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第1章 高级运动控制系统概论1

1.1引言1

1.2全数字高精智能型伺服系统驱动技术发展方向6

1.3运动控制系统的发展历程11

1.4目前伺服运动控制产品的主要应用行业分析15

习题19

第2章 伺服运动控制系统检测技术及元件20

2.1检测系统20

2.2传感器技术21

2.2.1传感器分类21

2.2.2基础效应23

2.2.3新型敏感材料25

2.2.4新加工工艺26

2.2.5新型传感器件27

2.3现代检测技术31

2.3.1软测量技术31

2.3.2图像检测系统31

2.3.3智能检测32

2.3.4虚拟仪器检测技术33

2.4检测元件33

2.4.1旋转变压器33

2.4.2感应同步器35

2.4.3脉冲编码器39

2.4.4光栅42

2.4.5磁尺44

习题48

第3章 交流伺服运动控制系统模型及仿真分析49

3.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统49

3.1.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统简介49

3.1.2永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成50

3.2 PMSM伺服系统的数学模型60

3.2.1 PMSM的基本结构及种类60

3.2.2 PMSM的数学模型61

3.2.3 PMSM等效电路63

3.2.4 PMSM的矢量控制原理64

3.2.5 PMSM的id=0矢量控制方式65

3.2.6 PMSM解耦状态方程66

3.3 PMSM伺服运动控制系统电流环设计66

3.3.1影响电流环性能的主要因素分析66

3.3.2电流环PI综合设计68

3.4 PMSM伺服运动控制系统速度环设计70

3.4.1速度环PI综合设计70

3.4.2滑模变结构基本原理71

3.4.3 PMSM伺服运动控制系统速度环的变结构设计73

3.5 PMSM伺服运动控制系统位置环设计74

3.5.1变结构控制在伺服运动控制系统中的应用剖析74

3.5.2 PMSM伺服运动控制系统位置环的变结构设计75

3.6 PMSM伺服运动控制系统仿真分析76

3.6.1基于矢量控制的电流滞环仿真分析76

3.6.2伺服运动控制系统变结构仿真80

习题82

第4章 基于DSP、 FPGA和ARM的运动控制系统83

4.1嵌入式运动控制系统的发展现状及发展方向83

4.1.1何谓嵌入式系统83

4.1.2嵌入式运动控制系统简介83

4.1.3嵌入式系统的优势83

4.1.4嵌入式系统的发展现状及趋势84

4.2基于DSP的交流伺服系统的设计85

4.2.1 DSP技术的简介与发展概况85

4.2.2基于DSP控制系统的总体结构85

4.2.3基于DSP控制系统的硬件设计86

4.2.4基于DSP控制系统的软件设计91

4.2.5基于DSP控制系统的测试94

4.3基于FPGA的PMSM控制系统设计94

4.3.1 FPGA技术的简介与发展概况94

4.3.2基于FPGA控制系统的硬件设计96

4.3.3 PMSM的智能PID控制器的FPGA实现105

4.3.4基于FPGA控制系统的测试108

4.4基于ARM的运动控制系统设计与分析113

4.4.1 ARM技术的简介与发展概况113

4.4.2基于ARM的运动控制系统总体设计114

4.4.3基于ARM的运动控制系统硬件设计116

4.4.4基于ARM的运动控制系统软件设计120

4.4.5基于ARM的运动控制系统的性能测试与结果分析125

习题129

第5章 基于PC运动控制板卡的交流伺服运动控制系统130

5.1预备知识130

5.1.1伺服运动控制系统的组成130

5.1.2操作系统131

5.1.3实时多任务操作系统（iRMX）132

5.1.4操作系统对运动控制器的影响136

5.1.5伺服运动控制对控制系统的要求139

5.2 PC与伺服运动控制器的信息交换139

5.2.1 ISA总线与PCI总线139

5.2.2双口RAM142

5.2.3 IDT71321应用举例143

5.2.4基于PC ISA的运动控制板卡145

5.2.5基于PC PCI的运动控制卡147

5.3伺服运动控制系统的采样周期149

5.3.1信息变换原理149

5.3.2采样过程及采样函数的数学表示150

5.3.3采样函数的频谱分析及采样定理151

5.3.4采样周期T对运动控制器的影响154

5.4基于PC与基于PLC运动控制器的比较155

5.5基于PC的伺服运动控制系统设计分析156

5.5.1上位计算机的选择156

5.5.2运动控制器板卡的设计分析157

5.5.3驱动器、反馈元件的设计分析158

5.5.4伺服电机的设计分析158

5.6基于PC的伺服运动控制系统举例159

5.6.1 PAMC开放式运动控制卡在数控系统中的应用159

5.6.2 TRIO运动控制卡162

5.6.3 PCIMC-3A及PCIMC-3B三轴雕刻机控制卡167

习题172

第6章 基于现场总线的高级运动控制系统173

6.1基于CANbus总线的交流伺服运动控制系统173

6.1.1 CAN总线的概述173

6.1.2 CAN总线的分层结构174

6.1.3基于CAN总线高级运动控制系统的硬件设计177

6.1.4基于CAN总线高级运动控制系统的软件设计184

6.1.5基于POWERLINK总线的高级运动控制系统应用案例187

6.2基于POWERLINK总线的高级运动控制系统193

6.2.1 POWERLINK总线的概述193

6.2.2 POWERLINK总线的协议概述196

6.2.3基于POWERLINK总线参考模型198

6.2.4 POWERLINK功能及技术实现204

6.2.5基于POWERLINK总线的高级运动控制系统应用案例209

6.3基于PROFIBUS总线的高级运动控制系统212

6.3.1 PROFIBUS总线的概述212

6.3.2 PROFIBUS总线通信协议213

6.3.3基于PROFIBUS总线高级运动控制系统的硬件设计220

6.3.4基于PROFIBUS总线高级运动控制系统的软件设计222

6.3.5基于PROFIBUS总线的高级运动控制系统应用案例228

6.4基于MECHATROLINK总线的高级运动控制系统230

6.4.1 MECHATROLINK-Ⅱ总线的概述230

6.4.2 MECHATROLINK总线的通信协议231

6.4.3基于MECHATROLINK总线的高级运动控制系统应用案例234

6.5基于CoDeSys编程开发平台237

6.5.1 CoDeSys的分层架构237

6.5.2 CoDeSys自动化开发平台中间件239

6.5.3 CoDeSys的运动控制模块241

6.5.4 CoDeSys项目应用案例242

习题249

第7章 工业机器人运动控制系统250

7.1工业机器人概述250

7.1.1工业机器人的定义与发展状况250

7.1.2工业机器人的基本组成252

7.1.3工业机器人的应用与技术要求254

7.1.4工业机器人轨迹规划及其研究现状257

7.2机器人的运动学和动力学模型259

7.2.1机器人的运动学模型259

7.2.2机器人的动力学模型266

7.3机器人运动轨迹规划271

7.3.1机器人轨迹规划的一般形式与常用方法271

7.3.2基于自适应神经模糊推理系统的机器人轨迹规划272

7.3.3基于势场法的机器人避障运动轨迹规划研究277

7.4工业机器人的典型案例分析286

7.4.1 KUKA机器人在汽车焊接中的应用286

7.4.2 ABB机器人激光切割系统应用290

7.4.3 FANUC焊接机器人控制系统应用分析294

7.4.4安川Motoman-HP20D机器人在施釉系统中的应用296

7.4.5悬臂式磁瓦机械手控制系统的设计与实现300

习题305

参考文献306