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第1章 绪论1

1.1 机电一体化与伺服技术的基本概念1

1.2 工业机器人和伺服驱动技术4

1.3 数控机床和伺服驱动技术6

1.4 交流伺服电动机与直流伺服电动机的比较7

1.5 旋转伺服运动和直线伺服运动9

1.6 永磁同步伺服电动机交流伺服系统简介11

第2章 伺服技术应用基础14

2.1 旋转体的运动方程14

2.2 负载的转矩特性17

2.3 对伺服控制的基本要求20

2.4 交流伺服系统的控制形式24

2.5 模拟控制与数字控制28

第3章 位置和速度传感器30

3.1 概述30

3.2 光电编码器32

3.2.1 增量式光电编码器32

3.2.2 绝对式光电编码器35

3.2.3 混合式光电编码器37

3.3 旋转变压器38

3.4 感应同步器43

3.4.1 感应同步器种类和特点43

3.4.2 相位工作方式45

3.4.3 幅值工作方式45

3.4.4 感应同步器鉴相系统46

3.4.5 感应同步器的鉴幅测量系统49

3.5 光栅50

3.5.1 直线式透射光栅51

3.5.2 莫尔条纹式光栅52

3.5.3 光栅检测装置54

3.6 激光干涉仪56

3.6.1 激光干涉法测距原理57

3.6.2 多普勒效应58

3.6.3 双频激光干涉仪58

第4章 交流永磁伺服电动机60

4.1 交流永磁伺服电动机的分类与结构60

4.1.1 分类60

4.1.2 结构61

4.1.3 磁路特点62

4.2.1 永磁材料63

4.2 交流永磁伺服电动机的设计特点63

4.2.2 定子绕组与感应电动势波形64

4.2.3 阻尼绕组64

4.2.4 极数65

4.3 三相永磁同步电动机的数学模型65

4.3.1 电压方程65

4.3.2 转矩方程69

4.3.3 状态方程70

4.3.4 等效电路70

4.4.1 电压方程73

4.4 无刷直流电动机的数学模型73

4.4.2 转矩方程74

4.4.3 状态方程和等效电路74

4.5 交流永磁同步伺服电动机的矢量控制75

4.5.1 矢量控制基本原理75

4.5.2 PMSM矢量控制的稳态分析76

4.5.3 PMSM矢量控制的动态分析78

4.5.4 BDCM矢量控制80

4.5.5 峰值转矩与永磁体退磁81

4.6.1 PMSM的纹波转矩82

4.6 纹波转矩和齿槽转矩82

4.6.2 BDCM的纹波转矩86

4.6.3 齿槽转矩89

4.7 直线永磁同步电动机91

4.7.1 概述91

4.7.2 直线永磁同步电动机的基本结构92

4.7.3 直线永磁同步电动机的基本工作原理92

4.7.4 直线永磁同步电动机中的磁场及正弦电流模型磁场分布93

4.7.5 直线永磁同步电动机的dq轴模型和推力方程94

4.7.6 永磁直线电动机的端部效应96

第5章 PWM技术及电力半导体器件99

5.1 脉冲宽度调制（PWM）技术99

5.1.1 PWM技术原理99

5.1.2 正弦波脉宽调制（SPWM）100

5.2 功率半导体器件103

5.2.1 大功率晶体管103

5.2.2 功率场效应晶体管105

5.2.3 绝缘门极晶体管107

5.2.4 GTR、P-MOSFET和IGBT的特性比较111

5.2.5 智能功率模块112

6.1 交流伺服系统控制回路的组成115

第6章 交流伺服系统的控制回路和伺服控制器115

6.1.1 转子磁极位置检测电路116

6.1.2 正弦波产生电路117

6.1.3 直流→正弦（DC→SIN）变换回路119

6.1.4 正弦波PWM电路119

6.1.5 位置和速度检测120

6.1.6 电流检测122

6.2 交流伺服控制器123

6.2.2 速度控制器124

6.2.1 电流控制器124

6.2.3 位置控制器125

6.3 交流伺服电动机的弱磁控制129

6.4 数字化交流伺服系统133

6.4.1 全数字伺服系统的特点133

6.4.2 电动机控制用DSP简介134

6.4.3 全数字伺服系统组成135

第7章 交流伺服系统的控制策略138

7.1 对交流伺服控制系统的基本要求138

7.2 对永磁交流伺服电机数学模型的讨论139

7.3 影响系统伺服性能的不确定因素141

7.4 伺服电动机的PID控制方法147

7.4.1 概述147

7.4.2 控制规律的选择151

7.4.3 模拟PID控制与数字PID控制151

7.4.4 I-PD控制154

7.4.5 二自由度控制156

7.5 Smith预估控制158

7.5.1 Smith预估控制原理158

7.5.2 Smith预估控制的一种改进方案160

7.6 内模控制161

7.6.1 内模控制原理161

7.6.2 内模控制特性163

7.6.3 内模控制的实现问题164

7.6.4 稳定内模控制器的设计165

7.6.5 滤波器设计166

7.6.6 鲁棒性问题168

7.7 内模-鲁棒二自由度结构169

7.7.1 传统二自由度结构与鲁棒二自由度结构169

7.7.2 传统二自由度的线性代数设计170

7.7.3 鲁棒二自由度结构的代数设计173

7.8 H∞控制简介176

7.8.1 不确定性是模型结构的一部分176

7.8.2 H∞控制名称的由来177

7.8.3 鲁棒稳定性的条件178

7.8.4 采用H∞范数的控制问题形式化181

7.8.5 H∞控制问题及其解法183

7.8.6 用H∞控制方法设计交流伺服电动机控制系统185

7.9 重复控制186

7.9.1 中凸变椭圆截面活塞的数控车削原理187

7.9.2 高频响直线位移伺服装置188

7.9.3 直线电动机的数学模型188

7.9.4 重复控制的定义189

7.9.5 控制系统的型别与内190

模原理190

7.9.6 重复控制原理191

7.10 零相位跟踪控制器195

7.10.1 引言195

7.10.2 零相位误差跟踪控制器设计196

7.10.3 L2最优ZPETC198

第8章 交流伺服电动机及伺服放大器的选择、使用及维护202

8.1 介绍几家伺服产品厂商202

8.2 伺服产品样本上的各项内容203

8.3 选用伺服电动机方法及样本使用说明208

8.4 交流伺服放大器的选择213

8.5 交流伺服系统的使用和维护214

8.5.1 使用交流伺服系统的注意事项214

8.5.2 交流伺服系统的维护和检修215

9.1 在数控车床上的应用216

第9章 现代交流伺服系统的典型应用216

9.2 在工业机器人中的应用218

9.3 在半导体集成电路芯线焊接机上的应用219

9.4 在变压器铁心硅钢片横剪线中的应用221

9.5 在新型电梯驱动中的应用223

9.6 在雷达天线驱动系统中的应用224

9.7 在纺织机械的送经、卷取控制中的应用225

9.8 在电火花线切割机床中的应用227

9.9 在重型龙门移动式镗铣床双立柱同步进给中的应用229

参考文献233