工業自動化中的驅動與控製 工業伺服和驅動基本原理 驅動與控製係統設計書 超精密機加工 微製 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 工業自動化
• 伺服驅動
• 運動控製
• 精密機加工
• 微製造
• 控製係統設計
• 電機驅動
• 工業控製
• 自動化技術
• 機械工程

店鋪： 南京中譯圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111550150

版次：1

商品編碼：11105949326

預售齣版時間2016-12月下旬左右

 

工業自動化中的驅動與控製

 

定價：￥69.00

作者：[新] 陳國強

I S B N ：978-7-111-55015-0

條碼書號：9787111550150

上架日期：2016-12-6

齣版日期：2016-12-1

版      次：1-1

齣版社：機械工業齣版社

原齣版社：Springer

叢書名：國際製造業先進技術譯叢

頁    數：147    

內容簡介

 

本書以工業伺服驅動技術和控製技術為主要內容，介紹瞭液壓伺服係統、氣動係統、電力驅動係統、壓電驅動器和伺服驅動控製係統，書中詳細介紹瞭各種工業伺服和驅動的基本原理、結構和特點，以及現場總綫協議和通用現場總綫。此外，本書總結瞭工業運動控製的發展趨勢，特彆是超精密機加工、微製造、微組裝、精密計量測試及相應的驅動技術。本書的主要讀者對象是對驅動、傳感器、控製係統設計感興趣的工程技術人員，尤其是那些緻力於係統設計與控製同時需要在驅動與控製係統方麵有很廣知識麵的技術人員，本書也非常適閤作為“控製係統” “機電一體化係統設計” “工業驅動” “設備與傳感器”等課程的教材。

 

譯叢序言

 

譯者序

 

前言

 

第1章伺服控製係統概述1

 

1.1伺服控製係統的目標1

 

1.2伺服控製單元4

 

1.2.1測量4

 

1.2.2驅動4

 

1.2.3功率調製5

 

1.2.4控製5

 

1.2.5係統集成6

 

第2章液壓伺服和氣動驅動7

 

2.1伺服液壓和氣動驅動概述7

 

2.2液壓和氣動驅動基礎9

 

2.2.1基本定義和原理9

 

2.2.2液壓油11

 

2.2.3流體驅動的優勢12

 

2.3液體驅動係統的構成13

 

2.3.1主電源13

 

2.3.2液壓泵13

 

2.3.3液壓馬達17

 

2.3.4液壓活塞/液壓缸20

 

2.3.5控製閥22

 

2.3.6傳感器28

 

2.3.7輔助設備31

 

2.4基本液壓迴路34

 

2.4.1恒流係統34

 

2.4.2恒壓係統34

 

2.4.3恒功率係統34

 

2.4.4液壓迴路的聯鎖35

 

第3章電力驅動係統36

 

3.1電力驅動概述36

 

3.2電動機38

 

3.2.1步進電動機39

 

3.2.2直流電動機42

 

3.2.3交流電動機45

 

3.2.4綫性電動機50

 

3.3電力電子52

 

3.3.1直流-直流轉換器53

 

3.3.2直流-交流轉換器58

 

3.3.3交流-交流轉換器60

 

3.3.4交流-直流轉換器61

 

3.4傳感器63

 

3.4.1位置測量63

 

3.4.2速度測量66

 

3.4.3加速度測量66

 

3.4.4轉矩測量66

 

3.5電力驅動程序的配置67

 

第4章壓電驅動器70

 

4.1固態驅動器和壓電緻動器70

 

4.2壓電效應71

 

4.3非綫性壓電緻動器73

 

4.4壓電緻動器的機械連接75

 

4.4.1缺口接頭77

 

4.4.2交叉帶軸和車輪鉸鏈77

 

4.4.3被動接點78

 

4.4.4標準鏇轉接頭79

 

4.4.5標準平移接頭80

 

4.5應用實例80

 

第5章控製係統的伺服驅動器86

 

5.1開環控製與閉環控製86

 

5.2伺服控製器的挑戰86

 

5.2.1係統設計87

 

5.2.2非綫性動力學87

 

5.2.3擾動92

 

5.3伺服控製結構93

 

5.3.1軌跡發生器94

 

5.3.2反饋控製94

 

5.3.3前饋補償103

 

5.3.4狀態反饋觀測器104

 

5.3.5陷波濾波器105

 

5.4實現106

 

5.4.1數字控製106

 

5.4.2模擬控製109

 

5.5IEC 61131-3編程標準110

 

5.5.1梯形圖111

 

5.5.2指令列錶（IL）112

 

5.5.3結構化文本（ST）112

 

5.5.4順序功能圖（SFC）113

 

5.5.5功能框圖（FBD）114

 

5.5.6連續功能圖（CFC）116

 

第6章數字通信協議117

 

6.1現場總綫的發展117

 

6.1.1分布式控製係統117

 

6.1.2私有協議的問題120

 

6.2現場總綫協議棧121

 

6.2.1物理層122

 

6.2.2鏈路層124

 

6.2.3網絡層126

 

6.2.4應用層127

 

6.2.5用戶層127

 

6.2.6遍曆堆棧127

 

6.3通用現場總綫127

 

6.3.1CANopen總綫127

 

6.3.2過程現場總綫128

 

6.3.3基礎現場總綫129

 

6.3.4火綫130

 

6.3.5Sercos總綫131

 

6.3.6以太網131

 

6.4液壓/氣動和電動驅動的應用132

 

6.4.1液壓/氣動驅動器的現場總綫133

 

6.4.2電驅動裝置的現場總綫134

 

第7章運動控製的發展趨勢135

 

7.1背景135

 

7.1.1納米技術135

 

7.1.2生物技術135

 

7.2超精密加工136

 

7.2.1超精密主軸136

 

7.2.2準分子激光微加工137

 

7.3微製造138

 

7.3.1光刻技術138

 

7.3.2微機電係統(MEMS)138

 

7.4微組裝138

 

7.5精密計量測試139

 

7.6驅動技術139

 

7.6.1微製造139

 

7.6.2微裝配140

 

7.6.3微計量140

 

參考文獻142

工業自動化之精細操控：電機、傳動與精密加工的深度探索 在現代工業飛速發展的浪潮中，自動化已成為提升效率、降低成本、保證産品質量的關鍵驅動力。從大規模流水綫到高度定製化的精密製造，背後都離不開精準、可靠且高效的驅動與控製技術。本書旨在深入剖析工業自動化領域的核心要素，特彆是電機驅動、伺服係統的工作原理，以及與之緊密相連的超精密機加工和微製技術，為工程師、技術人員和研究者提供一套係統、詳實的知識體係。 第一部分：工業驅動與伺服控製的基石 第一章 工業電機驅動概述 本章將從宏觀層麵介紹工業電機在自動化生産中的地位和作用。我們將探討不同類型工業電機的特性、選擇依據以及它們在各種工業場景下的應用。重點將放在直流電機和交流電機兩大類，詳細闡述它們的結構、工作原理、優缺點，以及在不同負載需求下的適應性。此外，本章還將簡要介紹變頻器（VFD）和軟啓動器等電機控製設備的基本功能和重要性，為後續深入理解伺服驅動奠定基礎。 第二章 直流伺服係統原理剖析 直流伺服係統作為早期廣泛應用的伺服技術，其基本原理至今仍是理解更復雜係統的基礎。本章將詳細講解直流電機的動力學模型，包括其速度、位置和力矩的數學描述。在此基礎上，我們將深入探討直流伺服係統中常用的反饋傳感器（如編碼器、測速發電機）的工作原理，以及如何利用這些傳感器實現閉環控製。PID（比例-積分-微分）控製器作為伺服係統中最為經典的控製算法，其理論推導、參數整定方法及其在直流伺服中的應用將得到詳盡的闡述。本章還將分析直流伺服係統的動態響應特性，以及可能存在的穩定性問題和解決方法。 第三章 交流伺服係統深度解析 交流伺服係統憑藉其高效率、高精度、高可靠性以及易於維護等優點，已成為當前工業自動化的主流選擇。本章將重點介紹永磁同步電機（PMSM）和感應電機（IM）在伺服應用中的特性。我們將詳細解析交流伺服驅動器（Servo Drive）的內部結構，包括功率變換器（如IGBT模塊）、控製邏輯單元以及通信接口。針對PMSM，本章將深入講解其工作原理，包括定子磁場與轉子磁場的交互作用，以及如何通過矢量控製（Field-Oriented Control, FOC）實現對電機轉矩和速度的精確控製。FOC算法的原理、實現方式以及其在改善電機性能方麵的優勢將是本章的重點。此外，本章還將介紹其他先進的交流伺服控製策略，如直接轉矩控製（DTC），並討論伺服係統中的位置、速度和力矩環的協同工作。 第四章 伺服係統性能評估與調優 伺服係統的性能直接影響著自動化設備的整體錶現。本章將從多個維度介紹如何評估伺服係統的性能。我們將定義並解釋諸如帶寬、響應時間、穩態誤差、過衝、抖振等關鍵性能指標。在此基礎上，本章將詳細講解伺服係統調優的係統化方法，包括不同控製器參數（如PID參數）的調整策略，以及如何通過仿真和實際測試來優化係統性能。針對實際應用中可能遇到的問題，如機械共振、死區效應、噪聲乾擾等，本章也將提供相應的分析和解決方案。 第五章 驅動與控製係統集成設計 將伺服驅動與具體應用場景的機械係統進行高效集成是實現自動化目標的關鍵。本章將探討驅動器選型、電機匹配、減速器選擇以及傳動機構設計等環節。我們將分析不同應用對驅動和控製係統的具體要求，例如高速、高精度、大扭矩等，並提齣相應的係統設計原則。本章還將涉及伺服係統與PLC（可編程邏輯控製器）、運動控製器等上位控製器的通信接口設計，以及工業以太網、CANopen等常用通信協議的應用。此外，安全控製（如安全扭矩關斷STO）在現代驅動係統中的重要性也將得到強調。 第二部分：超精密加工與微製技術的支撐 第六章 超精密機加工原理與技術 超精密機加工是實現微納米級彆精度製造的關鍵。本章將介紹超精密機加工的基本概念和重要性，並深入探討其所依賴的核心技術。我們將詳細介紹超精密車削、超精密銑削、超精密磨削和拋光等加工工藝，解析它們在去除材料、獲得光滑錶麵和高精度形狀方麵的原理。本章還將重點介紹超精密機床的特點，包括其高剛性結構、精密導軌、高性能主軸以及先進的運動控製係統。此外，光學乾涉儀、原子力顯微鏡（AFM）等超精密測量技術在工件尺寸和錶麵形貌評估中的應用也將得到介紹。 第七章 微納加工技術概覽 微納加工技術為製造微型設備和結構提供瞭可能，並在微電子、生物醫學、光學等領域具有廣泛應用。本章將對主流的微納加工技術進行概覽。我們將介紹光刻（Photolithography）技術，包括其基本原理、不同類型（如紫外光刻、深紫外光刻、極紫外光刻）以及在製造集成電路中的關鍵作用。此外，電子束光刻（EBL）、聚焦離子束（FIB）等先進光刻技術在更高分辨率製造中的應用也將進行探討。本章還將介紹其他重要的微納加工技術，如微注塑（Micro Injection Molding）、微成型（Micro Molding）、激光輔助微加工（Laser-Assisted Microfabrication）以及各種乾濕法刻蝕技術。 第八章 材料與錶麵處理在精密製造中的應用 材料的選擇和錶麵處理是實現精密加工和微製性能的關鍵。本章將探討在超精密加工和微納加工領域常用的材料，如金屬、陶瓷、聚閤物以及先進復閤材料，並分析它們在機械性能、熱穩定性、耐腐蝕性等方麵的特點。本章還將重點介紹各種錶麵處理技術，如PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學氣相沉積）、電鍍、陽極氧化等，以及它們如何用於改善材料的硬度、耐磨性、導電性、光學特性或生物相容性。對材料微觀結構和錶麵特性的理解，對於優化加工工藝和提升産品性能至關重要。 第九章 精密製造的質量控製與檢測 確保精密製造産品的質量是自動化生産鏈條中的重要環節。本章將聚焦於精密製造過程中的質量控製策略和檢測技術。我們將介紹各種高精度測量儀器和方法，包括接觸式測量（如三坐標測量機CMM）、非接觸式測量（如激光掃描、光學測量）以及對微納尺寸的錶徵技術。此外，本章還將探討在綫監測、過程反饋控製等在精密製造中的應用，以實現實時質量控製和缺陷預防。統計過程控製（SPC）等質量管理工具在提升製造一緻性方麵的作用也將得到闡述。 第十章 驅動與精密製造的協同發展 驅動與控製技術是實現精密加工和微製的前提和保障。本章將探討伺服驅動、運動控製係統與超精密機床、微納加工設備之間的協同關係。我們將分析高精度伺服係統如何為超精密機床提供平穩、精確的運動控製，實現納米級的定位精度和軌跡跟蹤。本章還將探討先進的運動控製算法，如前饋補償、自適應控製等，在應對高速、高動態負載下的加工挑戰中的作用。此外，工業物聯網（IIoT）和大數據分析在監測驅動係統性能、預測設備故障以及優化加工參數方麵的潛力也將被提及，展望驅動與精密製造協同發展的未來。 通過以上章節的深入探討，本書旨在為讀者構建一個關於工業自動化驅動與控製，以及精密製造技術的全麵認識。從基礎原理到前沿技術，從係統設計到實際應用，本書力求為相關領域的專業人士提供一套寶貴的參考資料，助力他們在不斷發展的工業領域取得更大的成就。

評分☆☆☆☆☆

這本書絕對是驅動與控製係統設計領域的寶藏！我是一位資深的係統工程師，在工作中經常會遇到各種復雜的驅動與控製難題，而這本書提供的解決方案和設計思路，著實讓我眼前一亮。它深入剖析瞭工業伺服驅動係統的核心原理，從編碼器的選擇到PID參數的優化，再到復雜的運動軌跡生成，無一不包羅萬象，並且講解得鞭闢入裏。書中對不同類型的伺服電機、驅動器以及控製器之間的匹配和集成進行瞭詳盡的分析，對於如何構建一個高效、穩定且可靠的控製係統，提供瞭係統性的指導。我尤其欣賞書中關於安全性設計和故障診斷部分的論述，這在工業生産環境中至關重要。作者的敘述邏輯嚴謹，結構清晰，能夠引導讀者一步步地構建起完整的係統設計框架。許多在實際工作中難以解決的問題，通過閱讀本書，仿佛撥雲見日，豁然開朗。這本書不僅僅是技術手冊，更像是一位經驗豐富的設計大師在分享他的智慧結晶，對於任何希望提升驅動與控製係統設計能力的人來說，都具有無可估量的價值。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常具有前瞻性和啓迪性的著作，它將工業自動化領域的驅動與控製技術，特彆是伺服驅動和精密控製，推嚮瞭一個新的高度。我個人對工業伺服驅動在自動化生産綫上的應用一直很感興趣，而這本書在這方麵給予瞭我極大的滿足。它不僅涵蓋瞭伺服驅動器的基本原理，如電機類型、編碼器反饋、PID控製算法等，還進一步深入到一些更高級的主題，比如多軸協調運動控製、力矩補償以及自適應控製在伺服係統中的應用。作者的講解非常到位，邏輯清晰，能夠循序漸進地引導讀者理解復雜的概念。書中的一些章節，特彆是關於高性能伺服係統在機器人、數控機床以及自動化生産綫上的案例分析，讓我對伺服驅動的強大能力有瞭更深刻的認識。同時，書中也提及瞭一些新興的驅動技術和控製策略，預示著未來工業自動化的發展方嚮。對於任何希望在工業自動化領域深化理解，特彆是對伺服驅動與控製係統有深入研究的專業人士，這本書都是不容錯過的。

評分☆☆☆☆☆

對於那些追求極緻精度和微米級加工的工程師和研究者來說，這本書簡直是及時雨。它聚焦於超精密機加工的驅動與控製技術，這在傳統意義上的工業自動化書籍中是相對少見的。書中對實現超精密運動所需的獨特驅動器類型，例如壓電驅動器、直綫電機以及磁懸浮電機等，進行瞭深入的探討。作者詳細解釋瞭這些驅動器的工作原理，以及它們在微製加工中的具體應用，比如在半導體製造、微電子封裝、光學器件加工等領域。更令人印象深刻的是，本書對於如何將這些高性能驅動器與高精度傳感器、實時控製算法相結閤，以實現亞微米甚至納米級的定位精度，給齣瞭具體的方案和優化策略。書中的案例分析，涵蓋瞭各種復雜的三維形貌的超精密加工，例如納米壓印、微流控芯片製造等，展示瞭理論與實踐的完美結閤。對於我們這些在精密領域摸索的工程師來說，這不僅僅是知識的傳遞，更是靈感的啓迪。

評分☆☆☆☆☆

一本引人入勝的工業自動化入門讀物。這本書以其清晰易懂的語言和循序漸進的講解，成功地將復雜的驅動與控製概念呈現在讀者麵前。從最基礎的電氣原理到復雜的伺服係統工作流程，作者都做瞭詳盡的闡述。對於那些剛剛接觸工業自動化領域的新手來說，這本書無疑是開啓專業知識大門的鑰匙。它並沒有止步於理論的堆砌，而是通過大量的實際案例分析，讓讀者能夠直觀地理解理論知識是如何應用於實際生産中的。書中對各種常用驅動器的性能特點、選型依據以及維護保養也進行瞭深入的介紹，這對於實際操作人員來說具有極高的參考價值。更值得稱道的是，作者在講解過程中，充分考慮到瞭讀者的接受程度，避免瞭過於深奧的技術術語，使得非專業背景的讀者也能輕鬆理解。此外，書中還涉及瞭一些前沿的控製策略，如模糊控製和神經網絡控製在驅動係統中的應用，這為有一定基礎的讀者提供瞭更廣闊的視野。總而言之，這是一本集理論性、實踐性和前瞻性於一體的優秀著作，強烈推薦給所有對工業自動化驅動與控製感興趣的朋友們。

評分☆☆☆☆☆

這本書為我打開瞭一個全新的微製世界！我一直對微納科技的魅力充滿好奇，而這本書則以一種非常具體和技術性的方式，將我的好奇心引嚮瞭驅動與控製的根本。它不僅僅是介紹瞭微製品的概念，更是深入挖掘瞭驅動與控製技術在微製加工中的關鍵作用。從微型執行器的工作原理，如MEMS（微機電係統）中的微型伺服，到微觀尺度下對力、位移的精確控製，這本書都進行瞭細緻入微的講解。作者通過生動的圖示和詳實的案例，展示瞭如何利用先進的驅動與控製技術，實現微小尺度下的復雜製造過程，比如微注射成型、微3D打印以及微觀光學器件的組裝。它強調瞭在微尺度下，傳統宏觀世界的物理定律和控製策略可能會發生變化，需要新的方法和技術來應對。這本書對於那些希望在微納科技領域進行研發或創新的讀者來說，是一份寶貴的參考資料，它指明瞭技術發展的方嚮，並提供瞭實現路徑。