交流伺服电机及其控制技术

可供高等院校电气工程及其自动化专业本科生、研究生作为教材或参考书使用，也可供科研院所、厂矿企业从事自动化技术的科技工作者参考使用。

《交流伺服电机及其控制》全面、系统、深入地阐述了交流伺服系统的工作原理、组成及设计方法。《交流伺服电机及其控制》第1章介绍了伺服系统的概念、发展过程以及交流伺服系统的构成、分类、性能指标、发展趋势;第2章介绍了感应电机伺服控制系统;第3章介绍了永磁同步电机伺服控制系统;第4章介绍了交流伺服控制系统功率变换电路;第5章介绍了伺服系统常用传感器的工作原理;第6章介绍了交流伺服系统常用的控制策略;第7章介绍了直接驱动交流伺服系统;第8章介绍了直线交流伺服系统。

自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、材料技术、传感器技术、电力电子技术、微电子技术、控制技术以及计算机技术等支撑技术的快速发展，伺服控制技术取得了巨大的进步。尤其是矢量控制技术的发展，使得交流电机高动态响应的转矩控制得以实现，极大地提高了交流伺服系统的性能，从而使得交流伺服系统的电机控制复杂、控制特性差等问题的解决取得了突破性的进展。交流伺服系统在各种应用领域充分展现了高精度、高动态性能、高可靠性、高效率、体积小、重量轻等突出的优势。

前言

第1章 伺服系统概述

1.1 伺服系统的基本概念

1.1.1 伺服系统的定义

1.1.2 伺服系统的组成

1.1.3 伺服系统性能的基本要求

1.1.4 伺服系统的种类

1.2 伺服系统的发展过程

l.3 交流伺服系统的构成

1.3.1 交流伺服电机

1.3.2 功率变换器

1.3.3 传感器

1.3.4 控制器

1.4 交流伺服系统的分类

1.4.1 按伺服系统控制信号的处理方法分类

1.4.2 按伺服系统的控制方式分类

1.5 交流伺服系统的常用性能指标

1.6 伺服系统的发展趋势

第2章 感应电机伺服控制系统

2.1 感应电机伺服控制系统的构成

2.2 感应电机的数学模型与坐标变换

2.2.1 矢量控制的基本思路

2.2.2 在三相静止坐标系下感应电机的数学模型

2.2.3 坐标变换

2.3 感应电机的矢量控制

2.3.1 转子磁场定向M-T坐标系中的基本方程

2.3.2 转差频率控制

2.3.3 解耦控制

2.3.4 磁通与电流控制

2.3.5 坐标变换的实现

2.3.6 弱磁控制

2.3.7 M-T坐标系下感应电机矢量控制伺服系统的构成

2.4 伺服控制感应电机的等效直流电机常数

2.4.1 伺服控制感应电机的等效电路

2.4.2 伺服控制感应电机的等效直流电机常数

2.4.3 伺服控制感应电机的特性框图与时间常数

2.5 关于感应电机的直接转矩控制

第3章 永磁同步电机伺服控制系统

3.1 咏磁同步电机伺服控制系统的构成

3.2 永磁同步电机的结构与工作原理

3.3 永磁同步电机的数学模型

3.3.1 永磁同步电机的基本方程

3.3.2 永磁同步电机的d、q轴数学模型

3.4 tqE弦波永磁同步电机的矢量控制方法

3.4.1 i=0控制

3.4.2 最大转矩控制

3.4 ，3弱磁控制

3.4.4 cos=1控制

3.4.5 最大效率控制

3.4.6 永磁同步电机的参数与输出范围

3.5 交流伺服电机的矢量控制系统

3.5.1 状态方程与控制框图

3.5.2 解耦控制与坐标变换的实现

3.5.3 电流控制器的分析与设计

3.5.4 速度控制器的设计

3.5.5 位置控制器的设计

3.5.6 d-q坐标系下永磁同步伺服电机矢量控制系统的构成

3.6 永磁同步伺服电机的设计要点

3.6.1 电机主要尺寸的确定

3.6.2 电动势的正弦化设计

3.6.3 定位转矩的抑制技术

第4章 交流伺服系统的功率变换电路

4.1 交流伺服系统功率变换主电路的构成

4.2 功率开关器件

4.2.1 功率晶体管(GTR)

4.2.2 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)

4.2.3 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)

4.3 功率变换主电路的设计

4.3.1 逆变电路的设计

4.3.2 缓冲电路的设计

4.3.3 整流电路的设计

4.3.4 滤波电路的设计

4.3.5 制动电路的设计

4.4 PWM控制技术

4.4.1 正弦波脉宽调制(s;PWM)控制技术

4.4.2 t电流跟踪型PWM控制技术

4.4.3 电压空间矢量PWM控制技术

第5章 交流伺服系统常用的传感器

5.1 位置传感器

5.1.1 旋转变压器

5.1.2 感应同步器

5.1.3 旋转变压器、数字转换器

5.1.4 光电编码器

5.1.5 磁性编码器

5.1.6 几种传感器的对比

5.2 速度传感器

5.2.1 测速发电机

5.2.2 数字转速传感器

5.3 电流传感器

5.3.1 霍尔电流传感器

5.3.2 电流检测IC

5.3.3 电阻+绝缘放大器

5.4 电压传感器

5.5 温度传感器

第6章 交流伺服系统常用的控制策略

6.1 基于滞回单元的有限时间整定控制

6.1.1 基于滞回单元的有限时间整定控制的原理

6.1.2 滞回(HYS)单元

6.2 非线性规范模型跟踪控制

6.2.1 非线性规范模型跟踪控制的原理

6.2.2 鲁棒补偿器的设计

6.3 2自由度控制

6.3.1 2自由度控制系统的定义

6.3.2 2自由度控制系统的结构形式

6.3.3 2自由度控制系统的设计

6.3.4 2自由度PID控制

6.4 H控制

6.4.1 交流伺服系统的灵敏度函数和补灵敏度函数

6.4.2 H混合灵敏度问题

6.4.3 加权函数的选择及H鲁棒控制器的设计

6.5 自适应控制

6.5.1 自校正控制系统(STCS)

6.5.2 模型参考自适应控制系统(MRACS)

6.6 滑模变结构控制

6.6.1 滑模变结构控制原理

6.6.2 滑模变结构控制的基本设计方法

6.7 智能控制

6.7.1 专家系统及专家控制

6.7.2 模糊控制

6.7.3 神经网络控制

6.7.4 学习控制

6.7.5 预测控制

6.8 交流伺服电机的高性能控制--机械谐振系统的振动控制

6.8.1 控制对象及问题的提出

6.8.2 谐振的各种控制方法

第7章 直接驱动交流伺服系统

7.1 概述

7.2 直接驱动伺服系统

7.2.1 直接驱动伺服系统的特点

7.2.2 直接驱动伺服电机应具备的特性

7.2.3 直接驱动伺服电机的结构及安装形式

7.2.4 直接驱动伺服电机的分类

7.3 直接驱动交流伺服电机的研究与发展

7.3.1 电磁型直接驱动交流伺服电机

7.3.2 动电型直接驱动交流伺服电机

7.4 关于直接驱动伺服电动机的控制策略

7.5 直接驱动伺服电机的发展方向分析

第8章 直线交流伺服系统

8.1 概述

8.2 直线电动机的工作原理

8.3 直线电动机的分类

8.3.1 按结构型式分类

8.3.2 按功能用途分类

8.3.3 按工作原理分类

8.4 直线感应电机技术

8.4.1 直线感应电动机的基本结构

8.4.2 直线感应电动机的基本工作原理

8.4.3 直线感应电机的基本特性

8.4.4 直线感应电机的矢量控制

8.5 直线永磁同步电机

8.5.1 直线永磁同步电机的基本结构

8.5.2 直线永磁同步电机的基本工作原理

8.5.3 直线永磁同步电机的分类

8.5.4 直线永磁同步电机的轴数学模型

8.6 高频响、短行程直线伺服电机

8.6.1 直流型高频响、短行程直线伺服电机

8.6.2 磁阻型高频响、短行程直线伺服电机

8.7 直线步进电动机

8.7.1 直线步进电动机的工作原理

8.7.2 直线步进电动机的结构分析

8.8 关于直线交流伺服电机的控制策略

8.8.1 传统的控制策略

8.8.2 现代控制策略

8.8.3 智能控制策略

8.9 高速机床直线电机进给伺服系统

8.9.1 直线电机直接驱动的优点

8.9.2 直线电机直接驱动存在的关键技术问题

8.9.3 直线交流伺服电机系统的主要指标及参数

8.9.4 直线电机伺服系统的发展趋势

附录

附录A 直流伺服电机的主要用语与定义

附录B 永磁同步伺服电机参数的等效直流电机换算

参考文献