光电工程中的稳定与伺服控制

　　《光电工程中的稳定与伺服控制》从工程设计角度出发，以光电工程伺服控制系统中常用的PID控制、非线性PID控制、高阶超前-滞后校正、速度滞后补偿、加速度滞后补偿、复合轴控制、自适应控制、模糊控制、自抗扰控制及神经网络控制为核心，系统论述了性能指标分析与转换、执行元件与测量元件的选取、功率放大器的选型与设计、系统数学建模、控制算法设计与实现等模块及其工程实现需考虑的因素。针对实际工程中存在的低机械谐振频率、地平式结构存在正割补偿等诸多具体问题进行了原理阐述，给出了相应的解决方案。考虑到实际应用的不同场景，重点结合丰富的工程实例对系统的整体设计进行了详细介绍。

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目录
序
前言
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第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 伺服控制系统技术指标 2
1.2.1 调速系统技术指标 2
1.2.2 随动系统技术指标 3
1.2.3 动态性能指标 4
1.2.4 其他要求 8
1.3 控制理论与技术的发展与分类 8
1.4 章节安排 11
1.5 小结 12
第2章 光电工程控制系统涉及的基础知识 13
2.1 引言 13
2.2 控制系统常用物理量及其换算关系 13
2.3 贴片封装 15
2.4 电阻 15
2.5 电容 16
2.6 信号频率与带宽 18
2.7 二极管 19
2.8 模数转换器 21
2.9 小结 26
第3章 光电工程控制系统执行元件及其主要参数确定 27
3.1 引言 27
3.2 负载特性 27
3.2.1 负载固有特性 28
3.2.2 转动负载运动特性 28
3.2.3 平动负载运动特性 29
3.3 直流电动机的选择 29
3.3.1 直流电机特征物理量 29
3.3.2 光电工程中常用直流电动机种类 32
3.3.3 直流伺服电动机和直流力矩电动机参数确定 36
3.3.4 固定转速工作时无刷直流电动机参数确定 39
3.3.5 高加速度应用时无刷直流电动机参数确定 40
3.3.6 多电机并联应用 41
3.4 音圈电机的选择 41
3.4.1 音圈电机种类 41
3.4.2 音圈电机的控制 42
3.4.3 直线式音圈电机参数的确定 43
3.4.4 旋转式音圈电机参数的确定 45
3.5 步进电机参数的确定 48
3.5.1 步进电机种类 48
3.5.2 步进电机参数确定 49
3.6 小结 50
第4章 光电工程中的常用测量元件 51
4.1 引言 51
4.2 测速发电机 51
4.3 编码器 54
4.3.1 光电编码器 54
4.3.2 磁电编码器 59
4.4 电位计 59
4.5 旋转变压器 61
4.6 感应同步器 63
4.7 微位移传感器 64
4.7.1 光电式微位移传感器 64
4.7.2 电容式微位移传感器 66
4.7.3 线性可变差动变压器式微位移传感器 67
4.7.4 应变片式微位移传感器 68
4.7.5 电涡流式微位移传感器 70
4.8 电流传感器 75
4.9 陀螺仪 76
4.9.1 液浮陀螺仪 77
4.9.2 激光陀螺仪 78
4.9.3 光纤陀螺仪 79
4.9.4 静电陀螺仪 81
4.9.5 微机械陀螺仪 81
4.9.6 动力调谐陀螺仪 83
4.9.7 陀螺仪的选择 84
4.10 小结 85
第5章 功率放大器 86
5.1 引言 86
5.2 线性功率放大器 87
5.2.1 线性功率放大器OPA548 87
5.2.2 线性功率放大器PA21(A)/PA25(A)/PA26 90
5.3 脉冲功率放大器 93
5.3.1 半桥脉冲功率放大器L293/L293D 93
5.3.2 全桥脉冲功率放大器LMD18245 95
5.3.3 全桥脉冲功率放大器SA03 99
5.3.4 分立元件构建全桥脉冲功率放大器 100
5.3.5 步进电机驱动器THB6064H 101
5.3.6 分立元件构建步进电机驱动器 103
5.4 中间驱动级 103
5.4.1 光电耦合器 103
5.4.2 富士IGBT驱动混合集成模块EXB8×× 104
5.4.3 SKHI系列混合功率驱动模块 107
5.5 Maxon集成功率放大器 111
5.6 小结 115
第6章 伺服控制系统数学建模及误差分析 116
6.1 引言 116
6.2 伺服控制系统机理建模 117
6.2.1 带载直流伺服电动机数学模型 117
6.2.2 带载直流力矩电动机数学模型 119
6.2.3 速度获取差分运算数学模型 119
6.2.4 滤波器数学模型 120
6.2.5 PWM变换器数学模型 126
6.2.6 功率放大器数学模型 127
6.2.7 稳速控制系统数学模型示例 128
6.3 伺服控制系统实验辨识 130
6.3.1 正弦扫频系统数学模型辨识 130
6.3.2 基于伪随机二进制序列的系统数学模型辨识 132
6.4 误差传递与计算 135
6.5 测量元件误差 136
6.6 原理稳态误差 139
6.7 原理动态误差 140
6.8 伺服系统误差分配 143
6.9 小结 143
第7章 光电工程控制系统常用控制算法及其实现 144
7.1 引言 144
7.2 常规PID控制 144
7.3 非线性PID控制 149
7.4 自抗扰控制 162
7.5 频域校正 174
7.5.1 串联频域校正 174
7.5.2 复合校正 188
7.6 神经网络控制 190
7.7 模糊控制 200
7.7.1 模糊控制的数学基础 200
7.7.2 模糊控制器 205
7.7.3 模糊控制器的设计 206
7.8 自适应控制 209
7.9 复合轴控制 210
7.9.1 双通道控制理论 211
7.9.2 双探测器型复合轴控制系统 212
7.9.3 单探测器型复合轴控制系统 214
7.9.4 复合轴控制系统稳定性分析 215
7.9.5 复合轴控制系统响应速度与跟踪精度分析 216
7.10 步进电机加速控制 216
7.11 控制算法的实现 218
7.11.1 模拟控制器 218
7.11.2 数字控制器 220
7.12 小结 223
第8章 光电工程伺服控制系统实例 224
8.1 引言 224
8.2 光电遥感设备通用稳定与跟踪控制系统 224
8.2.1 系统典型技术指标 225
8.2.2 系统组成及工作方式 226
8.2.3 精跟踪分系统参数计算 230
8.2.4 粗跟踪分系统参数计算 238
8.2.5 关键技术及解决措施 241
8.3 精密光电测试设备跟踪控制系统 243
8.3.1 速度环参数计算 244
8.3.2 位置环参数计算 245
8.4 光电摄像记录系统 247
8.5 动基座高精度天线伺服控制系统 256
8.6 激光通信中的复合轴跟踪控制系统 258
8.7 飞行模拟器控制系统 260
8.7.1 系统主要技术指标 260
8.7.2 系统组成 260
8.7.3 主系统控制算法 262
8.8 非平衡负载像面扫描控制系统 264
8.9 航空光电遥感器镜筒的自抗扰控制 276
8.10 基于自适应控制的航空遥感器前向像移补偿系统 288
8.11 动态扫描凝视成像控制系统 294
8.12 小结 301
第9章 伺服控制系统环境适应性、电磁兼容性及可靠性 303
9.1 引言 303
9.2 环境适应性 303
9.3 电磁兼容性 304
9.4 可靠性 309
9.5 小结 312
参考文献 313
附录 318