现代直流伺服控制系统的设计与技术实现

现代直流伺服控制技术及其系统设计 目 录 代序言 前 言 第1章 绪论 1直流伺服控制技术的发展 2现代直流PWM伺服驱动技术的发展 2.1国内外发展概况 2.2直流PWM伺服驱动装置的工作 原理和特点 2.3功率控制元件的应用及控制 电路集成化 2.4PWM系统发展中待研究的 问题 3现代伺服控制技术展望 第2章 不可逆直流PWM系统 1无制动状态的不可逆PWM系统 1.1电流连续时PWM系统控制特性 分析 1.2电流断续时PWM系统控制特性 分析 2带制动回路的不可逆PWM 系统 第3章 可逆直流PWM系统 1双极模式可逆PWM系统 1.1T型双极模式PWM控制 原理 1.2H型双极模式PWM控制 原理 1.3双极模式PWM控制特性 分析 2单极模式可逆PWM系统 2.1H型单极模式同频可逆PWM 控制 2.2H型单极模式倍频可逆PWM 控制 3受限单极模式可逆PWM 系统 3.1受限单极模式同频可逆PWM 控制系统 3.2工作特性的定量分析 3.3计算机辅助分析 3.4受限单极模式倍频可逆PWM 控制 4控制方案的对比 第4章 PWM功率转换电路设计 1PWM功率转换用GTR 1.1开关特性 1.2GTR的功率损耗及PWM功率 转换电路对其特性的要求 1.3GTR存储时间对PWM系统的 影响 2GTR的损坏和保护 2.1GTR的耐压与损坏 2.2GTR的二次击穿和安全 工作区 2.3GTR暂态保护 3达林顿复合型功率模块的 应用 3.1复合型达林顿模块的电路 结构 3.2达林顿模块作为开关使用 3.3达林顿模块并行驱动 3.4达林顿模块的应用 4缓冲器设计和负载线整形 4.1缓冲器的必要性 4.2负载线分析 4.3在PWM系统中的缓冲器设计 举例 第5章 PWM系统控制电路 1脉宽调制器的一般特性及电路 1.1脉宽调制器的一般特性 1.2恒频波形发生器 1.3脉宽调制器 2保护型脉宽调制及脉冲分配电路 2.1双门限延迟比较的V/W电路 2.2二极管电桥反馈式窗口V/W 电路 2.3具有阻容延迟的PWM变换电路 2.4脉冲分配逻辑延时电路 3保护电路 3.1电流保护型式与特点 3.2保护电流的实时取样和霍尔效应电流 检测装置设计 3.3欠电压、过电压保护 3.4瞬时停电保护 3.5保护电路举例 4基极驱动电路 4.1基极恒流驱动 4.2基极电流自适应驱动电路 4.3自保护型基极驱动电路 4.4典型基极驱动电路 5控制电路集成化、模块化 5.1一种新型SG1731型PWM集成 电路 5.2晶体管驱动模块简介 5.3应用举例 第6章 PWM系统工程设计中的有关 问题 1功率转换电路供电电源的设计 问题 1.1泵升电压对功率转换电路及供电电源 的影响 1.2PWM系统中的反馈能量 1.3反馈能量的存储及其耗散 2PWM系统电流波形系数与电动机的有效出 力 3PWM开关频率的选择 4电枢回路附加电感的设计原则 5浪涌电流和电压抑制 5.1合闸浪涌电流的抑制 5.2浪涌电压吸收 第7章 PWM系统电磁兼容性设计 1电磁干扰模型分析和干扰传递 1.1干扰源 1.2敏感单元 1.3干扰传递方式 2抑制或消除干扰的方法 2.1PWM功率转换电路中GTR开关干 扰源抑制 2.2元器件的合理布局与布线 2.3接地设计 2.4屏蔽与隔离 2.5滤波 3PWM系统电磁兼容性设计导则 3.1电源 3.2电动机 3.3GTR固态开关 3.4开关控制器件 3.5模拟电路 3.6数字电路 3.7微型计算机 第8章 现代直流伺服控制元件与 线路 1直流伺服电动机 1.1对直流伺服电动机的要求 1.2直流伺服电动机的分类 1.3直流伺服电动机的数学模型 1.4直流伺服电动机开环驱动的稳态和 动态特性 1.5直流伺服电动机具有速度反馈驱动的 动态特性 2测速元件与电路 2.1模拟测速元件——直流测速 发电机 2.2数字测速元件——光电脉冲 测速机 2.3光电脉冲测速机在模拟速度闭环中 的应用 3位置测量元件与其轴角编码 3.1正余弦旋转变压器及其轴角编码 3.2同步机及其轴角编码 3.3感应同步器及其轴角编码 3.4数字/分解器（D/R）转换 3.5用单片微处理机实现轴角/数字 转换 4模块化轴角/数字转换器及转换器 系统的设计与应用 4.1模块化自整角机/旋转变压器－数字 转换器的工作原理 4.2模块化轴角/数字转换器的选用和 系统设计中的有关问题 4.3模块化转换器的典型应用举例 5无惯性快速相敏解调器 6直流伺服系统中的运算放大器 第9章 PWM直流伺服电动机控制 系统设计 1PWM系统设计概述 1.1系统设计步骤 1.2对伺服系统的主要技术要求 1.3选择方案的基本考虑 2执行电动机的选择和传动装置的 确定 2.1典型负载的分析与计算 2.2伺服电动机的选择 2.3传动比的选择和分配原则 2.4驱动装置选择方法归纳 3伺服检测装置的确定 3.1速度控制系统测量装置的选择 3.2位置控制系统测量装置的选择 4校正网络和调节器补偿形式的 选取 4.1串联校正 4.2并联校正 4.3反馈校正 4.4复合控制 4.5校正方式对比 5PWM驱动装置的设计 5.1伺服系统对PWM驱动装置 的要求 5.2功率转换电路型式的选择 5.3功率转换电路主要器件的选取 原则 5.4PWM控制电路的选取原则 5.5PWM开关频率的选取原则 5.6辅助装置的选择 6直流伺服系统工程设计（频域法） 6.1对数幅频特性的绘制及约束条件 6.2校正装置的计算 6.3多环路（从属控制）系统的设计 6.4复合控制系统的设计 7一个现代PWM直流伺服电动机控制 系统的分析与设计实例 7.1系统设计概述 7.2主要元器件和部件的选择与设计 7.3系统静、动态设计计算 第10章 PWM系统的微处理机 控制 1微处理机控制伺服系统的设计 和综合 1.1连续校正网络的等效数字滤波器 设计法 1.2ω平面上的频域设计法 1.3控制算法及流程的实现 1.4小结 2微处理机数字伺服控制系统的 工程实现 2.1微处理机控制PWM伺服系统的方案 确定 2.2A/D转换器、CPU和D/A转换器的主要性 能参数选择 2.3数字伺服系统的数据预处理 2.4比例因子的配置和溢出保护 2.5采样频率的选择 3微处理机与伺服元件、执行机构的 界面接口 3.1模拟量输入通道的设计 3.2直接数字测速的接口与实现 3.3微处理机与PWM功率转换装置的 匹配 第11章 单片数字信号处理器及其在现代 伺服控制系统中的应用 1单片数字信号处理器简介 1.1概述 1.2TMS32010的结构 1.3TMS32010指令集 1.4TMS32020简介 2用TMS320实现伺服系统补偿控制 2.1DSP的选择与系统开发周期以及开发 支援工具 2.2数字补偿器实现中的几个问题 2.3用TMS32010来实现补偿器和 滤波器 2.4TMS320系列DSP外围接口考虑 3TMS32010DSP在速率积分陀螺伺服稳 定系统中的应用 3.1系统描述 3.2系统模型与控制补偿 3.3数字控制器的硬件和软件结构 3.4程序编制举例 3.5DSP数字控制系统性能评价 第12章 专用集成电路构成的直流 PWM伺服系统设计 1L290、L291和L292功能简介 1.1L290转速/电压变换器 1.2L291数/模转换器及放大器 1.3L292PWM直流电机驱动器 2L292PWM直流电机驱动器对直流伺服 电机的速度控制 2.1模拟直流电压速度控制系统 2.2数字控制速度系统 2.3L292驱动功率扩展 3L290～L292直流伺服控制系统设计 指南 3.1电流调节回路的设计 3.2L290/L291外部参数选择和速度调节 回路设计 3.3位置环的设计 3.4误差分析 第13章 伺服系统的可靠性设计 1伺服系统可靠性的基本概念 1.1伺服系统的可靠性定义 1.2度量可靠性的指标 2伺服系统可靠性计算 2.1可靠性结构图的构成 2.2串、并联结构的可靠性特征量 计算 2.3伺服系统可靠性评价 3伺服系统可靠性工程设计导则和 方法 3.1元器件的选择和控制 3.2降额设计 3.3可靠的电路设计 3.4冗余设计 3.5电气互连技术 3.6自动故障检测设计 3.7小结 4伺服系统可靠性试验及其评定 方法 4.1伺服系统可靠性试验计划 4.2伺服系统可靠性试验方法简介 附录 附录A BESK－FANUC永磁直流伺服 电动机组技术性能参数 附录B 光电编码器技术性能参数 附录C 国产轴角/数字、数字/轴角转换 模块的技术性能参数及国外互换 型号对照。 附录D PWM系统常用大功率晶体管、模块 及驱动电路技术性能参数 附录E LEM电流电压传感器模块的 技术性能参数及应用 参考文献