伺服控制技术自学手册

第1章 伺服控制技术在典型行业的应用分析 1
1.1 概述 1
1.2 伺服控制在机床行业的应用 3
1.3 伺服控制在纺织行业的应用 4
1.4 伺服控制在包装行业的应用 5
1.5 伺服控制在印刷行业的应用 6
第2章 伺服电机基础 7
2.1 伺服电机基本原理 8
2.2 永磁同步伺服电机 11
2.2.1 永磁体技术基础 11
2.2.2 永磁同步电机的结构形式 13
2.2.3 永磁同步伺服电机运行原理 16
2.3 异步伺服电机 17
2.4 直接驱动伺服电机 21
2.4.1 力矩电机 21
2.4.2 直线电机 23
2.5 铁芯分割式伺服电机定子制造工艺 26
2.5.1 技术概述 26
2.5.2 铁芯分割式定子构造 27
2.6 永磁式电机的齿槽定位转矩 28
2.6.1 齿槽定位转矩概述 28
2.6.2 齿槽转矩抑制方法 28
第3章 伺服控制理论基础 32
3.1 矢量控制原理 32
3.1.1 永磁同步电机的数学模型与坐标变换 32
3.1.2 永磁同步电机矢量控制方法 34
3.2 PWM控制技术基础 35
3.3 伺服驱动主回路 38
3.3.1 变流装置 39
3.3.2 直流中间电路 42
3.3.3 开关电源电路 42
3.3.4 逆变电路 43
3.4 伺服控制回路 44
3.4.1 PID调节器基础 45
3.4.2 伺服控制电流环 47
3.4.3 速度环PI设计 51
第4章 伺服电机与驱动的检测技术 52
4.1 伺服电机的术语 52
4.2 伺服电机的检测项目与检测方法 54
4.3 伺服驱动器的检测标准与方法 61
4.4 伺服驱动器的EMC及环境测试 65
4.4.1 伺服驱动器的EMC测试 65
4.4.2 伺服驱动器的环境测试 68
4.5 伺服驱动测试实例 69
4.5.1 输入/输出功能测试实验 71
4.5.2 伺服控制PWM死区时间实验 76
4.5.3 速度控制性能测试 77
4.5.4 扭矩控制实验 81
4.5.5 伺服控制SMPS的性能实验 81
4.5.6 伺服控制DC-Link性能实验 91
第5章 伺服电机及驱动的选型技术 93
5.1 电机选择的基本方法 93
5.2 电机的规格、定额与容量的选择 94
5.3 选择伺服电机考虑的问题 95
5.4 负载转矩及转动惯量的计算 97
5.5 永磁同步伺服电机的选型 99
5.6 直接驱动伺服电机的选型 102
5.6.1 直线电机的选型 102
5.6.2 力矩电机的选型 106
5.7 伺服驱动外围电路选型技术 108
5.7.1 主电路、控制电路用电线 109
5.7.2 变压器 110
5.7.3 配线用断路器和漏电断路器 110
5.7.4 电磁接触器 111
5.7.5 电抗器和滤波器 112
5.7.6 制动电阻 113
5.8 驱动装置选型实例 115
5.8.1 工程选型步骤 115
5.8.2 电源模块的选择 115
5.8.3 外围部件的选择 120
第6章 伺服控制的测量系统 125
6.1 测量系统基本原理 125
6.2 编码器测量系统 126
6.2.1 增量式光电编码器 126
6.2.2 绝对值编码器 131
6.2.3 多圈绝对值编码器 135
6.2.4 光电编码盘的制造技术 137
6.2.5 混合式光电编码器 139
6.3 旋转变压器 145
6.4 光栅尺 147
6.5 磁尺 149
6.5.1 磁尺的分类 149
6.5.2 磁头 150
第7章 伺服驱动的优化技术 152
7.1 伺服系统的参数调整理论基础 152
7.1.1 伺服驱动的控制回路 152
7.1.2 优化基本概念 153
7.1.3 机械建模分析 156
7.2 频率响应的测量点 160
7.3 伺服驱动相关参数的设定 165
7.4 伺服控制特性的整定 166
7.4.1 交流伺服系统速度控制特性及整定 166
7.4.2 交流伺服系统位置控制特性及整定 167
7.5 西门子SIMODRIVE的驱动优化 170
7.5.1 速度环的优化说明 171
7.5.2 位置环的优化说明 172
7.5.3 西门子611D优化详细步骤 174
7.5.4 611D速度控制环的设定 175
7.5.5 位置环优化 178
第8章 基于PROFIBUS的SIMODRIVE 611U系列伺服驱动 181
8.1 SIMODRIVE 611U接口端子 182
8.2 SIMODRIVE 611U的连接方式 192
8.2.1 使用显示器和操作者单元进行参数化 193
8.2.2 通过RS232/RS485连接 195
8.2.3 PROFIBUS-DP模块的连接 197
8.2.4 611U驱动的初始化设置 198
8.3 PROFIBUS通信控制基础 199
8.3.1 硬件组态 199
8.3.2 控制字的功能描述 202
8.4 611U速度环控制的调试 210
8.4.1 速度环基本调试 210
8.4.2 通过PROFIBUS通信控制速度 212
8.4.3 固定速度值运行 213
8.4.4 主轴定位控制 215
8.5 读写PKW参数区域 217
8.5.1 PKW参数区的结构与基础 217
8.5.2 读写参数 219
8.6 驱动611U的位置控制运行 222
8.6.1 电机点动运行——Jog 222
8.6.2 返回参考点 224
8.6.3 MDI方式运行 225
8.6.4 AUTO编程程序段运行 227
第9章 伺服控制技术的应用实例 229
9.1 基于伺服控制技术的磁场磁力三维测试系统 229
9.1.1 主要硬件及结构设计 229
9.1.2 位置伺服控制实现 234
9.1.3 测试装置的伺服性能和技术参数 237
9.1.4 测试系统软件设计原理及结构 241
9.2 西门子SIMODRIVE 611U的典型应用 250
9.2.1 西门子SIMODRIVE 611U的应用基础 250
9.2.2 西门子611U伺服驱动在组合机床上的应用 252
9.3 基于高端运动控制卡的全自动玻璃切割机 266
9.3.1 运动控制系统架构 267
9.3.2 伺服连接与伺服调整 269
9.3.3 软件系统设计 278
参考文献 280