工业自动化中的驱动与控制 工业伺服和驱动基本原理 驱动与控制系统设计书 超精密机加工 微制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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店铺： 南京中译图书专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111550150

版次：1

商品编码：11105949326

预售出版时间2016-12月下旬左右

 

工业自动化中的驱动与控制

 

定价：￥69.00

作者：[新] 陈国强

I S B N ：978-7-111-55015-0

条码书号：9787111550150

上架日期：2016-12-6

出版日期：2016-12-1

版      次：1-1

出版社：机械工业出版社

原出版社：Springer

丛书名：国际制造业先进技术译丛

页    数：147    

内容简介

 

本书以工业伺服驱动技术和控制技术为主要内容，介绍了液压伺服系统、气动系统、电力驱动系统、压电驱动器和伺服驱动控制系统，书中详细介绍了各种工业伺服和驱动的基本原理、结构和特点，以及现场总线协议和通用现场总线。此外，本书总结了工业运动控制的发展趋势，特别是超精密机加工、微制造、微组装、精密计量测试及相应的驱动技术。本书的主要读者对象是对驱动、传感器、控制系统设计感兴趣的工程技术人员，尤其是那些致力于系统设计与控制同时需要在驱动与控制系统方面有很广知识面的技术人员，本书也非常适合作为“控制系统” “机电一体化系统设计” “工业驱动” “设备与传感器”等课程的教材。

 

译丛序言

 

译者序

 

前言

 

第1章伺服控制系统概述1

 

1.1伺服控制系统的目标1

 

1.2伺服控制单元4

 

1.2.1测量4

 

1.2.2驱动4

 

1.2.3功率调制5

 

1.2.4控制5

 

1.2.5系统集成6

 

第2章液压伺服和气动驱动7

 

2.1伺服液压和气动驱动概述7

 

2.2液压和气动驱动基础9

 

2.2.1基本定义和原理9

 

2.2.2液压油11

 

2.2.3流体驱动的优势12

 

2.3液体驱动系统的构成13

 

2.3.1主电源13

 

2.3.2液压泵13

 

2.3.3液压马达17

 

2.3.4液压活塞/液压缸20

 

2.3.5控制阀22

 

2.3.6传感器28

 

2.3.7辅助设备31

 

2.4基本液压回路34

 

2.4.1恒流系统34

 

2.4.2恒压系统34

 

2.4.3恒功率系统34

 

2.4.4液压回路的联锁35

 

第3章电力驱动系统36

 

3.1电力驱动概述36

 

3.2电动机38

 

3.2.1步进电动机39

 

3.2.2直流电动机42

 

3.2.3交流电动机45

 

3.2.4线性电动机50

 

3.3电力电子52

 

3.3.1直流-直流转换器53

 

3.3.2直流-交流转换器58

 

3.3.3交流-交流转换器60

 

3.3.4交流-直流转换器61

 

3.4传感器63

 

3.4.1位置测量63

 

3.4.2速度测量66

 

3.4.3加速度测量66

 

3.4.4转矩测量66

 

3.5电力驱动程序的配置67

 

第4章压电驱动器70

 

4.1固态驱动器和压电致动器70

 

4.2压电效应71

 

4.3非线性压电致动器73

 

4.4压电致动器的机械连接75

 

4.4.1缺口接头77

 

4.4.2交叉带轴和车轮铰链77

 

4.4.3被动接点78

 

4.4.4标准旋转接头79

 

4.4.5标准平移接头80

 

4.5应用实例80

 

第5章控制系统的伺服驱动器86

 

5.1开环控制与闭环控制86

 

5.2伺服控制器的挑战86

 

5.2.1系统设计87

 

5.2.2非线性动力学87

 

5.2.3扰动92

 

5.3伺服控制结构93

 

5.3.1轨迹发生器94

 

5.3.2反馈控制94

 

5.3.3前馈补偿103

 

5.3.4状态反馈观测器104

 

5.3.5陷波滤波器105

 

5.4实现106

 

5.4.1数字控制106

 

5.4.2模拟控制109

 

5.5IEC 61131-3编程标准110

 

5.5.1梯形图111

 

5.5.2指令列表（IL）112

 

5.5.3结构化文本（ST）112

 

5.5.4顺序功能图（SFC）113

 

5.5.5功能框图（FBD）114

 

5.5.6连续功能图（CFC）116

 

第6章数字通信协议117

 

6.1现场总线的发展117

 

6.1.1分布式控制系统117

 

6.1.2私有协议的问题120

 

6.2现场总线协议栈121

 

6.2.1物理层122

 

6.2.2链路层124

 

6.2.3网络层126

 

6.2.4应用层127

 

6.2.5用户层127

 

6.2.6遍历堆栈127

 

6.3通用现场总线127

 

6.3.1CANopen总线127

 

6.3.2过程现场总线128

 

6.3.3基础现场总线129

 

6.3.4火线130

 

6.3.5Sercos总线131

 

6.3.6以太网131

 

6.4液压/气动和电动驱动的应用132

 

6.4.1液压/气动驱动器的现场总线133

 

6.4.2电驱动装置的现场总线134

 

第7章运动控制的发展趋势135

 

7.1背景135

 

7.1.1纳米技术135

 

7.1.2生物技术135

 

7.2超精密加工136

 

7.2.1超精密主轴136

 

7.2.2准分子激光微加工137

 

7.3微制造138

 

7.3.1光刻技术138

 

7.3.2微机电系统(MEMS)138

 

7.4微组装138

 

7.5精密计量测试139

 

7.6驱动技术139

 

7.6.1微制造139

 

7.6.2微装配140

 

7.6.3微计量140

 

参考文献142

工业自动化之精细操控：电机、传动与精密加工的深度探索 在现代工业飞速发展的浪潮中，自动化已成为提升效率、降低成本、保证产品质量的关键驱动力。从大规模流水线到高度定制化的精密制造，背后都离不开精准、可靠且高效的驱动与控制技术。本书旨在深入剖析工业自动化领域的核心要素，特别是电机驱动、伺服系统的工作原理，以及与之紧密相连的超精密机加工和微制技术，为工程师、技术人员和研究者提供一套系统、详实的知识体系。 第一部分：工业驱动与伺服控制的基石 第一章 工业电机驱动概述 本章将从宏观层面介绍工业电机在自动化生产中的地位和作用。我们将探讨不同类型工业电机的特性、选择依据以及它们在各种工业场景下的应用。重点将放在直流电机和交流电机两大类，详细阐述它们的结构、工作原理、优缺点，以及在不同负载需求下的适应性。此外，本章还将简要介绍变频器（VFD）和软启动器等电机控制设备的基本功能和重要性，为后续深入理解伺服驱动奠定基础。 第二章 直流伺服系统原理剖析 直流伺服系统作为早期广泛应用的伺服技术，其基本原理至今仍是理解更复杂系统的基础。本章将详细讲解直流电机的动力学模型，包括其速度、位置和力矩的数学描述。在此基础上，我们将深入探讨直流伺服系统中常用的反馈传感器（如编码器、测速发电机）的工作原理，以及如何利用这些传感器实现闭环控制。PID（比例-积分-微分）控制器作为伺服系统中最为经典的控制算法，其理论推导、参数整定方法及其在直流伺服中的应用将得到详尽的阐述。本章还将分析直流伺服系统的动态响应特性，以及可能存在的稳定性问题和解决方法。 第三章 交流伺服系统深度解析 交流伺服系统凭借其高效率、高精度、高可靠性以及易于维护等优点，已成为当前工业自动化的主流选择。本章将重点介绍永磁同步电机（PMSM）和感应电机（IM）在伺服应用中的特性。我们将详细解析交流伺服驱动器（Servo Drive）的内部结构，包括功率变换器（如IGBT模块）、控制逻辑单元以及通信接口。针对PMSM，本章将深入讲解其工作原理，包括定子磁场与转子磁场的交互作用，以及如何通过矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）实现对电机转矩和速度的精确控制。FOC算法的原理、实现方式以及其在改善电机性能方面的优势将是本章的重点。此外，本章还将介绍其他先进的交流伺服控制策略，如直接转矩控制（DTC），并讨论伺服系统中的位置、速度和力矩环的协同工作。 第四章 伺服系统性能评估与调优 伺服系统的性能直接影响着自动化设备的整体表现。本章将从多个维度介绍如何评估伺服系统的性能。我们将定义并解释诸如带宽、响应时间、稳态误差、过冲、抖振等关键性能指标。在此基础上，本章将详细讲解伺服系统调优的系统化方法，包括不同控制器参数（如PID参数）的调整策略，以及如何通过仿真和实际测试来优化系统性能。针对实际应用中可能遇到的问题，如机械共振、死区效应、噪声干扰等，本章也将提供相应的分析和解决方案。 第五章 驱动与控制系统集成设计 将伺服驱动与具体应用场景的机械系统进行高效集成是实现自动化目标的关键。本章将探讨驱动器选型、电机匹配、减速器选择以及传动机构设计等环节。我们将分析不同应用对驱动和控制系统的具体要求，例如高速、高精度、大扭矩等，并提出相应的系统设计原则。本章还将涉及伺服系统与PLC（可编程逻辑控制器）、运动控制器等上位控制器的通信接口设计，以及工业以太网、CANopen等常用通信协议的应用。此外，安全控制（如安全扭矩关断STO）在现代驱动系统中的重要性也将得到强调。 第二部分：超精密加工与微制技术的支撑 第六章 超精密机加工原理与技术 超精密机加工是实现微纳米级别精度制造的关键。本章将介绍超精密机加工的基本概念和重要性，并深入探讨其所依赖的核心技术。我们将详细介绍超精密车削、超精密铣削、超精密磨削和抛光等加工工艺，解析它们在去除材料、获得光滑表面和高精度形状方面的原理。本章还将重点介绍超精密机床的特点，包括其高刚性结构、精密导轨、高性能主轴以及先进的运动控制系统。此外，光学干涉仪、原子力显微镜（AFM）等超精密测量技术在工件尺寸和表面形貌评估中的应用也将得到介绍。 第七章 微纳加工技术概览 微纳加工技术为制造微型设备和结构提供了可能，并在微电子、生物医学、光学等领域具有广泛应用。本章将对主流的微纳加工技术进行概览。我们将介绍光刻（Photolithography）技术，包括其基本原理、不同类型（如紫外光刻、深紫外光刻、极紫外光刻）以及在制造集成电路中的关键作用。此外，电子束光刻（EBL）、聚焦离子束（FIB）等先进光刻技术在更高分辨率制造中的应用也将进行探讨。本章还将介绍其他重要的微纳加工技术，如微注塑（Micro Injection Molding）、微成型（Micro Molding）、激光辅助微加工（Laser-Assisted Microfabrication）以及各种干湿法刻蚀技术。 第八章 材料与表面处理在精密制造中的应用 材料的选择和表面处理是实现精密加工和微制性能的关键。本章将探讨在超精密加工和微纳加工领域常用的材料，如金属、陶瓷、聚合物以及先进复合材料，并分析它们在机械性能、热稳定性、耐腐蚀性等方面的特点。本章还将重点介绍各种表面处理技术，如PVD（物理气相沉积）、CVD（化学气相沉积）、电镀、阳极氧化等，以及它们如何用于改善材料的硬度、耐磨性、导电性、光学特性或生物相容性。对材料微观结构和表面特性的理解，对于优化加工工艺和提升产品性能至关重要。 第九章 精密制造的质量控制与检测 确保精密制造产品的质量是自动化生产链条中的重要环节。本章将聚焦于精密制造过程中的质量控制策略和检测技术。我们将介绍各种高精度测量仪器和方法，包括接触式测量（如三坐标测量机CMM）、非接触式测量（如激光扫描、光学测量）以及对微纳尺寸的表征技术。此外，本章还将探讨在线监测、过程反馈控制等在精密制造中的应用，以实现实时质量控制和缺陷预防。统计过程控制（SPC）等质量管理工具在提升制造一致性方面的作用也将得到阐述。 第十章 驱动与精密制造的协同发展 驱动与控制技术是实现精密加工和微制的前提和保障。本章将探讨伺服驱动、运动控制系统与超精密机床、微纳加工设备之间的协同关系。我们将分析高精度伺服系统如何为超精密机床提供平稳、精确的运动控制，实现纳米级的定位精度和轨迹跟踪。本章还将探讨先进的运动控制算法，如前馈补偿、自适应控制等，在应对高速、高动态负载下的加工挑战中的作用。此外，工业物联网（IIoT）和大数据分析在监测驱动系统性能、预测设备故障以及优化加工参数方面的潜力也将被提及，展望驱动与精密制造协同发展的未来。 通过以上章节的深入探讨，本书旨在为读者构建一个关于工业自动化驱动与控制，以及精密制造技术的全面认识。从基础原理到前沿技术，从系统设计到实际应用，本书力求为相关领域的专业人士提供一套宝贵的参考资料，助力他们在不断发展的工业领域取得更大的成就。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是驱动与控制系统设计领域的宝藏！我是一位资深的系统工程师，在工作中经常会遇到各种复杂的驱动与控制难题，而这本书提供的解决方案和设计思路，着实让我眼前一亮。它深入剖析了工业伺服驱动系统的核心原理，从编码器的选择到PID参数的优化，再到复杂的运动轨迹生成，无一不包罗万象，并且讲解得鞭辟入里。书中对不同类型的伺服电机、驱动器以及控制器之间的匹配和集成进行了详尽的分析，对于如何构建一个高效、稳定且可靠的控制系统，提供了系统性的指导。我尤其欣赏书中关于安全性设计和故障诊断部分的论述，这在工业生产环境中至关重要。作者的叙述逻辑严谨，结构清晰，能够引导读者一步步地构建起完整的系统设计框架。许多在实际工作中难以解决的问题，通过阅读本书，仿佛拨云见日，豁然开朗。这本书不仅仅是技术手册，更像是一位经验丰富的设计大师在分享他的智慧结晶，对于任何希望提升驱动与控制系统设计能力的人来说，都具有无可估量的价值。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常具有前瞻性和启迪性的著作，它将工业自动化领域的驱动与控制技术，特别是伺服驱动和精密控制，推向了一个新的高度。我个人对工业伺服驱动在自动化生产线上的应用一直很感兴趣，而这本书在这方面给予了我极大的满足。它不仅涵盖了伺服驱动器的基本原理，如电机类型、编码器反馈、PID控制算法等，还进一步深入到一些更高级的主题，比如多轴协调运动控制、力矩补偿以及自适应控制在伺服系统中的应用。作者的讲解非常到位，逻辑清晰，能够循序渐进地引导读者理解复杂的概念。书中的一些章节，特别是关于高性能伺服系统在机器人、数控机床以及自动化生产线上的案例分析，让我对伺服驱动的强大能力有了更深刻的认识。同时，书中也提及了一些新兴的驱动技术和控制策略，预示着未来工业自动化的发展方向。对于任何希望在工业自动化领域深化理解，特别是对伺服驱动与控制系统有深入研究的专业人士，这本书都是不容错过的。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

一本引人入胜的工业自动化入门读物。这本书以其清晰易懂的语言和循序渐进的讲解，成功地将复杂的驱动与控制概念呈现在读者面前。从最基础的电气原理到复杂的伺服系统工作流程，作者都做了详尽的阐述。对于那些刚刚接触工业自动化领域的新手来说，这本书无疑是开启专业知识大门的钥匙。它并没有止步于理论的堆砌，而是通过大量的实际案例分析，让读者能够直观地理解理论知识是如何应用于实际生产中的。书中对各种常用驱动器的性能特点、选型依据以及维护保养也进行了深入的介绍，这对于实际操作人员来说具有极高的参考价值。更值得称道的是，作者在讲解过程中，充分考虑到了读者的接受程度，避免了过于深奥的技术术语，使得非专业背景的读者也能轻松理解。此外，书中还涉及了一些前沿的控制策略，如模糊控制和神经网络控制在驱动系统中的应用，这为有一定基础的读者提供了更广阔的视野。总而言之，这是一本集理论性、实践性和前瞻性于一体的优秀著作，强烈推荐给所有对工业自动化驱动与控制感兴趣的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

对于那些追求极致精度和微米级加工的工程师和研究者来说，这本书简直是及时雨。它聚焦于超精密机加工的驱动与控制技术，这在传统意义上的工业自动化书籍中是相对少见的。书中对实现超精密运动所需的独特驱动器类型，例如压电驱动器、直线电机以及磁悬浮电机等，进行了深入的探讨。作者详细解释了这些驱动器的工作原理，以及它们在微制加工中的具体应用，比如在半导体制造、微电子封装、光学器件加工等领域。更令人印象深刻的是，本书对于如何将这些高性能驱动器与高精度传感器、实时控制算法相结合，以实现亚微米甚至纳米级的定位精度，给出了具体的方案和优化策略。书中的案例分析，涵盖了各种复杂的三维形貌的超精密加工，例如纳米压印、微流控芯片制造等，展示了理论与实践的完美结合。对于我们这些在精密领域摸索的工程师来说，这不仅仅是知识的传递，更是灵感的启迪。