机电伺服控制系统设计基础

目录 第1章 机电伺服控制系统概述 1 1.1 电机驱动控制技术的发展 2 1.1.1 交流电动机 3 1.1.2 功率变换器 4 1.1.3 传感器 5 1.1.4 嵌入式控制器 6 1.2 机电伺服控制系统组成 8 1.3 机电伺服控制系统中常见的问题 8 1.4 小结 10 复习思考题 10 第2章 交流永磁同步电机及基本控制方法 11 2.1 永磁同步电机的结构及特点 11 2.1.1 永磁同步电机的结构和工作原理 11 2.1.2 永磁同步电机的特点 12 2.2 永磁同步电机的基本控制方法 12 2.2.1 永磁同步电机的数学模型 12 2.2.2 磁场定向矢量控制原理 15 2.2.3 空间矢量脉宽调制方法 20 2.3 永磁同步电机调速系统仿真 25 2.3.1 永磁同步电机的Simulink仿真方法 25 2.3.2 永磁同步电机的仿真举例 30 2.4 小结 35 复习思考题 35 第3章 永磁同步电机驱动控制硬件设计 36 3.1 永磁同步电机硬件驱动电路设计 36 3.2 永磁同步电机矢量控制电路设计 48 3.3 小结 53 复习思考题 53 第4章 机电伺服控制系统建模 54 4.1 机电伺服控制系统机械结构仿真建模 54 4.1.1 机械谐振 54 4.1.2 弹簧质量模型 55 4.1.3 机械谐振频率的影响因素 58 4.1.4 机械谐振对伺服控制系统的影响及仿真分析 62 4.2 机电伺服控制系统模型辨识 65 4.2.1 机电伺服控制系统频率特性测试 66 4.2.2 机电伺服控制系统模型辨识方法 68 4.2.3 机电伺服控制系统模型辨识举例 71 4.3 小结 74 复习思考题 75 第5章 机电伺服控制系统设计 76 5.1 机电伺服控制系统控制器设计 76 5.1.1 电流控制器设计 76 5.1.2 速度控制器设计 79 5.1.3 位置控制器设计 89 5.2 机电伺服控制系统数字实现 94 5.2.1 数字离散化方法 94 5.2.2 控制器数字离散化 96 5.3 机电伺服控制系统数字滤波技术 97 5.3.1 算术平均值滤波技术 97 5.3.2 移动平均滤波技术 98 5.3.3 防脉冲干扰平均滤波技术 98 5.3.4 数字低通滤波技术 98 5.3.5 伪微分数字低通滤波技术 99 5.4 机电伺服控制系统陷波器设计 100 5.4.1 陷波器原理 100 5.4.2 陷波器设计方法 100 5.4.3 陷波器对闭环控制的影响分析 103 5.4.4 陷波器应用实例 105 5.5 小结 108 复习思考题 108 第6章 机电伺服控制系统性能优化方法 109 6.1 前馈控制 109 6.1.1 前馈控制原理 109 6.1.2 前馈控制对伺服控制系统的影响分析 110 6.1.3 前馈控制仿真举例 111 6.2 速度滞后补偿控制 113 6.2.1 速度滞后补偿控制原理 113 6.2.2 速度滞后补偿控制对伺服控制系统的影响分析 114 6.2.3 速度滞后补偿控制仿真举例 115 6.3 加速度滞后补偿控制 118 6.3.1 加速度滞后补偿控制原理 118 6.3.2 加速度滞后补偿控制对伺服控制系统的影响分析 119 6.3.3 加速度滞后补偿控制仿真举例 120 6.4 加速度反馈控制 122 6.4.1 加速度反馈控制原理 122 6.4.2 加速度反馈控制对伺服控制系统的影响分析 124 6.4.3 加速度反馈控制仿真举例 126 6.5 小结 127 复习思考题 128 第7章 机电伺服控制系统饱和非线性控制 129 7.1 积分饱和问题 129 7.2 抗积分饱和控制方法 131 7.2.1 条件积分法 131 7.2.2 反计算法 132 7.2.3 新型抗积分饱和控制方法 133 7.2.4 抗积分饱和控制仿真举例 134 7.3 位置指令修正方法 136 7.3.1 位置指令修正器原理 137 7.3.2 基于闭环反馈控制的指令修正器 137 7.3.3 基于*优时间控制的指令修正器 139 7.3.4 基于多项式的指令修正器 141 7.3.5 位置指令修正器仿真举例 143 7.4 小结 149 复习思考题 149 第8章 目标轨迹预测滤波技术 150 8.1 脱靶量滞后与目标轨迹预测 150 8.1.1 脱靶量滞后的影响 150 8.1.2 目标轨迹预测 151 8.2 基于卡尔曼滤波法的目标轨迹预测 151 8.2.1 目标运动模型 152 8.2.2 卡尔曼滤波法及轨迹预测 155 8.2.3 基于卡尔曼滤波法的目标轨迹预测仿真举例 157 8.3 基于跟踪微分器的目标轨迹预测 162 8.3.1 跟踪微分器 163 8.3.2 预测外推及轨迹预测 166 8.3.3 基于跟踪微分器的目标轨迹预测仿真举例 166 8.4 小结 168 复习思考题 168 参考文献 169 复习思考题答案 171