PLC与步进伺服快速入门与实践

基础篇

第1章 步进电动机及驱动器概述3

1.1 步进电动机的发展3

1.1.1 步进电动机现状3

1.1.2 步进电动机发展趋势4

1.2 步进电动机的分类4

1.2.1 按运动方式分类4

1.2.2 按电动机输出转矩分类6

1.2.3 按转矩产生的工作方式分类6

1.2.4 按励磁组数分类7

1.2.5 按电流极性分类7

1.3 步进电动机驱动器8

1.3.1 驱动器系统组成9

1.3.2 驱动器参数说明9

1.3.3 驱动器使用方法10

1.3.4 驱动器连接电路12

1.4 本章 小结14

第2章 步进电动机工作原理15

2.1 磁阻式步进电动机15

2.1.1 磁阻式步进电动机的结构15

2.1.2 磁阻式步进电动机的运行方式15

2.1.3 小步距角步进电动机18

2.1.4 反应式步进电动机的结构形式19

2.2 永磁式步进电动机20

2.2.1 单定子结构21

2.2.2 两定子结构22

2.3 混合式步进电动机22

2.3.1 永磁感应子式步进电动机的结构22

2.3.2 永磁感应子式步进电动机工作原理23

2.4 特种步进电动机24

2.4.1 特微型永磁步进电动机24

2.4.2 机电混合式步进电动机28

2.4.3 直线和平面步进电动机30

2.5 本章 小结33

第3章 伺服系统34

3.1 伺服系统的发展34

3.1.1 液压及气动伺服系统的发展34

3.1.2 电气伺服系统的发展35

3.2 伺服控制系统结构功能36

3.2.1 伺服系统结构37

3.2.2 伺服系统功能38

3.3 伺服控制系统的组成38

3.3.1 自动控制理论中的伺服系统39

3.3.2 电气控制系统中的伺服设备40

3.3.3 电-液控制系统中的伺服设备40

3.3.4 电-气控制系统中的伺服设备40

3.4 伺服控制系统分类41

3.4.1 按参数特性分类41

3.4.2 按驱动元件类型分类43

3.4.3 按控制原理分类"para" label-module="para">

3.4.4 按机床加工系统分类45

3.5 伺服控制系统的特点46

3.5.1 伺服系统精度46

3.5.2 伺服系统稳定性47

3.5.3 响应及宽调速特性47

3.6 本章 小结47

第4章 伺服系统原理49

4.1 步进式伺服系统原理49

4.1.1 控制脉冲发生器49

4.1.2 环分电路50

4.1.3 驱动电路51

4.1.4 步进电动机52

4.2 电-液伺服系统原理54

4.2.1 伺服阀54

4.2.2 液压马达56

4.2.3 液压缸的基本原理57

4.2.4 反馈传感器58

4.3 气动伺服系统原理59

4.3.1 气动伺服系统构成59

4.3.2 气动伺服系统气路原理59

4.4 直流伺服系统原理60

4.4.1 整流驱动装置原理61

4.4.2 直流PWM伺服驱动装置的工作原理61

4.4.3 直流系统控制电路原理62

4.4.4 测速元件工作原理63

4.5 交流伺服系统原理63

4.5.1 伺服控制单元基本原理64

4.5.2 功率放大单元原理65

4.5.3 感应电动机原理66

4.5.4 反馈元件原理66

4.6 数字伺服系统原理67

4.6.1 控制计算机及接口原理68

4.6.2 模拟低通滤波器原理68

4.6.3 自整角机-数字转换器原理69

4.7 本章 小结70

提高篇

第5章 步进电动机系统设计73

5.1 步进电动机特性73

5.1.1 静态特性73

5.1.2 运行特性77

5.1.3 频率特性81

5.1.4 机械谐振与阻尼特性84

5.1.5 步距误差特性87

5.2 控制系统87

5.2.1 开环系统88

5.2.2 闭环系统90

5.3 参数测试90

5.3.1 静态参数测试90

5.3.2 动态参数测试95

5.4 参数选型97

5.4.1 参数估算97

5.4.2 参数设定101

5.5 数学模型105

5.5.1 状态变量与传递函数105

5.5.2 动态特性模型115

5.5.3 加减速模型122

5.6 振动与噪声及阻尼处理124

5.6.1 振荡和失步125

5.6.2 振荡和噪声126

5.6.3 低频振荡的抑制126

5.7 本章 小结129

第6章 伺服系统设计130

6.1 伺服系统需求分析130

6.1.1 伺服系统需求130

6.1.2 伺服系统优点131

6.1.3 伺服系统技术要求131

6.2 伺服系统总体方案设计132

6.2.1 伺服系统总体方案初步制订132

6.2.2 伺服系统稳态设计133

6.2.3 建立系统数学模型及动态设计133

6.3 电-液伺服系统分析与设计134

6.3.1 电-液伺服系统总体方案设计134

6.3.2 电-液伺服系统稳态设计135

6.3.3 电-液伺服系统数学模型140

6.3.4 电-液伺服系统动态分析142

6.4 气动伺服系统设计143

6.4.1 气动伺服系统总体方案设计143

6.4.2 气动伺服系统稳态设计146

6.4.3 气动伺服系统数学模型150

6.4.4 气动系统动态分析152

6.5 直流伺服系统设计152

6.5.1 直流伺服系统整体设计152

6.5.2 直流伺服系统稳态设计153

6.5.3 直流伺服系统数学模型161

6.5.4 直流伺服的动态分析设计163

6.6 交流伺服系统设计164

6.6.1 交流伺服系统总体设计164

6.6.2 交流伺服系统稳态设计165

6.6.3 交流伺服系统动态数学模型175

6.6.4 交流伺服系统动态分析178

6.7 全数字伺服系统178

6.7.1 全数字伺服系统总体设计178

6.7.2 全数字伺服系统稳态设计180

6.7.3 数字控制程序设计189

6.8 本章 小结189

实践篇

第7章 西门子工程常用步进电动机控制实例193

7.1 S7-200PLC驱动步进电动机实例193

7.1.1 S7-200PLC下步进电动机控制系统功能说明193

7.1.2 系统硬件选型与搭建194

7.1.3 电气控制原理图197

7.1.4 系统软件程序设计199

7.2 S7-300PLC驱动步进电动机实例201

7.2.1 S7-300PLC下步进电动机控制系统功能说明202

7.2.2 系统硬件选型与搭建203

7.2.3 电气控制原理图205

7.2.4 系统软件程序设计206

7.3 工控机驱动步进电动机实例211

7.3.1 工控机控制下步进电动机控制系统功能说明211

7.3.2 系统硬件选型与搭建212

7.3.3 电气控制原理图213

7.3.4 系统软件程序设计214

7.4 本章 小结215

第8章 三菱步进伺服系统的控制应用技术216

8.1 三菱伺服系统模块组成216

8.1.1 MR-J2S-A伺服驱动器结构与功能216

8.1.2 伺服电动机原理及其功能219

8.2 三菱交流伺服系统各端子功能以及内部电路220

8.2.1 三菱交流伺服系统外围接线221

8.2.2 三菱交流伺服系统各端子及功能说明222

8.2.3 三菱伺服系统接口说明223

8.3 三菱伺服系统的工作模式227

8.3.1 三菱MR-J2S-A伺服系统位置控制模式228

8.3.2 三菱MR-J2S-A伺服系统速度控制模式234

8.3.3 三菱MR-J2S-A伺服系统转矩控制模式237

8.4 三菱伺服系统的设计238

8.4.1 三菱MR-J2S-A伺服系统控制模式选择239

8.4.2 三菱伺服电动机型号选择240

8.4.3 三菱伺服系统其他配件规格选择248

8.4.4 三菱伺服电气接线图250

8.4.5 三菱伺服软件选择255

8.4.6 三菱伺服系统MR-J2S-A基本参数设置255

8.5 本章 小结259

第9章 步进伺服系统综合应用实例260

9.1 西门子数控伺服系统在轧辊车床的应用260

9.1.1 西门子840D数控伺服系统及轧辊车床基本概念260

9.1.2 西门子840D数控伺服系统硬件配置263

9.1.3 基于西门子840D系统的轧辊车床软件配置277

9.2 电液伺服系统在仿形铣床上的典型应用288

9.2.1 仿形铣床的基本概念288

9.2.2 电-液伺服系统下仿形铣床的基本参数290

9.2.3 仿形铣床的基本控制方式292

9.2.4 数字随动铣床293

9.2.5 液压伺服下仿形铣床的检修方式294

9.3 基于DSP的混合式步进电动机伺服系统296

9.3.1 基于DSP的混合式步进电动机系统功能说明296

9.3.2 系统硬件设计297

9.3.3 系统软件设计305

9.4 本章 小结317

《PLC与步进伺服快速入门与实践》从工程应用角度出发，首先介绍步进与伺服的基础知识，包括步进电动机和伺服系统的概念及其工作原理，然后详细介绍三菱、西门子等品牌步进电动机与伺服系统及其功能，最后通过多个实例，深入浅出地讲解步进与伺服在工程实践中的应用方法。书中的每个实例均详细地给出了设计思路、设计步骤以及程序代码。《PLC与步进伺服快速入门与实践》可作为PLC步进与伺服工程人员的自学工具书，也可作为大专院校电气工程及自动化、工业自动化、应用电子、计算机应用、机电一体化及其他相关专业的参考用书。

本书从工程应用角度出发，首先介绍PLC步进与伺服的基础知识，包括步进电机和伺服系统的概念及工作原理。然后详细介绍三菱、西门子等品 牌步进电机与伺服系统及其功能。之后通过多个具体实例，深入浅出地讲解步进与伺服在工程实践中的应用过程，书中的每个实例均详细给出了设计思路、设计步骤及程序代码。

本书可以作为自学PLC步进与伺服工程人员的工具书，也可作为大专院校电气工程及自动化、工业自动化、应用电子、计算机应用、机电一体化及其他相关专业的参考用书。

《PLC与变频器快速入门与实践》介绍了变频器调速及控制等基础知识，讲解了PLC功能指令、模块和变频器调速系统设计方法，结合具体工程实例讲解了PLC和变频器控制系统的设计方法。《PLC与变频器快速入门与实践》内容全面、条理清晰、实例丰富，可供读者自学PLC编程和变频器应用使用，也可作为大专院校相关专业的参考用书。《PLC与变频器快速入门与实践》有助于读者快速掌握PLC和变频器控制原理，完成高质量的控制系统设计。

《PLC、变频器入门知识与实践课堂》是一本介绍PLC、变频器的图书，主要内容有PLC简介、PLC组成与原理、PLC编程软件的使用与应用系统的开发、基本指令及应用、步进指令及应用、功能指令及应用、变频器的结构与原理、变频器的使用，以及变频器的选用、安装与维护等内容。

为了让初学者通过阅读木书就能轻松快速地掌握PLC和变频器，《PLC、变频器入门知识与实践课堂》在章节内容安排上按照循序渐进的原则，在语言表达上注重通俗易懂，在形式上采用了大量的表格和图片，另外，在书的重和关键内容上采用了粗体和阴影处理，以让读者能掌握并记住这些内容。