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第1章 伺服系统概述1

1.1伺服系统的发展简况、现状1

1.1.1伺服系统的发展简况1

1.1.2伺服系统的发展现状4

1.2伺服系统的基本概念7

1.2.1名词概念7

1.2.2伺服系统的定义8

1.2.3伺服系统的基本特性8

1.2.4伺服系统的控制方式10

1.3伺服系统的分类、特点、工作原理及组成12

1.3.1伺服系统的分类12

1.3.2伺服系统的特点14

1.3.3伺服系统的工作原理14

1.3.4伺服系统的组成17

1.4伺服系统的主要技术指标18

1.4.1位置伺服系统的主要技术指标18

1.4.2速度伺服系统的主要技术要求19

1.5液压、气动和电气伺服系统的对比20

1.6伺服系统的应用25

第2章 伺服系统典型检测元件27

2.1位移检测元件27

2.1.1电阻式电位器28

2.1.2旋转变压器29

2.1.3感应同步器32

2.1.4自整角机33

2.1.5编码器37

2.1.6光栅42

2.1.7磁尺46

2.2速度检测元件49

2.2.1直流测速发电机49

2.2.2交流测速发电机51

2.2.3霍尔转速传感器52

2.2.4基于脉冲信号的数字测速方法52

2.3力传感器及转矩测量元件56

2.3.1力传感器56

2.3.2转矩测量元件59

第3章 伺服系统静态设计的基本方法63

3.1设计概述63

3.1.1全面理解设计要求63

3.1.2拟订控制方案、绘制系统原理图64

3.2负载特性65

3.2.1几种典型负载65

3.3等效负载的计算66

3.3.1系统等效转动惯量Jdx的计算67

3.3.2等效负载转矩的计算67

3.3.3等效刚度的计算69

3.4负载特性分析70

3.5负载匹区配72

3.5.1液压伺服系统的负载匹配方法73

3.6执行元件的选择74

3.6.1液压缸、液压马达的选择75

3.6.2伺服电动机的选择计算76

3.7信号检测、转换及放大和电源等装置的选择与设计93

第4章 伺服系统的性能指标与品质提高的方法94

4.1伺服系统的性能指标94

4.1.1伺服系统的稳定性94

4.1.2伺服系统的稳态误差96

4.1.3伺服系统动态特性99

4.2伺服系统的线性校正技术101

4.2.1串联校正101

4.2.2并联校正106

4.2.3局部反馈校正107

4.2.4复合校正111

4.3伺服系统的扰动补偿技术112

4.3.1前馈补偿在扰动补偿中的应用112

4.3.2模型跟踪在扰动补偿中的应用113

第5章 伺服系统的测试理论和方法115

5.1伺服系统的性能指标115

5.1.1频率特性115

5.1.2动态特性之间关系117

5.1.3静特性的定义117

5.2静特性测量与处理方法118

5.3频率特性测试方法概述121

5.3.1 止弦波扫频法121

5.3.2多频信号法122

5.3.3广谱测量法123

5.4频率特性计算方法及误差分析124

5.4.1算法简介124

5.4.2误差分析125

5.5脉冲响应求传递函数127

5.5.1射流元件的工作原理及测试原理127

5.5.2 测试系统的辨识129

5.6种测试系统的实现132

5.6.1信号发生器132

5.6.2采集处理133

第6章 电液伺服系统设计139

6.1电液伺服系统简介139

6.1.1电液伺服系统的分类139

6.1.2电液伺服系统基本组成及工作原理139

6.1.3电液伺服控制系统的优缺点141

6.2电液伺服阀141

6.2.1电液伺服阀的一般构成和分类141

6.2.2常用电液伺服阀的结构形式及其特点143

6.2.3电液服阀的主要性能参数146

6.2.4力反馈二级电液伺服阀150

6.2.5电液伺服阀的选型与使用152

6.2.6电液伺服阀故障分析153

6.3电液位置系统155

6.3.1系统的组成及框图155

6.3.2稳定性分析157

6.3.3闭环频率特性159

6.3.4系统的误差162

6.3.5改变系统参数以增加阻尼164

6.3.6系统校正165

6.4电液速度控制系统170

6.4.1速度控制系统框图171

6.4.2速度控制系统的控制方式173

6.5电液力（压力）控制系统174

6.5.1力控制系统的特性175

6.5.2压力控制系统简介178

6.6电液伺服系统设计180

6.6.1充分理解设计要求181

6.6.2确定控制系统方案182

6.6.3动力元件设计182

6.6.4反馈传感器的选择186

6.6.5确定系统框图187

6.6.6绘制系统开环伯德图并确定开环增益187

6.6.7系统静动态品质分析及确定校正特性187

6.7液压油源188

6.7.1液压油源的基本形式188

6.7.2液压油源的品质要求189

6.7.3液压油源的参数选择及负载匹配189

第7章 气动伺服系统设计191

7.1气动伺服阀的分类191

7.1.1气动滑阀191

7.1.2喷嘴-挡板阀193

7.1.3射流管阀194

7.1.4开关阀195

7.2射流管式伺服系统的性能分析196

7.2.1工作原理196

7.2.2系统的数字模型197

7.3阀系数的求解207

7.4阀的耗气量、输出功率及效率212

7.5射流管阀系统的设计213

7.6系统中一些关键参数的测试方法216

7.6.1力矩马达性能实验方法216

7.6.2射流管阀的力特性测试220

7.7气缸摩擦力的实验221

7.7.1测试方法221

7.7.2测试结果222

7.7.3实验分析223

7.8一种低压PWM气动伺服系统分析223

7.8.1系统的非线性模型的建立224

7.8.2系统非线性模型的线性化227

7.8.3系统性能分析233

7.8.4系统辨识234

第8章 直流伺服系统237

8.1直流伺服电动机237

8.1.1小惯量直流伺服电动机238

8.1.2直流力矩电动机241

8.1.3无刷直流电动机243

8.2直流调速系统247

8.2.1直流电动机调速的方法与稳态调速指标247

8.2.2转速负反馈有静差调速系统250

8.2.3电流截止负反馈调速系统254

8.2.4转速负反馈无静差调速系统256

8.2.5单闭环调速系统实例258

8.3双闭环直流调速系统259

8.3.1双闭环调速系统的组成和静态特性259

8.3.2转速、电流双闭环系统的动态性能263

8.3.3双闭环系统的抗干扰性能269

8.4脉宽调制（PWM）调速系统270

8.4.1脉宽调速系统（PWMS）的工作原理270

8.4.2脉宽调速系统的控制回路277

8.5位置伺服系统的分析与设计281

8.5.1自整角机位置伺服系统的组成和模型281

8.5.2位置伺服系统的稳态分析285

8.5.3位置控制系统的动态校正289

第9章 永磁交流伺服系统300

9.1概述300

9.2永磁同步电动机的结构及类型301

9.3永磁同步电动机的数学模型303

9.3.1坐标变换303

9.3.2三相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型305

9.3.3两相定子坐标系下永磁同步电动机数学模型307

9.3.4两相转子坐标系下永磁同步电动机数学模型308

9.4永磁同步电动机的控制方式309

9.4.1变压变频控制309

9.4.2矢量控制310

9.4.3直接转矩控制313

9.5永磁同步电动机的PWM技术315

9.5.1电流滞环跟踪PW M控制316

9.5.2正弦波脉宽调制技术316

9.5.3电压空间矢量脉冲调制技术319

9.5.4混合调制技术323

9.6永磁交流伺服系统与直流无刷电动机伺服系统的比较324

9.6.1功率密度和转矩惯量比325

9.6.2调速范围326

9.6.3转矩电流比327

9.6.4转矩脉动328

9.6.5位置反馈元件328

9.6.6逆变器容量329

9.6.7损耗及热容量329

9.7全数字永磁同步电动机驱动控制器的设计实例330

9.7.1驱动控制器系统设计331

9.7.2硬件电路设计332

9.7.3软件及控制算法设计340

参考文献345