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

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店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030358158

商品编码：29666785668

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

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

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导语_点评_推荐词

内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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序言

《伺服系统精密运动控制技术》 一、 核心内容概述 本书深度聚焦于现代工业自动化领域不可或缺的精密运动控制核心——伺服系统。全书围绕伺服系统的设计、分析、优化与应用展开，旨在为读者构建一个全面而深入的技术图谱。内容涵盖了从伺服系统基础理论到先进控制算法的实现，再到实际工程应用中的关键考量，力求理论与实践相结合，为工程师、技术人员和相关领域的研究生提供一套系统性的技术指导。 二、 结构与章节安排 本书共分为十个章节，逻辑严谨，循序渐进，确保读者能够逐步掌握伺服控制的精髓。 第一章：伺服系统基础理论与发展 本章是理解伺服系统的基石。首先，详细阐述了伺服系统的定义、基本组成（如传感器、控制器、执行器）及其在工业自动化中的重要地位。接着，追溯了伺服技术的发展历程，从早期的模拟控制到数字控制，再到当前主流的智能和网络化伺服系统，梳理了技术演进的脉络。本章还分析了不同类型伺服系统的优劣势，如直流伺服、交流伺服、步进伺服等，并为后续章节的深入讨论奠定理论基础。最后，简要介绍了伺服系统在机器人、数控机床、自动化生产线等典型应用场景的概览。 第二章：运动学与动力学基础 精密运动控制离不开对物体运动规律的深刻理解。本章系统梳理了与伺服系统相关的运动学和动力学基本原理。运动学部分，重点讲解了位置、速度、加速度等基本概念，以及直线运动和旋转运动的描述方法。动力学部分，则深入探讨了惯性、力、力矩、能量等概念，并重点介绍了牛顿定律、欧拉定律在多自由度系统中的应用。此外，本章还引入了刚体动力学模型，包括质量矩阵、科里奥利力和离心力项等，为建立伺服系统的数学模型提供了理论支撑。对于多连杆机械臂等复杂系统的动力学建模方法，也进行了初步的介绍。 第三章：伺服电机模型与特性分析 伺服电机是实现精确运动的执行机构。本章详细剖析了伺服电机的工作原理和数学模型。重点选取了在工业应用中最广泛的永磁同步电机（PMSM）作为研究对象，深入分析了其电压方程、磁链方程和转矩方程，并详细推导了在旋转坐标系下的简化模型。本章还讨论了电机的静态特性（如转矩-速度特性）和动态特性（如响应速度、堵转转矩），以及电机参数（如电阻、电感、磁极对数）对性能的影响。此外，还介绍了不同类型永磁体材料的特点及其对电机性能的影响，以及电机制造工艺对电机特性的潜在影响。 第四章：位置、速度与力矩传感器技术 精确的反馈是实现伺服控制的前提。本章详细介绍了伺服系统中常用的各类传感器技术。包括： 位置传感器： 重点阐述了编码器（增量式编码器、绝对式编码器）的工作原理、精度等级、接口类型及其选型要点。详细介绍了磁致伸缩位移传感器、光学尺、电位器等其他类型位置传感器的特性与应用。 速度传感器： 介绍了测速发电机的工作原理，以及如何通过对位置信号进行微分来间接测量速度。分析了不同速度传感器在精度、响应速度和抗干扰能力方面的差异。 力/力矩传感器： 阐述了电阻应变式、压电式等力/力矩传感器的工作原理，以及其在力反馈控制、碰撞检测等应用中的作用。 本章特别强调了传感器在伺服系统中的安装、校准以及对系统整体性能的影响。 第五章：古典PID控制理论及其在伺服系统中的应用 PID（比例-积分-微分）控制器是伺服系统中最基本也是最常用的控制器。本章深入讲解了PID控制理论。首先，详细阐述了比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节的作用原理及其对系统性能的影响。接着，介绍了PID控制器的基本结构和离散化实现方法。重点在于如何根据伺服系统的数学模型和性能指标（如超调量、响应时间、稳态误差）来整定PID参数，包括经验整定法（如Ziegler-Nichols方法）和模型化整定法。最后，通过具体的伺服系统应用案例，展示了PID控制器在位置、速度和力矩控制中的实现与调优过程。 第六章：现代伺服控制算法 随着伺服系统复杂性的增加和性能要求的提升，现代控制算法应运而生。本章将介绍几种先进的伺服控制策略： 状态空间反馈控制： 讲解了状态观测器和状态反馈的原理，以及如何通过极点配置来实现更优的系统动态性能。 滑模变结构控制（SMC）： 介绍了滑模控制的基本原理，包括滑模面设计、切换律选择，以及其在提高系统鲁棒性方面的优势。 自适应控制： 阐述了自适应PID控制和模型参考自适应控制（MRAC）等方法，用于应对系统参数时变或未知的情况。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 介绍了基于模糊逻辑和神经网络的智能控制方法，它们在处理非线性系统和复杂环境下的控制问题方面具有独特优势。 预测控制（MPC）： 阐述了模型预测控制的基本思想，包括预测模型、滚动优化和控制律生成，以及其在多变量耦合系统控制中的应用。 第七章：伺服系统驱动与电力电子技术 伺服系统的“心脏”是驱动器，它负责将控制信号转化为驱动电机的电能。本章深入探讨伺服驱动器的关键技术。 脉冲宽度调制（PWM）技术： 详细介绍了各种PWM生成策略（如双极性PWM、单极性PWM），以及其在电机相电压和电流控制中的作用。 功率器件与拓扑结构： 分析了IGBT、MOSFET等功率半导体器件的特性，以及半桥、三相全桥等基本驱动拓扑结构。重点介绍了三相逆变器的设计与实现。 电流环控制： 讲解了伺服驱动器中至关重要的电流环控制，包括基于PI控制器的电流内环设计，以及空间矢量脉宽调制（SVPWM）在实现精确电流控制中的应用。 过压、过流、过温保护： 强调了驱动器安全设计的重要性，详细介绍了各种保护机制的实现原理。 制动与能量回馈： 讨论了再生制动和能量回馈技术，以提高系统能效。 第八章：伺服系统设计中的系统辨识与参数优化 为了获得最佳的控制性能，深入理解和准确建模伺服系统至关重要。本章聚焦于伺服系统的辨识和参数优化。 系统辨识基础： 介绍了模型阶数选择、输入信号设计（如正弦扫描、步进响应）、噪声处理等基本原则。 常用辨识算法： 详细阐述了最小二乘法（LS）、递推最小二乘法（RLS）、歌唱目标法（ARX, ARMAX, OE, BJ模型）等参数辨识算法。 模型验证与评估： 介绍了如何通过模型输出与实际系统响应的比较来验证辨识模型的准确性。 参数优化方法： 探讨了基于遗传算法、粒子群优化算法等全局搜索算法，以及基于梯度下降等局部优化算法，用于优化伺服系统的控制参数，实现更精确的性能指标。 第九章：伺服系统的鲁棒性与抗干扰设计 实际工程应用中，伺服系统常常面临模型不确定性、外部干扰等挑战。本章专门探讨如何提高伺服系统的鲁棒性。 鲁棒性分析： 介绍了不确定性模型的建立（如参数不确定性、结构不确定性），以及针对这些不确定性进行稳定性分析的方法（如Nyquist判据、Nyquist-Bode图）。 鲁棒控制设计： 讲解了H∞控制、μ-合成等经典鲁棒控制方法，以及它们在保证系统在一定不确定性范围内的稳定性和性能方面的作用。 干扰抑制技术： 探讨了前馈补偿、扰动观测器（DOB）等技术，用于有效抑制外部扰动对系统性能的影响。 抗电磁干扰（EMI）设计： 讨论了在硬件选型、电路布局、滤波等方面的考虑，以减小电磁干扰对伺服系统的影响。 第十章：伺服系统集成与典型应用 本章将前九章的技术融会贯通，重点关注伺服系统的实际工程应用与集成。 伺服系统架构设计： 讨论了中央控制与分布式控制的优缺点，以及伺服驱动器、PLC、HMI之间的通信接口（如EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT）的选择与集成。 系统调试与故障诊断： 提供了实际系统调试的流程和方法，以及常见的伺服系统故障及其诊断思路。 典型应用案例分析： 深入剖析了伺服系统在以下典型场景的应用： 机器人手臂： 讲解了多关节机器人的运动控制、路径规划和力控制。 数控机床： 分析了高速高精度进给系统、主轴伺服系统的设计。 自动化生产线： 介绍了卷绕、包装、搬运等设备中的伺服应用。 新能源领域： 如太阳能光伏设备的跟踪系统、风力发电机的偏航与变桨控制。 医疗设备： 如手术机器人、精密影像设备的运动控制。 未来发展趋势： 展望了伺服系统在智能化、网络化、虚拟化等方面的未来发展方向。 三、 目标读者 本书面向以下群体： 自动化、电气工程、机械工程等专业的本科生、研究生。 从事工业自动化设备设计、研发、调试的工程师。 伺服系统及其相关产品的技术支持和维护人员。 对精密运动控制技术感兴趣的广大技术爱好者。 四、 本书特色 内容全面深入： 覆盖了伺服系统的基础理论、核心技术、先进算法及实际应用。 理论与实践结合： 既有严谨的数学推导，又有大量的工程实例和应用分析。 技术前沿性： 关注最新的伺服控制技术和发展趋势。 结构清晰，易于学习： 章节划分合理，逻辑递进，方便读者循序渐进地掌握知识。 图文并茂： 配备丰富的图表和示意图，增强理解效果。 通过阅读本书，读者将能够深刻理解伺服系统的设计原理，掌握先进的控制策略，并具备解决实际工程问题的能力，从而在不断发展的工业自动化领域中占据有利地位。

评分☆☆☆☆☆

从内容编排的逻辑性来看，这本书的结构设计展现了一种高超的叙事能力。它没有采用那种平铺直叙的百科全书式罗列，而是构建了一个由浅入深、层层递进的学习路径。初学者可以从基础的电机特性和驱动原理入手，逐步过渡到复杂的控制算法实现，最终汇集到整个系统的集成与调试。这种循序渐进的安排，极大地降低了复杂技术的学习门槛。更难能可贵的是，书中对不同类型伺服驱动器架构的比较分析非常到位，它没有盲目推崇某一种技术，而是客观地分析了各种方案的优缺点及其适用范围，这使得读者能够根据自身的项目需求做出更明智的技术选型决策。这种平衡的视角，体现了作者超越了一般技术手册的广度和深度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在语言风格上给人一种非常信赖和严谨的感觉，文字叙述精准到位，没有丝毫含糊不清的表达。用词专业规范，术语解释详尽，保证了技术交流的准确性。尤其值得称赞的是，在涉及到一些前沿的控制策略时，作者能够用精确的语言描绘出其核心思想，使得原本晦涩难懂的数学模型变得更容易被工程人员所接受和理解。例如，对于特定参数的增益调整，书中不仅给出了经验性的范围，还深入阐述了这些范围背后的物理意义，避免了读者陷入“调参靠猜”的困境。这种清晰、有力的文字表达，使得阅读体验非常高效，读者可以迅速抓住核心要点，并且能够自信地将书中学到的知识应用到实际工作中，这在技术书籍中是相当罕见的品质。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的体验，就像是跟着一位经验丰富的工程师进行了一次系统化的实战演练。作者在讲解理论概念时，并非停留在枯燥的公式推导上，而是非常巧妙地将其与实际应用场景紧密结合起来。例如，在讨论到电流环和速度环的参数整定时，书中不仅给出了数学模型，还通过生动的案例分析了不同参数设置对电机响应速度和稳定性的实际影响，这种“知其所以然”的讲解方式，对于希望将理论转化为实践的读者来说，无疑是极大的帮助。我特别喜欢其中关于故障诊断和排除的部分，列举了多种常见故障及其对应的排查步骤，逻辑清晰，步骤明确，这对于现场维护人员来说，简直是本“救急手册”。作者对细节的把握，体现了他深厚的工程素养，让学习过程变得既充实又富有启发性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远不止于提供技术细节，它更像是一本关于“如何思考”的工程哲学指南。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是引导你理解“为什么这样做是最好的”。例如，在设计电源滤波电路或是进行EMC兼容性分析时，作者不仅仅给出了标准的解决方案，还深入探讨了设计决策背后的权衡取舍，比如在成本、性能和可靠性之间的动态平衡。这种强调系统思维和全局观的写作方式，培养了读者超越单一模块、着眼于整体系统优化的能力。对于希望从初级工程师成长为系统架构师的读者来说，这种对设计理念的深入剖析，比任何一行代码或一个元器件参数都来得更有价值，它真正体现了“设计”二字背后的智慧结晶。

评分☆☆☆☆☆

这部书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳而又不失现代感的封面，让人在书架前就能感受到它散发出的专业气息。纸张的质感也相当不错，拿在手里有分量，翻阅起来手感很舒服，对于需要经常查阅和研读的技术书籍来说，这种细节上的用心至关重要。我尤其欣赏它在图表和电路图排版上的处理，线条清晰，布局合理，即便是初次接触相关领域的人也能迅速捕捉到重点。很多技术书籍的图示部分往往模糊不清，但这本书在这方面做得非常到位，每一个元器件的标注都精准无误，这极大地提高了阅读效率和对电路原理的理解深度。整体来看，出版社在制作环节上的精良把控，使得这本书不仅是一本知识的载体，更像是一件值得收藏的工具书，充分体现了科学出版社一贯的严谨作风。