器 39
2.4.4光栅 42
2.4.5磁尺 44
习题 48
第3章 交流伺服运动控制系统模型及仿真分析 49
3.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统 49
3.1.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统简介 49
3.1.2永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成 50
3.2 PMSM伺服系统的数学模型 60
3.2.1 PMSM的基本结构及种类 60
3.2.2 PMSM的数学模型 61
3.2.3 PMSM等效电路 63
3.2.4 PMSM的矢量控制原理 64
3.2.5 PMSM的id=0矢量控制方式 65
3.2.6 PMSM解耦状态方程 66
3.3 PMSM伺服运动控制系统电流环设计 66
3.3.1影响电流环性能的主要因素分析 66
3.3.2电流环PI综合设计 68
3.4 PMSM伺服运动控制系统速度环设计 70
3.4.1速度环PI综合设计 70
3.4.2滑模变结构基本原理 71
3.4.3 PMSM伺服运动控制系统速度环的变结构设计 73
3.5 PMSM伺服运动控制系统位置环设计 74
3.5.1变结构控制在伺服运动控制系统中的应用剖析 74
3.5.2 PMSM伺服运动控制系统位置环的变结构设计 75
3.6 PMSM伺服运动控制系统仿真分析 76
3.6.1基于矢量控制的电流滞环仿真分析 76
3.6.2伺服运动控制系统变结构仿真 80
习题 82
第4章 基于DSP、 FPGA和ARM的运动控制系统 83
4.1嵌入式运动控制系统的发展现状及发展方向 83
4.1.1何谓嵌入式系统 83
4.1.2嵌入式运动控制系统简介 83
4.1.3嵌入式系统的优势 83
4.1.4嵌入式系统的发展现状及趋势 84
4.2基于DSP的交流伺服系统的设计 85
4.2.1 DSP技术的简介与发展概况 85
4.2.2基于DSP控制系统的总体结构 85
4.2.3基于DSP控制系统的硬件设计 86
4.2.4基于DSP控制系统的软件设计 91
4.2.5基于DSP控制系统的测试 94
4.3基于FPGA的PMSM控制系统设计 94
4.3.1 FPGA技术的简介与发展概况 94
4.3.2基于FPGA控制系统的硬件设计 96
4.3.3 PMSM的智能PID控制器的FPGA实现 105
4.3.4基于FPGA控制系统的测试 108
4.4基于ARM的运动控制系统设计与分析 113
4.4.1 ARM技术的简介与发展概况 113
4.4.2基于ARM的运动控制系统总体设计 114
4.4.3基于ARM的运动控制系统硬件设计 116
4.4.4基于ARM的运动控制系统软件设计 120
4.4.5基于ARM的运动控制系统的性能测试与结果分析 125
习题 129
第5章 基于PC运动控制板卡的交流伺服运动控制系统 130
5.1预备知识 130
5.1.1伺服运动控制系统的组成 130
5.1.2操作系统 131
5.1.3实时多任务操作系统（iRMX） 132
5.1.4操作系统对运动控制器的影响 136
5.1.5伺服运动控制对控制系统的要求 139
5.2 PC与伺服运动控制器的信息交换 139
5.2.1 ISA总线与PCI总线 139
5.2.2双口RAM 142
5.2.3 IDT71321应用举例 143
5.2.4基于PC ISA的运动控制板卡 145
5.2.5基于PC PCI的运动控制卡 147
5.3伺服运动控制系统的采样周期 149
5.3.1信息变换原理 149
5.3.2采样过程及采样函数的数学表示 150
5.3.3采样函数的频谱分析及采样定理 151
5.3.4采样周期T对运动控制器的影响 154
5.4基于PC与基于PLC运动控制器的比较 155
5.5基于PC的伺服运动控制系统设计分析 156
5.5.1上位计算机的选择 156
5.5.2运动控制器板卡的设计分析 157
5.5.3驱动器、反馈元件的设计分析 158
5.5.4伺服电机的设计分析 158
5.6基于PC的伺服运动控制系统举例 159
5.6.1 PAMC开放式运动控制卡在数控系统中的应用 159
5.6.2 TRIO运动控制卡 162
5.6.3 PCIMC-3A及PCIMC-3B三轴雕刻机控制卡 167
习题 172
第6章 基于现场总线的高级运动控制系统 173
6.1基于CANbus总线的交流伺服运动控制系统 173
6.1.1 CAN总线的概述 173
6.1.2 CAN总线的分层结构 174
6.1.3基于CAN总线高级运动控制系统的硬件设计 177
6.1.4基于CAN总线高级运动控制系统的软件设计 184
6.1.5基于POWERLINK总线的高级运动控制系统应用案例 187
6.2基于POWERLINK总线的高级运动控制系统 193
6.2.1 POWERLINK总线的概述 193
6.2.2 POWERLINK总线的协议概述 196
6.2.3基于POWERLINK总线参考模型 198
6.2.4 POWERLINK功能及技术实现 204
6.2.5基于POWERLINK总线的高级运动控制系统应用案例 209
6.3基于PROFIBUS总线的高级运动控制系统 212
6.3.1 PROFIBUS总线的概述 212
6.3.2 PROFIBUS总线通信协议 213
6.3.3基于PROFIBUS总线高级运动控制系统的硬件设计 220
6.3.4基于PROFIBUS总线高级运动控制系统的软件设计 222
6.3.5基于PROFIBUS总线的高级运动控制系统应用案例 228
6.4基于MECHATROLINK总线的高级运动控制系统 230
6.4.1 MECHATROLINK-Ⅱ总线的概述 230
6.4.2 MECHATROLINK总线的通信协议 231
6.4.3基于MECHATROLINK总线的高级运动控制系统应用案例 234
6.5基于CoDeSys编程开发平台 237
6.5.1 CoDeSys的分层架构 237
6.5.2 CoDeSys自动化开发平台中间件 239
6.5.3 CoDeSys的运动控制模块 241
6.5.4 CoDeSys项目应用案例 242
习题 249
第7章 工业机器人运动控制系统 250
7.1工业机器人概述 250
7.1.1工业机器人的定义与发展状况 250
7.1.2工业机器人的基本组成 252
7.1.3工业机器人的应用与技术要求 254
7.1.4工业机器人轨迹规划及其研究现状 257
7.2机器人的运动学和动力学模型 259
7.2.1机器人的运动学模型 259
7.2.2机器人的动力学模型 266
7.3机器人运动轨迹规划 271
7.3.1机器人轨迹规划的一般形式与常用方法 271
7.3.2基于自适应神经模糊推理系统的机器人轨迹规划 272
7.3.3基于势场法的机器人避障运动轨迹规划研究 277
7.4工业机器人的典型案例分析 286
7.4.1 KUKA机器人在汽车焊接中的应用 286
7.4.2 ABB机器人激光切割系统应用 290
7.4.3 FANUC焊接机器人控制系统应用分析 294
7.4.4安川Motoman-HP20D机器人在施釉系统中的应用 296
7.4.5悬臂式磁瓦机械手控制系统的设计与实现 300
习题 305
参考文献 306