小型交流伺服电机控制电路设计.pdf

小型交流伺服电机控制电路设计.pdf 很好的学习无刷电机和电机控制的书，希望看了不错的话还是支持正版PLC WORLD图字:01-2012-0416号内容简介本书主要介绍小型交流伺服电机的基本特性、设计方法及应用实例。主要内容包括交流伺服电机的基本原理、构造与特征,电机驱动电路,电机控制,反馈控制电路的设计,使用单片机控制交流伺服电机,驱动交流伺服电机的三相PwM控制回路,基于软件的伺服控制器的设计,基于汇编语言实现的伺服控制器高速化,交流伺服电机的控制实验等。书后还给出了与直流电机有关的专业名词解释,对于读者理解书中的内容有很大的帮助。本书内容实用性强、结构清晰合理、言简意赅,对实际操作有很强的指导性和借鉴意义。本书适合工科院校电子、电工等相关专业的师生参考阅读,同时适合作为广大电气从业人员的参考用书。图书在版编目(CIP数据小型交流伺服电机控制电路设计/(日)石岛胜著;薛亮,祝建俊译北京:科学出版社,2012ISBN978-7-03-035815-8I.小…Ⅱ.①石…②薛…③祝…Ⅲ.小型电机-交流伺服电机-控制电路电路设计Ⅳ,TM383.402中国版本图书馆CIP数据核字(2012)第248424号责任编辑:杨凯/责任制作:董立颖魏谨責任印制:赵德静/封面设计:卢雪娇此素东方科龙图文有鼠岔司制作httpr//www,okbook.com.en晕食出版北京东黄城根北街16号http://www.sciencep,com會剩厂印刷科学出版社发行各地新华书店经销013年1月第版开本:B5(720×1000)2013年1月第一次印刷印张:151/4印数:1-5000字数:225000定价:36.00元如有印装质量问题,我社负责调换PLC WORLD言本书是以月刊《晶体管技术》从2005年12月开始的特辑“电机的基础与实用控制电路设计”为基础,增添、修改完成的。希望能作为交流伺服电机的入门书与实用书奉献给读者控制电机需要广范围的知识与经验,不仅需要理解电机的原理与构造,更需要关于驱动方法以及控制电路的知识和经验。鉴于上述原因,本书能够传达给读者的内容非常多,涵盖众多领域技术我也考虑过是否应该限制一下涉及的领域,但是为了解说交流伺服电机的实际控制方法,还是保留了大部分必要内容本书主要涉及以下技术领域:(1)电机的构造和原理(2)强电。(3)微处理器的应用。(4)数字信号处理。(5)电机调整/控制。书中引用的数学式与程序代码,大部分都是以中学与高中学习过的三角函数及微积分作为基础的。本人是在设备制造厂工作的技术人员,在实际的设计中看到,与大学级别的高等数学相比,应用更多的是中学与高中级别的初等数学。希望各位能够通过本书理解这样的状况。本书的读者对象如下:(1)刚刚接触电子系统或者机械系统设计的工程师(2)亲自参与电机控制的非专业设计者。(3)研究电机及机器人等领域的工科生。PLC WORLD命●●前言若能够让年轻的技术者及研究者读到本书,则是作者的幸运。本书列举的电机控制主板是费了许多年月开发而已经商品化的东西。能够将电机驱动方法及控制回路的实践解说得如此详尽的书籍尚不多见,希望读者能感受到无法从教科书中得到的现实中的设计感觉。最后,我要感谢给了我这次机会并且与我共同努力了两年的《晶体管技术》编辑部及制作部的全体同仁PLC WORLD目录第1部分县础第1章交流伺服电机的基础………1.1本书的重点课题1.2本书中使用的交流伺服电机……………………………41.2.1代表性的交流伺服电机…41.2.2交流伺服电机的内部构造51.2.3交流伺服电机的用途………………51.3电机的构造及原理…………1.3.1直流电机的基本构造…………………………………………81.3.2直流电机的转动原理……………………91.3,3无刷直流电机的基本构造…………………101.3,4无刷电机的旋转原理4电机的分类与直流伺服电机在分类中所处的位置………………121.4,1直流伺服电机属于旋转电机……………………131.4.2交流伺服电机是有逆变器电路的交流电机…131.4.3交流伺服电机是同步电机………………1.4.4交流伺服电机的特征……………………………141.5伺服是什么……………………………………151.5.1伺服机构与伺服电机………………………………151.5.2直流伺服电机annett tt·t世t世世t世世世t:世世1.5.3RC伺服…………………………………161.5.4位置检出机构………世世t世世型“tttt世世世世ttt世世tttn181.5.5交流伺服电机的系统构成………………………………20PLC WORLD●目录第2章交流伺服电机的构造与特征2.1产生旋转力的原理…2.1.1有关磁铁的知识………2.1.2实际的电机……………………………………………232.1.3电机的恢复转矩和平衡点2.2旋转力与步进驱动………262.2.1制造旋转磁场的方法…………………………………………262.2.2使其连续的旋转……………………………262.2.3决定位置机构的特征……2.2.4控制位置………………………………………………282.2.5控制速度……92.3无刷直流电机驱动………………………………………………292.3.1让电机不停止地转动………………………………………292.3.2不会产生失步……………302.3.3检测转子的位置…2.3.4控制速度……………………………………………322.3.5控制位置………………………,……,,2.4交流电机驱动(正弦波驱动)2,4.1交流伺服电机驱动(正弦波驱动)的电流分配…3424.2交流伺服电机驱动(正弦波驱动)的转子位置检测…352,4.3很容易实现高旋转/高效率的电机驱动的无刷直流电机驱动……………………,………2.4.4很难实现高旋转/高效率的电机驱动的交流何服电机驱动…3725基于正弦波驱动的微步进驱动402.5.1三相正弦波驱动的稳定点……………,402.5.2转子的步进角不总是正确的………2.5.3抑制电机振动的效果……2.6有刷直流电机……IPLC WORLD目录●●●第3章电机驱动电路的基础"…………433.1电机驱动的基础知识…………………………………433.1.1力与转矩的关系………………………………433.1.2转矩和功率的关系…………13.1.3电机驱动的4象限运行过程…·世世t世主1453,1.4直流电机的等价电路…………3.1.5直流电机的转数可以通过电压控制……………………473.1.6线性放大器驱动和PWM放大器驱动………3.2电机的PWM驱动方法…523.2.1电桥电路PWM驱动的 MOSFET栅极驱动器电路的例子…533.2.2电桥PWM驱动方法的特征…………………….5432.3线性PWM驱动的 MOSFET栅极驱动器电路的例子……563.2.4线性PWM驱动方法的特征……………33基于PWM驱动的电机电流的检测方法……613.3.1直接测量电机线的方法(A方法)……………………,6233.2测量电压侧 MOSFET的电源和GND的电流的方法(B方法)…………………………………1633.3.3测量电源电流的方法(C方法)……3.3.4测量电机电流的电路实例(A方法)……………63第4章电机控制的基础……………654.1电机控制的基础知识………………………4.1.1拉普拉斯变换是什么?4.1.2传递函数是什么?……4.1.3方框图是什么?·,..··世数4.1.4电机的传递函数…和,,+“.·+++±世4.1.5转矩控制放大器的传递函数………694.1.6传感器的传递函数…4.1.7电机驱动部的传递函数2伺服控制器的作用……"""…………714.2.1位置控制的运作原理………,…,PLC WORLD●●●目录4.2.2速度控制的运作原理………………724.3数字信号处理的基础知识……………………………………7343.1延迟单元1/z…………………………………………………734,3.2连续系统传递函数和离散系统传递函数…1734,3.3数字滤波器的设计方法…………………………744.4数字滤波器设计帮助软件(DSP.EXE)…………………………764.4.1模拟滤波器设计…………………4.4.2解析模拟滤波器频率特性(c3)4.4.3sz变换(c4)…………7884.4.4解析数字滤波器频率特性(c5)…4.4.5数字滤波器参数的保存(c6)………………………………794.4.6数字PID控制器的设计(w7)………………………………804.4.7数字位置/速度环控制器的设计(w8)……………………804.5抓住滤波器设计的特征…………4.5,12次LPF的特征………………………………………814.5.22次陷波滤波器的特征……4.5.3PID控制器的特征……-4.5.4位置/速度环控制器的特征伺服控制器的系统设计………………………46.1伺服控制器的构成……4,6.2目标轨迹生成器,着国日暮1暮喜斗4,6.3系统延迟…………874.6.4反馈控制器售,,日康国国日和暮和a……………………884.6.5前馈控制器…………………………-…4.6.6输出滤波器……………………88第2部分画用篇第5章使用单片机控制交流伺服电机的基础∴………915.1H8S/2367F和 CoolRunner l的主要特征…915.1.116bit高速H8S/2000CPU……………………………………91PLC WORLD目录●●●5.1.2丰富的周边功能……………………………925.1.3 CoolRunnerll(XC2C256)的主要特征………………………925.2单片机的使用方法…5.2.1PWM信号的产生方法……5.2.2DMA的使用方法……………………5.2.3DTC的使用方法……………………………975.2.4环路计算用的时基的产生方法………………52.5中断控制器的使用方法…………………………110052.6增计数的产生方法………1015,2.7实时通信接口(SCI的使用方法…1023PLD的使用方法…1035.3.1CPLD及FPGA…………………………10353.2CPID的设计工具………53.3设计中的注意点………,++,+,5.4交流伺服电机控制回路的系统设计………………………1045.4.1设计目标………………………………1045.4.2三相正弦波PWM驱动……………………………1045.4.3自增计数器………5.4.4PWM频率1065.4.5电流环频率5.4.6伺服环频率…………………………………1065.4.7电机电流检出频率………107第6章驱动交流伺服电机的三相PwM控制回路的实践1086.1设计参数1086.1.1控制部分的参数6.1.2驱动部分的参数……1086.2使用部件及电路的选定……………11096.2.1 MOSFET的确定…………………………………………1096.2.2 MOSFET栅极驱动电路…110