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第1章　概述1

1.1 数字伺服控制系统的发展及应用1

1.1.1　控制系统的发展及应用1

1.1.2　伺服系统的发展及应用2

1.1.3　数字伺服控制技术的发展及应用4

1.2　数字伺服控制系统的基本概念6

1.3　数字伺服控制系统的特点12

1.4　数字伺服控制系统的结构和分类12

1.5　数字伺服控制系统设计指标的提出22

1.6　数字伺服控制系统的设计内容与步骤24

1.7　数字伺服控制系统的工作原理27

1.8　本章小结31

第2章　预备知识32

2.1 数字伺服控制系统的时域分析32

2.2　数字伺服控制系统的频域特性与分析38

2.2.1　数字伺服控制系统的频率特性38

2.2.2　数字伺服控制系统的频域分析44

2.3　数字伺服控制系统的状态空间描述47

2.4　数字伺服控制系统的稳定性分析53

2.4.1　稳定性概念53

2.4.2　根轨迹分析62

2.4.3　频域稳定性判据63

2.4.4　李雅普诺夫稳定性分析64

2.5　本章小结67

第3章　数字伺服控制系统的伺服电动机68

3.1 伺服电动机的特征、分类与发展69

3.1.1　伺服电动机的特征及分类69

3.1.2　伺服电动机的发展趋势75

3.2　伺服电动机的工作原理及组成结构78

3.2.1　直流伺服电动机的工作原理及组成结构78

3.2.2　无刷直流伺服电动机的工作原理及组成结构79

3.2.3 交流伺服电动机的工作原理及组成结构80

3.2.4　步进电动机的工作原理及组成结构81

3.2.5 大惯量直流伺服电动机的工作原理及组成结构82

3.3　伺服电动机的使用83

3.3.1　直流伺服电动机的使用83

3.3.2　交流伺服电动机的使用87

3.3.3　步进电动机的使用90

3.4　伺服电动机的选择92

3.4.1　直流伺服电动机的选择93

3.4.2　交流伺服电动机的选择95

3.4.3　力矩电动机的选择98

3.4.4　步进电动机的选择100

3.4.5　步进电动机与交流伺服电动机的性能比较103

3.5　本章小结104

第4章　数字伺服控制系统的传感器105

4.1 概述105

4.1.1 数字伺服控制系统传感器的作用和意义105

4.1.2　数字伺服控制系统传感器的分类106

4.1.3　数字伺服控制系统传感器的性能指标110

4.1.4　数字伺服控制系统中轴角的表示112

4.2　数字轴角编码装置117

4.2.1 自整角机的数字轴角编码装置117

4.2.2　旋转变压器的数字轴角编码装置119

4.2.3 自整角机／旋转变压器的跟踪式和逐次逼近式数字轴角编码装置122

4.3 光电编码器在数字伺服控制系统中的应用123

4.3.1　光电编码器的特点及分类123

4.3.2　光电编码器的应用分析128

4.4 自整角机／旋转变压器在数字伺服控制系统中的应用132

4.4.1 自整角机测角的工作原理及应用133

4.4.2　旋转变压器的结构、工作原理及应用135

4.4.3　多极旋转变压器的粗、精组合和误差计算分析138

4.5　感应同步器在数字伺服控制系统中的应用142

4.6　本章小结145

第5章　数字伺服控制系统的DSP单元146

5.1 数字伺服控制器的实现及构成146

5.1.1　数字伺服控制器的实现146

5.1.2　基于DSP的数字伺服控制系统的构成148

5.2　概述149

5.2.1 DSP的发展150

5.2.2　DSP的特点151

5.3 DSP系统的设计及开发153

5.3.1 DSP系统的总体方案设计153

5.3.2　DSP的软件设计及开发154

5.3.3　DSP的硬件设计及开发156

5.3.4　DSP芯片的选择156

5.3.5　DSP外围元器件的选择157

5.4　DSP的内部结构158

5.4.1　TMS320F281xDSP的性能158

5.4.2　TMS320F281xDSP的结构160

5.5　DSP的接口电路设计与集成165

5.5.1 DSP与JTAG接口设计165

5.5.2　DSP的电源设计166

5.5.3　DSP的电平转换接口169

5.5.4　DSP的晶振及复位电路170

5.5.5　DSP的模式选择与串口通信171

5.5.6　DSP的模拟接口173

5.5.7　DSP与SRAM接口177

5.5.8　DSP的集成开发环境178

5.6　数字控制器的硬件调试180

5.7　本章小结181

第6章　数字伺服控制系统的建模182

6.1 数字伺服控制系统的建模方法184

6.2　数字伺服控制系统的机理建模186

6.2.1　直流伺服电动机的数学模型187

6.2.2　无刷直流伺服电动机的数学模型189

6.2.3　永磁式交流伺服电动机的数学模型190

6.2.4　异步伺服电动机的数学模型191

6.2.5　感应伺服电动机的数学模型193

6.3　数字伺服控制系统的时域法建模196

6.3.1　低阶参数的时间估计196

6.3.2　辨识差分方程模型阶次和参数的方法201

6.4　数字伺服控制系统的频域建模法203

6.5　数字伺服控制系统的非线性模型中的参数估计204

6.5.1 高斯—牛顿法的原理204

6.5.2　一阶系统的参数估计206

6.5.3　二阶系统的参数估计207

6.6　神经网络算法对数字伺服控制系统的建模210

6.6.1 NARMA神经网络算法对数字伺服控制系统的建模210

6.6.2　BP网络算法对数字伺服控制系统的建模213

6.7　模糊算法对数字伺服控制系统的建模216

6.7.1　模糊算法建模的基本原理217

6.7.2　基于T-S模糊模型的建模219

6.7.3　广义T-S模糊模型对非线性数字伺服控制系统的建模219

6.8　模糊神经网络融合算法对数字伺服控制系统的建模221

6.8.1 神经网络—模糊算法对系统的建模221

6.8.2　自学习、自组织神经模糊算法建模222

6.9　本章小结223

第7章　数字伺服控制系统的非线性分析224

7.1 非线性系统的特征224

7.2　典型的非线性特性及其对系统性能的影响227

7.2.1　饱和非线性特性227

7.2.2　死区非线性特性233

7.2.3　间隙非线性特性234

7.3　数字伺服控制系统的干扰非线性分析235

7.3.1 数字伺服控制系统的摩擦力矩非线性分析235

7.3.2　数字伺服控制系统的干扰力矩非线性分析238

7.3.3　数字伺服控制系统的电动机纹波转矩脉动非线性分析240

7.3.4　数字伺服控制系统的电动机齿槽转矩非线性分析246

7.4　数字伺服控制系统其他因素的非线性分析252

7.5　本章小结257

第8章　数字伺服控制系统的误差分析258

8.1 概述258

8.2　数字伺服控制系统的元件误差260

8.2.1 传感器测量误差的定义及分析方法260

8.2.2　数字伺服控制系统中传感器的误差264

8.2.3　数字伺服控制系统中传感器提高精度的方法265

8.3　数字伺服控制系统的量化误差266

8.3.1　模拟信号采样过程的量化误差分析266

8.3.2　系统量化误差及其对系统性能的影响268

8.3.3　乘法运算结果的量化误差分析268

8.3.4　两种常用量化过程的误差分析272

8.3.5　输出量量化噪声误差276

8.4　数字伺服控制系统的动态误差分析277

8.5　数字伺服控制系统的稳态误差分析282

8.6　数字伺服控制系统的随机误差分析288

8.7　本章小结292

第9章　数字伺服控制系统的控制设计综合293

9.1 数字伺服控制系统的性能要求293

9.2　数字伺服控制系统的传统控制方案296

9.2.1　根轨迹法设计296

9.2.2　频域法设计298

9.3　数字伺服控制系统的数字控制器设计301

9.3.1 数字调节器的间接设计法302

9.3.2　数字调节器的直接设计法305

9.3.3　数字PID改进算法308

9.3.4　滞后—超前校正的数字控制器设计319

9.3.5　基于数值积分法的数字控制器设计323

9.3.6　基于状态方程方法的数字控制器设计325

9.4　数字伺服控制系统的复合控制方案334

9.5　数字伺服控制系统的最优控制方案335

9.6　步进电动机的精度控制340

9.7　本章小结343

第10章　数字伺服控制系统的抗干扰设计344

10.1　概述344

10.2　数字伺服控制系统的主要干扰因素分析345

10.2.1 数字伺服控制系统的干扰源345

10.2.2　数字伺服控制系统干扰的传输方式347

10.3　数字伺服控制系统干扰的抑制347

10.4　本章小结351

第11章　数字伺服控制系统的调试与测试352

11.1 概述352

11.2　数字伺服控制系统的静态调试353

11.3　数字伺服控制系统的动态调试355

11.3.1 元器件动态参数的测试355

11.3.2　数字伺服控制系统的频率特性测试358

11.3.3　数字伺服控制系统的动态特性调试360

11.3.4　数字伺服控制系统的动态特性指标的计算362

11.4　数字伺服控制系统的性能测试365

11.5　本章小结366

第12章　典型的数字伺服控制系统的设计举例367

12.1 直流数字伺服控制系统设计367

12.1.1　DSP的主要功能结构367

12.1.2　硬件设计368

12.1.3　数字伺服控制系统的控制策略369

12.1.4　数字伺服控制系统的试验验证371

12.2　交流数字伺服控制系统设计371

12.2.1　应用TMS320 F2812 DSP实现交流数字伺服控制系统372

12.2.2　应用TMS320 F24 DSP实现交流永磁同步电动机伺服系统数字控制377

12.2.3　应用TMS320 F247 DSP实现角位置伺服控制系统380

12.3 步进电动机数字伺服控制系统设计383

12.4　角位置数字伺服控制系统385

12.5　本章小结393

参考文献394