編輯推薦

將進給驅動伺服係統中的電氣驅動部分和後接的機械傳動部分作為一個整體來研究

內容簡介

本書全麵係統地闡述瞭現代數控機床*新采用的交流永磁同步電動機（PMSM和PMLSM）進給驅動伺服係統。第1~6章概括介紹瞭伺服係統的一些基本概念,係統的結構、組成及分類，重點介紹瞭PMSM本體的基本結構、係統的工作原理、各主要環節的設計等相關內容。第7章指齣瞭PMSM（PMLSM）伺服係統有彆於其他類係統的一些特殊問題。第8章對PMSM電氣閉環伺服係統的穩定性與快速性進行瞭時域和頻域分析，並對三階和多軸係統增益進行瞭性能設計，繼而對與其相連接的機械傳動部件的特性作瞭相應介紹。第9章介紹瞭新一代PC數控係統，其中包括數控加工軌跡的插補原理及方法； 著重介紹瞭實現軌跡控製原理及方法； 以及在高速高精度軌跡控製中的高級方法，如前瞻控製、jerk限製等。在附錄中，初步介紹瞭jerk的力學定義及在國內外的研發、應用情況。
本書可作為高等院校電氣工程、自動化、電力電子與電力傳動、機械工程等專業的研究生和高年級本科生的教學用書或參考書，也特彆適閤從事電機驅動控製、數控等工程技術人員研發設計時參考。

目錄

目錄

第1章伺服係統概述

1.1伺服係統的基本概念

1.1.1伺服係統的定義

1.1.2伺服係統發展迴顧

1.1.3伺服係統的組成

1.2對伺服係統的基本要求

1.2.1穩定性好

1.2.2動態特性快速精準

1.2.3穩態特性平穩無差

1.3伺服係統的分類

1.3.1按調節理論分類

1.3.2按使用執行元件分類

1.3.3按係統信號特點分類

1.3.4按係統部件輸入�彩涑鎏匭圓煌�分類

1.4伺服係統的發展曆程

1.5交流伺服係統的組成

1.5.1交流伺服電動機

1.5.2功率放大變換器

1.5.3傳感器

1.5.4控製器

1.6伺服係統的典型輸入信號

第2章鏇轉式永磁同步伺服電機（PMSM）控製係統

2.1鏇轉式永磁同步伺服電機控製係統的組成

2.2鏇轉式永磁同步伺服電機的結構與基本工作原理

2.3鏇轉式永磁同步伺服電機的數學模型

2.3.1為簡化數學模型要做的一些假設

2.3.2定子電壓方程

2.3.3轉矩方程和運動方程

2.3.4狀態方程

2.4鏇轉式永磁同步伺服電機矢量控製原理

2.5鏇轉式交流永磁同步電機矢量控製係統設計

2.5.1狀態方程與控製框圖

2.5.2解耦控製與坐標變換的實現

2.5.3電流實現反饋綫性化控製

2.5.4速度控製器設計

2.5.5位置控製器設計

第3章伺服驅動的負載機械特性

3.1鏇轉體的運動方程

3.2負載的轉矩特性

3.3幾種典型的非綫性現象

3.3.1現象分析

3.3.2飽和現象研究

3.3.3間隙現象的討論

3.3.4摩擦分析

3.4機械諧振

3.5機械剛度與伺服剛度

3.6機械負載的摺算與匹配

第4章永磁直綫同步電動機（PMLSM）伺服係統

4.1直綫電動機的發展和應用簡述

4.2永磁直綫同步伺服電動機

4.2.1直綫電動機直接驅動實現“零傳動”鏈

4.2.2永磁直綫同步電動機的基本結構

4.2.3永磁直綫同步電動機的基本工作原理

4.2.4永磁直綫同步電動機的端部效應

4.3永磁直綫同步電動機的齒槽定位力及其削弱

4.4永磁直綫同步電動機的紋波力及其削弱

4.5直綫電動機在機床上應用發展緩慢的原因分析

第5章交流伺服係統常用傳感器

5.1概述

5.2光電編碼器

5.2.1增量式光電編碼器

5.2.2絕對式光電編碼器

5.2.3混閤式光電編碼器

5.3鏇轉變壓器

5.4光柵

5.4.1直綫式透射光柵

5.4.2莫爾條紋式光柵

5.4.3光柵檢測裝置

5.5加速度傳感器

5.6電流傳感器

第6章交流伺服係統的功率變換電路

6.1交流伺服係統功率變換主電路的構成

6.2功率變換主電路的設計

6.2.1整流電路的設計

6.2.2濾波電路的設計

6.2.3逆變電路的設計

6.2.4緩衝電路的設計

6.2.5製動電路的設計

6.3PWM控製技術

6.3.1SPWM控製技術

6.3.2電流跟蹤型PWM控製技術

第7章PMSM(PMLSM)伺服驅動係統若乾特殊問題

7.1永磁同步電動機的d、q軸數學模型

7.1.1永磁同步電動機的d、q軸基本數學模型

7.1.2計及鐵損時PMSM的d、q軸數學模型

7.2關於轉子磁極初始位置的檢測

7.3永磁同步伺服電動機的弱磁控製問題

7.4正弦波永磁同步電動機的矢量控製方法

7.4.1id=0控製

7.4.2最大轉矩電流比控製

7.4.3最大轉矩磁鏈比控製（最大轉矩電動勢比控製）

7.4.4功率因數cosφ=1控製

7.4.5最大效率控製

7.4.6永磁同步電動機的參數與其輸齣極限

7.4.7實際定子電流響應的延遲作用影響

第8章數控機床進給驅動伺服係統

8.1數控機床的坐標軸規定

8．2對數控機床進給驅動伺服係統的要求

8．2．1對進給驅動伺服係統的基本要求

8．2．2數控機床進給驅動伺服係統的要求

8．3進給驅動伺服係統的組成及其數學模型

8．4進給驅動伺服係統的動態響應特性與伺服性能分析

8．4．1時間響應特性

8．4．2頻率響應特性

8．4．3穩定性分析

8．4．4快速性分析

8．4．5伺服精度與伺服剛度

8．5進給驅動伺服係統的係統增益設計

8．5．1一個三階進給驅動伺服係統的係統增益設計

8．5．2多軸係統的係統增益設計

8．6電機驅動部件的設計

8．6．1靜態設計

8．6．2動態設計

8．7機械傳動部件的設計

8．7．1概述

8．7．2機械傳動部件的諧振頻率

8．7．3轉動慣量

8．7．4機械傳動部件的剛度

8．7．5阻尼比

8．7．6機械傳動部件中的非綫性因素

8．7．7工作颱導軌

8．7．8滾珠絲杠螺母傳動裝置

8．7．9滾珠絲杠支承專用軸承的選用

第9章PC數控的軌跡插補與控製原理及實現方法

9．1何謂PC數控

9．2PC控製加工過程的基本原理

9．2．1PC數控加工的基本概念

9．2．2PC數控加工的實現過程

9．3PC數控的軌跡插補原理

9．3．1PC數控軌跡插補的基本原理

9．3．2PC數控軌跡插補的基本方法

9．3．3PC數控的高速采樣插補方法

9．3．4PC數控的柔性加減速控製方法

9．4PC數控的軌跡控製原理與方法

9．4．1PC數控軌跡控製的基本原理

9．4．2PC數控的連續運動控製

9．4．3PC數控的數字化連續運動控製

9．5PC數控提高軌跡精度的控製方法

9．5．1什麼是精密加工

9．5．2進給軸跟隨誤差對軌跡精度的影響

9．5．3高速PC數控的軌跡前瞻控製方法

9．5．4從控製角度看提高閤成軌跡精度的途徑

9．5．5軌跡誤差增益匹配控製方法

9．5．6軌跡誤差交叉耦閤控製方法

9．5．7軌跡誤差預測補償控製方法

9．5．8軌跡誤差的仿真學習控製方法

附錄加加速度jerk簡介

參考文獻

精彩書摘

第3章伺服驅動的負載機械特性
3.1鏇轉體的運動方程
目前，在機電一體化産品與伺服係統中，廣泛使用交流伺服電動機驅動。對於一個機電一體化産品的設計者來說，不僅需要充分瞭解交流伺服電動機的特性，而且需要深入瞭解被驅動對象——機械裝置的特性，並將交流伺服電動機和被驅動機械裝置統一考慮，纔能設計齣品質優良的機電一體化産品。
在選擇交流伺服電動機時，首先必須瞭解被驅動機械所要實現的各種運動，瞭解整個機械裝置的工作過程，看看對交流伺服電動機驅動係統究竟提齣瞭哪些要求，以此作為選擇交流伺服電動機的依據。因此，有必要充分理解驅動對象的機械特性及其力學性質。
首先，以交流伺服電動機為例加以說明。
1. 轉速
伺服電動機的轉速是指其轉子的鏇轉速度，以單位時間內轉過的角度(rad/s)，或單位時間內的轉數(r/min)來錶示。

這種在單位時間裏角度θ的變化稱為角速度Ω，二者之間的關係為


Ω=dθdt(rad/s)(3��1)


當用電動機轉速n來錶示時，則


Ω=2πn(rad/s)(3��2)


現在，來考慮直綫運動和鏇轉運動之間的關係。直綫運動的綫速度v是指單位時間裏運動體所移動的距離s(m)。若鏇轉半徑為r(m)，角速度為Ω(rad/s)，則綫速度和角速度之間的關係為


v=Ωr(m/s)(3��3)

前言/序言

前言
現代數控機床是集當今各個領域高新技術於一體的工作母機，它是一個國傢綜閤國力的衡量與象徵，成為國傢的一項重要戰略物資。而其中的進給驅動伺服係統又是數控機床關鍵的組成部分之一，它對數控機床的加工精度、生産效率具有決定性的影響。而且它本身也涉及許多技術領域，雖經過半個多世紀的發展、幾代的更替，但在理論上和實踐方麵仍有許多問題還在繼續深入探討中。本書結閤當前國內外的相關文獻，特彆是書後所列參考文獻［1��6］，根據作者本人在教學與科研活動中的經驗總結和學習體會，編寫此書用於教學，並希望在齣版後與讀者交流，提高本人的認識水平，能為中國早日成為製造強國作微薄貢獻。
在當前，進給係統中所采用的電氣執行元件雖有多種，並且各具特點，都找到瞭最適於其應用的場閤，但綜觀當前與未來發展來看，唯有PMSM（包括PMLSM）以其優良的伺服性能而成為首選。
本書在選材上，首先注意到瞭進給驅動伺服係統的完整性。過去往往專注於進給係統電氣驅動部分的講述，而忽略瞭進給係統中的機械傳動部件的特性分析、設計、選用以及對前級電氣驅動部分的影響。本書學習瞭文獻［1,3］的做法，完善瞭整個進給裝置的電氣驅動�不�械傳動過程的統一描述。其次，也是更重要的一點，在選材上特彆注意內容的先進性與前瞻性。文獻［2］站在當前PC數控係統最新發展的基礎上，把數控加工原理的本質概括為“分解與閤成”。本書講述進給驅動係統，應該交代坐標運動控製係統位置指令的由來，不準備討論各種插補算法，但對插補器的輸齣作為位置進給坐標運動係統的輸入指令還是需要瞭解的。所以，本書對軌跡插補，特彆是有關軌跡控製的原理、實現方法的相關內容以及提高軌跡精度的各種方法，特彆是前瞻控製等高級控製方法、限製與控製jerk等都做瞭較詳細的介紹。文獻［4,15］對PMSM與PMLSM的具體結構、工作原理、齒槽及諧波擾動等問題做瞭詳細介紹，文獻［5,6,8,11��14］等所述相關內容對本書亦有很多的裨益，書後各篇重要刊物上發錶的學術論文所提供的思想都對本書有很大的啓發。在此，非常感謝國內著名的數控專傢、學者、前輩們所齣版的著作對本書所作齣的貢獻和瀋陽機床集團專傢們的鼓勵和支持。
最後，感謝郭慶鼎教授對本書提齣瞭許多寶貴的修改意見，糾正瞭許多失當之處，對此作者銘記在心。同時還要感謝趙久威碩士在查找資料、繪製圖形、打字修改等諸多方麵所給予的幫助。
由於本人水平有限，臨近付梓之時，心緒難訴，深感“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。由於本人缺乏數控工程方麵的實踐，書中謬誤之處在所難免，懇請各位專傢、學者不吝賜教，也望諸位用書的讀者指正。
作者2017年7月於瀋陽