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第1章 交流伺服运动控制系统概论1

1.1 机电一体化及机床电气控制技术的发展概况1

1.2　伺服系统的作用及组成2

1.3　伺服系统的基本要求和特点2

1.4　伺服系统的分类3

1.5　现代交流伺服运动控制技术4

第2章　伺服运动控制系统检测技术及元件12

2.1 检测系统12

2.2　传感器技术14

2.2.1　传感器分类14

2.2.2　基础效应15

2.2.3　新型敏感材料17

2.2.4　新加工工艺19

2.2.5　新型传感器件20

2.3　现代检测技术24

2.3.1　软测量技术24

2.3.2　图像检测系统25

2.3.3　智能检测26

2.3.4　虚拟仪器检测技术26

2.4　检测元件27

2.4.1　旋转变压器27

2.4.2　感应同步器29

2.4.3　脉冲编码器33

2.4.4　光栅36

2.4.5　磁尺39

习题43

第3章 交流伺服运动控制系统模型及仿真分析44

3.1 永磁同步电动机交流伺服运动控制系统45

3.1.1　永磁同步电动机交流伺服运动控制系统简介45

3.1.2　永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成45

3.2　PMSM伺服系统的数学模型56

3.2.1　PMSM的基本结构及种类56

3.2.2　PMSM的数学模型57

3.2.3　PMSM等效电路59

3.2.4　PMSM的矢量控制原理59

3.2.5　PMSM的矢量控制方式61

3.2.6　PMSM解耦状态方程62

3.3　PMSM伺服运动控制系统电流环设计62

3.3.1　影响电流环性能的主要因素分析62

3.3.2 电流环PI综合设计64

3.4　PMSM伺服运动控制系统速度环设计66

3.4.1　速度环PI综合设计66

3.4.2　滑模变结构基本原理67

3.4.3　PMSM伺服运动控制系统速度环的变结构设计70

3.5　PMSM伺服运动控制系统位置环设计71

3.5.1　变结构控制在伺服运动控制系统中的应用剖析71

3.5.2　PMSM伺服运动控制系统位置环的变结构设计71

3.6　PMSM伺服运动控制系统仿真分析72

3.6.1　基于矢量控制的电流滞环仿真分析72

3.6.2　伺服运动控制系统变结构仿真76

第4章　数控交流伺服运动控制系统79

4.1　数控机床结构79

4.2　数控机床的工作原理83

4.2.1　数控CNC控制机概述83

4.2.2　数控加工过程86

4.3　数控机床编程准备88

4.4　数控机床插补算法及其实现92

4.4.1　数控插补概述92

4.4.2　逐点比较插补方法93

4.5　数控机床编程基础96

4.5.1　程序编制的内容和步骤96

4.5.2　程序编制的方法98

4.5.3　NC程序98

4.5.4　数控指令执行过程112

4.6　数控专用机床（PA系统）参数设定112

第5章　基于PC运动控制板卡的交流伺服运动控制系统121

5.1　预备知识122

5.1.1　伺服运动控制系统的组成122

5.1.2　操作系统123

5.1.3　实时多任务操作系统（iRMX）123

5.1.4　操作系统对运动控制器的影响128

5.1.5　伺服运动控制对控制系统的要求130

5.2　PC机与伺服运动控制器的信息交换131

5.2.1　ISA总线与PCI总线131

5.2.2 双口RAM134

5.2.3 IDT71321应用举例135

5.3　伺服运动控制系统的采样周期137

5.3.1　信息变换原理137

5.3.2　采样过程及采样函数的数学表示138

5.3.3　采样函数的频谱分析及采样定理139

5.3.4　采样周期对运动控制器的影响141

5.4　基于PC与基于PLC运动控制器的比较143

5.5　基于PC的伺服运动控制系统设计分析144

5.6　基于PC的伺服运动控制系统举例147

5.6.1　基于PC ISA的运动控制卡147

5.6.2　基于PC PCI的运动控制卡149

第6章 基于CANbus现场总线的交流伺服运动控制系统152

6.1 现场总线的概述及CAN总线特点152

6.1.1　现场总线的概述152

6.1.2　现场总线的发展现状154

6.1.3　现场总线控制系统156

6.1.4　CAN总线简介156

6.1.5　CAN总线的分层结构159

6.2　CAN总线交流伺服运动控制系统的硬件设计162

6.2.1　CAN总线控制系统的网络构建原理163

6.2.2　基于CAN总线的分布式运动控制系统的设计标准164

6.2.3　PCCAN接口适配卡的多轴分布式运动控制系统165

6.2.4　基于以太网和CAN总线的分布式运动控制系统168

6.2.5　基于CAN总线的分布式跟随运动控制系统170

6.3　CAN总线交流伺服运动控制系统的软件设计173

6.3.1　CAN通信协议制定173

6.3.2　基于CAN总线控制的软件设计174

6.3.3　系统软件设计和数据分析176

6.3.4　主机和多伺服控制器的控制软件介绍177

6.4　CAN总线交流伺服运动控制系统的控制算法设计182

6.4.1 总线伺服系统产品系列的特点182

6.4.2　增益内模控制算法184

6.4.3 电流环智能PI控制186

6.4.4　位置环PIP控制187

6.4.5　运动控制函数191

第7章 基于DSP技术的交流伺服运动控制系统195

7.1　运动控制系统常用DSP简介195

7.2　基于DSP的伺服系统设计203

7.2.1　基于DSP的伺服系统组成203

7.2.2　伺服系统的基本要求204

7.2.3　基于DSP的伺服系统的设计步骤205

7.2.4　伺服系统初步设计206

7.2.5　基于DSP的伺服系统的接口设计208

7.3 TMS320 LF2407A DSP资源介绍215

7.3.1　概览215

7.3.2　DSP内核218

7.3.3　存储器结构及I/O空间221

7.3.4　系统及I/O端口的配置方法222

7.3.5　TMS320 LF2407A DSP的指令系统223

7.3.6　TMS320 LF2407A DSP的中断系统225

7.4　TMS320 LF2407A DSP外设资源231

7.4.1 TMS320 LF2407A DSP的事件管理器231

7.4.2　PWM波形的生成方法241

7.4.3 TMS320 LF2407A DSP的A/D转换器247

7.4.4 TMS320 LF2407A DSP的CANSCISPI模块252

7.5 TMS320 LF2407-PMSM交流伺服系统设计253

7.5.1　硬件电路设计253

7.5.2　软件设计257

第8章 交流伺服运动控制系统的典型案例分析263

8.1 基于PLC的运动控制系统263

8.1.1 基于FX1N系列PLC的位置伺服运动控制系统264

8.1.2 基于FX2N系列PLC的位置伺服运动控制系统266

8.2　X-Y二维坐标仪268

8.2.1　X-Y二维坐标仪的硬件结构269

8.2.2 X-Y二维坐标仪的实验分析273

8.3　印制电路板制作系统282

8.3.1　电路板制作系统简介282

8.3.2　德国LPKF快速PCB制作系统的工作原理283

8.4　交流伺服运动控制系统在汽车传动与操纵中的应用287

8.4.1　电动汽车简介287

8.4.2　电动汽车的驱动系统289

8.4.3　电动汽车的布置方式294

8.4.4　基于交流伺服控制的电动助力转向系统296

8.5　直线飞剪与圆盘飞剪299

8.6　工业机器人310

8.6.1　工业机器人控制系统体系结构310

8.6.2 基于干扰观测器的工业机器人的伺服运动控制算法314

8.7 内衬层生产线连动控制318

8.7.1　轮胎内衬层生产线概述318

8.7.2　轮胎内衬层生产线控制系统数学模型及仿真分析321

8.7.3　轮胎内衬层生产线控制系统硬件组态328

8.7.4　轮胎内衬层生产线软件设计329

参考文献332