运动控制系统原理及应用

　　《运动控制系统原理及应用》首先介绍了运动控制系统的基本概念，让读者对运动控制系统的基本组成和应用背景有较为基本的认识；进而结合相关产品及项目实例分别介绍几种常见的运动控制策略、数字化部件、脉宽调制技术、智能控制技术及人机通信技术等，让读者对运动控制系统各部分原理和组成进行更加系统性的学习；最后以生产实例引导读者进行系统设计、集成的思考。

　　赵晶，主要从事控制理论与控制工程、智能电气、智能信息处理等相关课程的教学。获得省级科技进步奖（集体项目）、校级教学成果奖，以及多项省级教学质量工程项目、市厅级以上科研项目。

第1章 运动控制系统基本概念1
1.1运动控制系统及其组成1
1.2运动控制系统的分类2
1.3运动控制系统的执行机构2
1.3.1步进电动机3
1.3.2直流电动机3
1.3.3交流异步电动机4
1.3.4交流同步电动机5
1.3.5无刷直流电动机6
1.4运动控制系统的性能指标及其执行机构机械特性7
1.4.1运动控制系统的主要性能指标7
1.4.2运动控制系统中影响性能指标的因素10
1.4.3运动控制系统中执行机构的机械特性11
1.5运动控制系统的历史和发展19
思考题与习题20

第2章 运动控制系统的控制策略21
2.1直流调速系统V-M控制21
2.1.1直流调速系统数学模型21
2.1.2单闭环直流调速系统24
2.1.3双闭环直流调速系统30
2.2直流电动机调速系统的工程设计37
2.2.1工程设计任务37
2.2.2双闭环直流调速系统主电路结构37
2.2.3系统电路设计38
2.2.4调节器工程设计44
2.3交流调速系统变压变频控制57
2.3.1变频调速的本质和意义57
2.3.2交流调速系统基本控制方式59
2.3.3异步电动机变频调速原理61
2.4交流调速系统的矢量控制62
2.4.1三相异步电动机数学模型62
2.4.2三相-两相静止坐标变换（3s/2s变换）63
2.4.3两相静止两相旋转坐标变换（2s/2r变换）64
2.4.4三相异步电动机按转子磁场定向的矢量控制65
2.5交流调速系统直接转矩控制67
2.5.1磁链与转矩估计模块68
2.5.2基于开关表的直接转矩控制策略68
2.6位置伺服与多轴控制71
2.6.1单轴位置伺服系统71
2.6.2多轴运动协调控制技术简介75
2.6.3多轴运动控制中的插补原理80
思考题与习题89

第3章 运动控制系统的数字控制91
3.1运动控制系统传感器概述91
3.2运动控制系统中的检测及滤波技术92
3.2.1旋转变压器92
3.2.2光电编码器96
3.2.3直线光栅101
3.2.4运动控制系统中其他传感器简介105
3.2.5运动控制系统中的速度检测与滤波110
3.3运动控制系统的数字化113
3.3.1量化与编码114
3.3.2采样频率的选择115
3.3.3数字运动控制系统的输入与输出变量115
3.3.4数字PI调节器的实现116
思考题与习题117

第4章 运动控制系统中的脉宽调制118
4.1直流脉宽调制变换器119
4.1.1直流PWM变换器的电路结构与工作原理119
4.1.2直流PWM变换器的控制特性122
4.2可逆直流调速系统123
4.2.1直流调速系统的可逆运行与可逆电路124
4.2.2可逆直流调速系统环流问题简介126
4.3交流PWM变频器主回路128
4.4交流PWM控制技术129
4.4.1正弦波脉宽调制（SPWM）技术129
4.4.2消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术130
4.4.3电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术131
4.5电压空间矢量PWM控制技术133
4.5.1空间矢量的定义133
4.5.2电压与磁链空间矢量的关系135
4.5.3PWM逆变器输出的基本电压矢量135
4.5.4正六边形空间旋转磁场136
4.5.5预期电压空间矢量的合成138
4.5.6SVPWM的实现140
4.5.7SVPWM控制的定子磁链分析141
思考题与习题143

第5章 运动控制系统中的智能控制144
5.1模糊控制原理概述144
5.1.1模糊控制系统的组成与特点144
5.1.2模糊控制基本原理145
5.1.3模糊控制系统的分类146
5.2模糊控制器150
5.2.1模糊控制器的组成150
5.2.2模糊控制器的结构151
5.3模糊控制过程153
5.3.1精确量的模糊化153
5.3.2模糊数据库154
5.3.3模糊控制规则156
5.3.4模糊控制算法157
5.3.5解模糊判决159
5.4基于模糊控制的运动控制系统举例161
5.5人工神经网络概述166
5.6基于神经网络的运动控制系统设计167
5.6.1神经网络转速估计基本原理167
5.6.2神经网络在调速系统转速估计中的应用168
思考题与习题172

第6章 运动控制系统中的通信技术173
6.1运动控制系统中的现场总线通信173
6.1.1现场总线概述173
6.1.2基于现场总线的运动控制系统架构178
6.2ABB AC500系列控制器通信系统概述183
6.2.1AC500中的I/O总线184
6.2.2AC500控制器CPU中的通信接口介绍184
6.2.3AC500系列控制器的通信接口连接186
思考题与习题188

第7章 运动控制系统驱动器的设计189
7.1驱动器的总体性能要求和设计任务189
7.2运动控制系统驱动器设计过程189
7.2.1运动控制系统驱动器硬件设计189
7.2.2运动控制系统驱动器软件设计194
7.2.3设计结果验证199
7.3ABB驱动器——ACS880简介200
思考题与习题203

第8章 运动控制系统的集成与设计204
8.1PLC控制系统设计205
8.1.1设计的基本原则205
8.1.2设计的基本内容205
8.1.3设计的一般步骤206
8.1.4PLC硬件系统设计206
8.1.5提高控制系统可靠性的措施213
8.2ABBAC500系列PLC运动控制器214
8.3项目案例216
8.3.1基于AC500的液压送料机216
8.3.2基于AC500的自动停车场220
思考题与习题221

参考文献222