小型交流伺服电机控制电路设计 9787030358158 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030358158

商品编码：29626535383

包装：平装

出版时间：2016-02-01

基本信息

书名:小型交流伺服电机控制电路设计

定价：36.0元

售价：26.3元,便宜9.7元,折扣73

作者:(日)石岛胜著;薛亮,祝建俊译

出版社：科学出版社

出版日期：2016-02-01

ISBN：9787030358158

字数：225

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.200kg

编辑推荐

导语_点评_推荐词

内容提要

目录

作者介绍

文摘

序言

序言

《精密脉动：小型交流伺服电机控制电路的奥秘》 在这本书的字里行间，我们即将展开一场关于精密控制与高效动力的探索之旅。我们关注的焦点，并非遥不可及的宏大叙事，而是潜藏于无数现代设备核心的微小奇迹——小型交流伺服电机。这些电机以其卓越的精度、灵敏的响应和强大的扭矩输出，已成为工业自动化、机器人技术、医疗器械、航空航天乃至高端消费电子等众多领域不可或缺的驱动之源。然而，要将这些微小的动力心脏发挥到极致，其背后的控制电路设计，则是一门集理论与实践于一体的精妙艺术。 本书旨在深入剖析小型交流伺服电机控制电路设计的各个关键环节，为读者提供一套系统、全面且实用的技术指导。我们不求大而空的理论堆砌，而是着力于电路实现的具体细节，从理论基础的铺垫，到实际应用的考量，力求让读者在理解原理的同时，更能掌握动手设计的技能。 核心驱动，原理探微： 首先，我们将从伺服电机本身的基本原理入手。虽然本书聚焦于控制电路，但理解被控对象的特性至关重要。我们将简要回顾交流伺服电机的工作机制，包括其结构组成、电磁感应原理、以及与直流伺服电机在性能上的差异和优势。特别地，我们会强调永磁同步电机（PMSM）作为目前小型交流伺服电机主流的应用，其优越的功率密度和控制精度。我们将探讨其定子绕组的分布、转子磁场与定子旋转磁场的同步互动，以及如何通过精确的电流和电压控制来驱动电机产生所需的扭矩和转速。 控制策略，精准导航： 接着，本书的核心内容将围绕伺服电机的控制策略展开。对于交流伺服电机而言，最为核心的控制技术是矢量控制（Vector Control），也称为场定向控制（FOC）。我们将详细解析矢量控制的理论基础，包括坐标变换（如Park变换和Clarke变换），如何将三相交流信号转化为直流量，从而实现对电机磁场和转矩的独立控制。我们将深入讲解其基本原理，并逐步深入到实际的实现方法。 基本矢量控制（B-FOC）： 从最基础的矢量控制入手，讲解如何通过测量电机位置（通常由编码器或解析器提供），进行坐标变换，计算出所需的两相正交电流指令（Id和Iq），然后通过PWM（脉冲宽度调制）技术，将这些指令转化为驱动电机的三相电压。我们将分析其优点在于可以实现对转矩的精确控制，但同时也面临着动态响应相对滞后的问题。 直接转矩控制（DTC）： 作为另一种重要的控制策略，我们也将介绍直接转矩控制。DTC的优势在于其响应速度快，控制结构相对简单，不需要精确的电机模型和位置反馈（虽然实际应用中往往结合位置反馈来提高精度）。我们将讲解其工作原理，即直接根据转矩和磁链的误差，通过查找表来选择合适的电压矢量，直接控制电机的转矩和磁链。 高级控制算法： 随着技术的进步，PID控制在伺服系统中扮演着重要的角色。我们将探讨如何设计高性能的PID控制器，以实现对速度和位置的精确跟踪。此外，我们还将涉及一些更高级的控制技术，例如模糊控制、自适应控制等，这些技术在应对非线性、时变等复杂工况时，能够展现出更强的鲁棒性和适应性。我们将讨论这些控制算法在实际应用中的优势、劣势以及设计思路。 电路设计，硬件支撑： 控制策略的实现离不开强大的硬件电路支持。本书将详细阐述构建高效、可靠的伺服电机控制电路所必需的各个模块。 功率驱动级： 这是伺服电机控制电路的“心脏”。我们将深入介绍常用的功率器件，如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在功率放大器中的应用。我们将分析不同器件的特性、选型原则，以及如何设计栅极驱动电路，确保功率器件的可靠开通和关断。此外，我们还会重点讲解PWM调制技术的实现，包括各种PWM生成方式（如中心对齐PWM、边沿对齐PWM等）及其在不同应用场景下的优劣。 传感与反馈： 为了实现精确控制，对电机状态的实时监测至关重要。我们将详细介绍各种常用的位置和速度反馈传感器，如光学编码器（增量式和绝对式）、磁性编码器、旋转变压器（解析器）等。我们将分析这些传感器的接口电路设计，以及如何从传感器信号中提取出精确的位置和速度信息。同时，我们也会讨论电流检测技术，如霍尔电流传感器和分流电阻，以及它们在实现电流闭环控制中的作用。 主控单元（MCU）： 作为整个控制系统的“大脑”，微控制器（MCU）承担着执行控制算法、处理传感器信号、生成PWM等关键任务。我们将探讨如何选择合适的MCU，包括其处理能力、外设资源（如ADC、PWM发生器、定时器、通信接口等）的考量。我们将重点介绍如何利用MCU的资源来实现矢量控制算法，以及如何编写高效、可靠的嵌入式软件。 保护与安全： 任何电子设备的设计都离不开完善的保护机制。我们将讨论过压、过流、过温、短路等常见故障的检测与防护措施，以及如何设计相应的保护电路，确保伺服系统在异常情况下能够安全可靠地运行。 实践应用，案例解析： 理论的深度终将回归实践。本书将通过一系列精心设计的实例，将前述的理论知识和电路设计方法付诸实践。 典型应用场景分析： 我们将选取一些小型交流伺服电机在实际应用中的典型场景，例如工业机器人关节驱动、数控机床进给轴控制、自动化生产线上的定位系统等。通过分析这些场景对伺服系统的性能要求，我们将展示如何根据具体需求，选择合适的电机型号、控制策略和电路拓扑。 电路设计流程与技巧： 我们将详细讲解一个完整的伺服电机控制电路设计流程，从需求分析、原理图设计、PCB布局布线，到调试验证。我们将分享在实际设计过程中可能遇到的常见问题及解决方法，以及一些提高设计效率和可靠性的技巧。 仿真与调试： 在实际硬件实现之前，仿真是一个非常重要的环节。我们将介绍常用的电路仿真软件，并演示如何利用仿真来验证设计思路和优化参数。在硬件调试阶段，我们将提供一套系统性的调试方法，帮助读者快速定位和解决问题。 展望与挑战： 最后，我们将对小型交流伺服电机控制技术的发展趋势进行展望。包括更高效的功率器件、更智能的控制算法、无线通信技术在伺服系统中的应用，以及人工智能在伺服系统优化中的潜力。同时，我们也可能面临一些挑战，例如成本控制、电磁兼容性（EMC）设计、以及对更高精度和更快响应速度的不断追求。 本书不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往精密控制世界的大门。通过对本书内容的深入学习和实践，读者将能够系统地掌握小型交流伺服电机控制电路设计的核心知识和关键技能，为自己在自动化、智能化领域的发展奠定坚实的基础。我们相信，掌握了这些“精密脉动”背后的奥秘，您将能够创造出更智能、更高效、更具竞争力的产品。

评分☆☆☆☆☆

从排版和术语一致性来看，编辑团队显然是做了大量的细致工作。在整个阅读过程中，我几乎没有发现任何印刷错误或符号定义上的混淆，这对于需要精确对应公式和代码的读者来说至关重要。例如，作者在定义d轴和q轴电流时，始终保持了业界通用的标准符号体系，没有为了迎合特定平台而自创晦涩的缩写。此外，书中穿插的那些设计小贴士（Design Notes），虽然篇幅不长，但往往一语中的，点破了某个设计环节中最容易被忽略的陷阱，比如在选择PWM死区时间时需要考虑的半桥驱动器的功耗平衡问题。这些细节的打磨，体现了编著者对目标读者群体——即希望从理论走向实际应用的工程师和高年级学生——的深刻理解和尊重。

评分☆☆☆☆☆

我阅读了书中关于高性能永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制（FOC）算法实现的那一部分，感受到了作者深厚的理论功底和极其务实的工程经验的完美结合。作者没有停留在教科书上那些过于抽象的数学推导，而是直接将复杂的理论转化为可操作的代码逻辑和硬件选型建议。特别是关于观测器设计的部分，比如基于滑模观测器（SMO）还是基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）的比较分析，不仅给出了不同方法的优缺点，还结合实际的采样噪声和计算资源限制进行了权衡，这种“实战派”的论述方式对于初入电机控制领域，或希望优化现有系统的工程师来说，是极其宝贵的。书中对参数辨识和温度漂移补偿的深入探讨，也远远超出了基础教材的范畴，直指工业级应用中的痛点，显示出作者对实际运行环境的深刻理解。

评分☆☆☆☆☆

最让我印象深刻的是书中对“鲁棒性”和“抗干扰性”的重视程度。在许多初级或中级控制书籍中，往往假设环境是理想的，参数是精确已知的。然而，这本书却在多个章节中反复强调了实际系统中不可避免的非线性和不确定性。作者详细阐述了如何通过软件滤波、硬件冗余以及更高级的自适应控制策略来应对外部负载突变、电源电压波动乃至传感器老化等问题。其中关于电流传感器偏差的在线补偿策略，逻辑清晰，可操作性极强，我立刻在自己的实验台上尝试复现了其中的几个关键步骤，效果立竿见影。这种对工程可靠性的执着追求，使得这本书的价值远超一本纯粹的理论参考书，它更像是一位经验丰富的资深工程师的经验总结。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事结构安排得非常巧妙，它不像传统的教材那样采用“瀑布式”的知识倾泻，而是采用了一种“项目驱动”的学习路径。作者似乎是精心设计了一个虚拟的开发项目，然后围绕这个项目逐步引入所需的理论知识和实验验证。例如，在介绍电流环设计时，首先会通过一个实际的动态响应曲线来引出PI控制器的设计需求，然后再回顾如何根据电机参数计算出合理的比例增益和积分时间常数。这种“先见其果，再求其因”的引导方式，极大地激发了读者的好奇心和解决问题的欲望，使得学习过程不再枯燥乏味，而是充满了探索的乐趣。我个人认为，这种循序渐进、注重应用场景的教学方法，是提升学习效率的关键所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直让人眼前一亮，封面的配色和字体选择都透露出一种专业又不失现代感的质感。我特别喜欢那种略带磨砂的触感，拿在手里分量十足，能感受到作者和出版社在细节上的用心。内页的纸张质量也无可挑剔，白度适中，光线不刺眼，这对于需要长时间阅读技术资料的人来说至关重要。插图和电路图的印刷清晰度极高，线条锐利，即便是非常精密的元器件布局也能看得一清二楚，这在学习复杂的控制系统时简直是福音。装订上采用了锁线胶装，翻页顺滑，不用担心书本很快就会散架。光是看着这本书摆在书架上，都觉得增添了几分科技气息。从一个读者的角度来说，好的阅读体验是阅读过程中的重要组成部分，而这本在物理形态上就给出了极高的标准，让人在动手实践之前，就已经对内容质量产生了积极的预设。它不仅仅是一本工具书，更像是一件精心制作的工艺品，体现了对知识载体的尊重。