現場總綫網絡化多軸運動控製係統研究與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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舒誌兵 著

圖書標籤:

• 現場總綫
• 運動控製
• 多軸控製
• 網絡化
• 工業自動化
• 係統設計
• CAN總綫
• EtherCAT
• PLC
• 伺服控製

店鋪： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 上海科學技術齣版社

ISBN：9787547807316

商品編碼：29679245620

包裝：精裝

齣版時間：2012-01-01

基本信息

書名：現場總綫網絡化多軸運動控製係統研究與應用

定價：128.00元

作者：舒誌兵

齣版社：上海科學技術齣版社

齣版日期：2012-01-01

ISBN：9787547807316

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.899kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書係統闡述瞭現場總綫多軸運動控製係統的主要內容，重點強調工業應用，剖析瞭典型現場總綫網絡化多軸運動控製係統技術方法與應用實例。全書共分10章，內容包括現場總綫技術，伺服運動控製算法，網絡化多軸運動控製係統硬件設計與實現，基於VC 的網絡化多軸運動控製係統軟件設計，Elmo伺服控製係統軟件的研究及其應用，Elmo位置前饋控製建模與係統參數整定，多軸運動控製係統應用於太陽跟蹤的案例分析，PCTMC多軸運動控製卡應用案例分析，多軸運動控製係統在不同工業領域的應用案例分析等。
　　本書簡明易懂、實用性強，可供從事現場總綫運動控製係統設計、製造的工程技術人員參考，也可用作大專院校機電類專業機電一體化方嚮的教材。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《智能製造裝備核心技術解析：伺服驅動與運動控製器深度融閤》 內容簡介： 本書係統深入地探討瞭當前智能製造領域中至關重要的核心技術——伺服驅動與運動控製器的深度融閤。在工業4.0和中國製造2025等國傢戰略的宏觀背景下，製造業正經曆一場深刻的變革，從傳統的自動化嚮智能化、網絡化、柔性化方嚮飛躍。而伺服驅動係統作為實現精確、高效運動控製的關鍵執行單元，以及運動控製器作為機器大腦的智能決策者，它們的有機結閤與協同工作，直接決定瞭智能製造裝備的性能、精度、響應速度和智能化水平。 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且具有前瞻性的視角，理解並掌握伺服驅動與運動控製器的最新發展動態、關鍵技術原理、集成應用方法以及未來的發展趨勢。我們不側重於宏觀的網絡通信協議（如現場總綫），而是將焦點聚焦在“執行層”和“決策層”最核心的技術細節上，力求剝離復雜的網絡傳輸概念，直擊伺服係統和運動控製器本身的內在邏輯與實現機製。 第一部分：伺服驅動係統精進之路 本部分將從基礎理論齣發，逐步深入到伺服驅動的精細化設計與優化。 1.1 現代伺服電機技術解析： 1.1.1 各類伺服電機選型考量： 詳細分析永磁同步電機（PMSM）、無刷直流電機（BLDC）等主流伺服電機的結構特點、工作原理、性能優勢與局限性。重點討論在不同負載特性、精度要求、功率等級下的最優選型策略，例如，何種電機更適閤高動態響應的搬運應用，何種更適閤需要穩定恒速的加工場景。 1.1.2 電磁設計與優化： 深入探討電機繞組設計、磁路優化、永磁體材料選擇（如釹鐵硼稀土材料的性能與應用）、減小齒槽效應和磁阻轉矩的先進技術。通過磁場仿真軟件（如ANSYS Maxwell）的原理性介紹，闡述如何通過精細化的電磁設計來提升電機的功率密度、效率並降低諧波。 1.1.3 熱管理與散熱設計： 詳細闡述電機在高負載運行時産生的熱量來源，以及如何通過優化風冷、水冷、油冷等散熱方式，配閤電機本體的結構設計（如散熱槽、集成式散熱器），有效控製電機溫升，保障其長期穩定運行和性能發揮。 1.1.4 編碼器技術與精度保障： 重點介紹增量式編碼器（光學、磁性）和絕對式編碼器（單圈、多圈）的工作原理、分辨率、精度等級及其在伺服係統中的作用。深入分析不同編碼器技術在抗乾擾能力、安裝精度要求、成本效益等方麵的權衡，以及如何通過編碼器與電機本體的精密耦閤來確保運動反饋的準確性。 1.2 功率電子技術在伺服驅動中的應用： 1.2.1 MOSFET與IGBT技術詳解： 深入剖析MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）和IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的特性麯綫、導通損耗、開關損耗，以及在伺服驅動器中的應用場景。介紹新型寬禁帶半導體材料（如SiC、GaN）在提高效率、減小體積、提升工作頻率方麵的潛力。 1.2.2 PWM（脈衝寬度調製）技術原理與優化： 詳細講解不同PWM調製策略（如中心對齊PWM、隨機PWM）的原理及其對電機電流諧波、開關損耗的影響。探討如何通過先進的PWM算法（如空間矢量PWM）來提高輸齣電壓利用率，減小轉矩脈動。 1.2.3 驅動器拓撲結構與過流/過壓保護： 分析全橋、三相橋等常用驅動器電路拓撲結構，闡述其在實現電機正反轉、調速功能時的作用。深入講解驅動器中的過流、過壓、過溫等保護機製的設計原理，以及如何確保伺服驅動器的安全可靠運行。 1.3 先進控製算法與性能調優： 1.3.1 PID（比例-積分-微分）控製器的理論與實踐： 深入解析PID控製器在伺服係統中的作用，詳細講解P、I、D參數的物理意義以及對係統響應速度、穩態精度、超調量的影響。提供多種PID參數整定方法（如Ziegler-Nichols法、人工整定法）的實踐指導，以及在綫自適應PID的原理介紹。 1.3.2 觀測器技術在弱磁和速度估算中的應用： 講解電流觀測器、速度觀測器（如卡爾曼濾波、滑模觀測器）的工作原理，特彆是在無傳感器伺服控製中的關鍵作用。分析如何通過觀測器來估算電機內部狀態，從而在不依賴編碼器的情況下實現精確的速度和位置控製。 1.3.3 柔性關節與共振抑製： 針對存在機械柔性（如連杆、齒輪箱）的係統，詳細分析共振現象的成因，並介紹先進的控製策略，如阻抗控製、傳遞矩陣法、模態分析，以抑製機械振動，提高係統的動靜態性能。 1.3.4 軌跡規劃與平滑處理： 深入探討S型麯綫、梯形麯綫等運動軌跡生成算法，以及如何通過這些算法實現平滑的加減速，減少機械衝擊，提高運動平穩性。介紹多軸聯動下的插補算法（如直綫插補、圓弧插補）的數學模型與實現。 第二部分：運動控製器智能核心解析 本部分將聚焦於運動控製器，探討其作為智能決策中心的關鍵技術。 2.1 實時操作係統（RTOS）在運動控製中的角色： 2.1.1 RTOS核心概念與優勢： 講解任務調度、中斷處理、時間片輪轉、優先級搶占等RTOS的核心概念。闡述RTOS如何為運動控製提供高實時性、確定性、可預測的執行環境，確保指令的及時響應。 2.1.2 RTOS在運動控製任務中的應用： 分析如何將伺服驅動指令生成、狀態監控、傳感器數據采集、運動路徑計算等任務在RTOS環境下進行閤理分配和調度，實現多任務並行處理。 2.2 運動控製算法與路徑規劃： 2.2.1 多軸插補算法深度剖析： 詳細講解直綫插補（Bresenham算法）、圓弧插補、螺鏇綫插補等基本插補算法的數學原理、實現流程及其精度與效率的權衡。 2.2.2 復雜運動軌跡生成與優化： 探討如何生成更復雜的空間運動軌跡，例如，麵嚮機器人手臂的關節軌跡規劃、數控機床的刀具路徑規劃。介紹優化算法（如遺傳算法、粒子群算法）在路徑碰撞檢測、最短路徑搜索、效率優化中的應用。 2.2.3 運動學與動力學模型應用： 針對機器人、機床等復雜機械係統，詳細解析正運動學和逆運動學的計算原理，以及如何利用動力學模型進行更精確的軌跡跟蹤和力控製。 2.3 嵌入式硬件平颱與指令執行： 2.3.1 微控製器（MCU）與DSP技術： 詳細介紹ARM Cortex-M、DSP（數字信號處理器）等主流嵌入式處理器在運動控製器中的應用。分析不同處理器的計算能力、指令集、外設接口（如PWM發生器、ADC、定時器）如何支持高速、高精度的運動控製任務。 2.3.2 指令集架構與中斷處理機製： 深入理解運動控製器如何接收來自上位機的指令（例如，G代碼、PLC指令），並通過內部的指令譯碼、執行單元進行解析。重點分析中斷機製在響應外部事件（如傳感器觸發、急停信號）時的關鍵作用，確保係統的安全性與及時性。 2.3.3 高速數據采集與處理： 討論如何通過ADC（模數轉換器）對編碼器反饋、傳感器信號進行高速、高精度的數據采集。分析濾波算法（如數字濾波器、平均濾波）如何對采集到的信號進行預處理，提高數據質量。 2.4 狀態監控與故障診斷： 2.4.1 關鍵參數監控與預警： 講解如何實時監控伺服驅動器的電流、電壓、轉速、溫度、堵轉電流、編碼器信號等關鍵運行參數。介紹基於閾值、趨勢分析的預警機製。 2.4.2 常見故障模式與診斷方法： 詳細分析伺服係統和運動控製器可能齣現的常見故障，如編碼器異常、驅動器過流、電機過載、通信中斷等。介紹基於診斷碼、波形分析、專傢係統的故障診斷技術。 第三部分：深度融閤與未來展望 本部分將探討伺服驅動與運動控製器的集成優化，以及該領域未來的發展趨勢。 3.1 伺服驅動器與運動控製器的硬件集成： 3.1.1 驅動器內置控製器設計： 分析將運動控製核心功能集成到伺服驅動器內部的設計理念。討論其優勢（如減小布綫、降低乾擾、提升集成度）和技術挑戰（如散熱、功耗）。 3.1.2 單芯片解決方案與FPGA應用： 介紹采用高性能MCU或FPGA（現場可編程門陣列）構建集成的伺服驅動器/運動控製器。分析FPGA在並行處理、硬件加速方麵的獨特優勢，尤其適閤需要極高實時性和處理能力的復雜算法。 3.2 軟件協同與協同仿真： 3.2.1 統一的軟件開發平颱： 探討構建統一的軟件開發環境，實現運動控製器程序與伺服驅動器配置參數的無縫集成。 3.2.2 協同仿真技術： 介紹如何利用多物理場仿真軟件，對伺服驅動器、電機、機械結構以及運動控製算法進行協同仿真。分析協同仿真在優化設計、性能預測、故障排除方麵的價值。 3.3 智能算法在運動控製中的深化應用： 3.3.1 機器學習在故障診斷與預測性維護中的潛力： 探討如何利用機器學習算法，通過對海量運行數據的分析，實現更精準的故障預測和狀態評估，從而進行預防性維護。 3.3.2 AI驅動的自適應控製與優化： 展望AI技術在實現運動控製係統的自主學習、自適應調整參數、實時優化運行策略方麵的應用前景。 3.4 未來發展趨勢： 3.4.1 高精度、高動態響應的需求： 剖析半導體、新能源、精密加工等行業對更高精度、更快響應速度的伺服係統提齣的挑戰。 3.4.2 智能化、自主化趨勢： 探討運動控製器嚮更高級彆智能化的發展，如自主決策、人機協作、集成信息物理係統。 3.4.3 綠色化與節能化設計： 分析如何通過更高效的功率器件、先進的控製算法，實現伺服驅動與運動控製係統的能效提升。 本書內容側重於技術原理和工程實現，通過深入的技術解析、原理推導和應用案例分析，旨在為讀者構建一個紮實的技術知識體係，使其能夠更好地理解、設計、調試和優化現代智能製造裝備中的伺服驅動與運動控製係統，從而在不斷發展的智能製造領域中占據技術優勢。

評分☆☆☆☆☆

這本關於現場總綫網絡化多軸運動控製係統的書籍，給我留下瞭非常深刻的印象。從內容深度和廣度來看，它顯然不是一本泛泛而談的入門讀物。書中對不同現場總綫技術在復雜運動控製係統中的應用進行瞭詳盡的剖析，特彆是針對那些需要高精度、高同步性要求的工業場閤，作者顯然下瞭大量的功夫去研究和梳理。我特彆欣賞作者在描述具體控製策略時的那種細緻入微，比如在處理實時性與數據完整性之間的權衡時，書中給齣的解決方案和仿真結果都具有很強的說服力。對於一個已經有一定基礎，希望將理論知識轉化為實際工程能力的技術人員來說，這本書提供瞭一個極好的參考框架。它不僅停留在概念層麵，更深入到瞭具體的協議棧實現和係統集成挑戰，這使得讀者在麵對實際項目時，能夠更有底氣地進行技術選型和架構設計。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的專業性強到讓我這種非核心領域人員都有點“戰戰兢兢”，但正是這種高門檻，彰顯瞭其內容的價值。我注意到，書中對新一代嵌入式係統與現場總綫（如EtherCAT或Powerlink）在毫秒級同步通信中的性能瓶頸及其優化措施進行瞭深入的探討。作者沒有迴避技術難點，反而將其作為重點進行深入挖掘，例如，針對網絡抖動對伺服係統響應的影響，書中提齣的基於時間戳的重新同步算法，邏輯嚴密，非常具有創新性。這套書更像是一本麵嚮資深工程師的“手術刀”指南，它要求讀者具備紮實的數學基礎和信號處理背景，纔能完全領會其中關於魯棒性和自適應控製的精髓。對任何想要突破現有運動控製係統性能瓶頸的研發團隊來說，這本書無疑是值得投入大量時間去啃讀的。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是其對“應用”二字的深刻理解。它不是那種純粹的學術論文匯編，而是真正站在解決工業實際問題的角度去構建知識體係的。我發現書中不僅詳述瞭底層的數據傳輸機製，更花瞭大量篇幅來討論如何構建一個可維護、可擴展的上位機監控和診斷平颱，特彆是如何利用網絡特性對遠程多軸係統進行狀態評估和故障預警。這種軟硬件結閤、理論與運維並重的敘事方式，對於推動整個行業嚮工業4.0邁進極具指導意義。作者的語言風格非常務實，沒有過多的文學修飾，每一句話都承載著明確的技術信息，使得讀者能夠清晰地追蹤作者的思路，並將這些經驗教訓快速地應用到自己的項目中，避免瞭許多不必要的彎路。

評分☆☆☆☆☆

閱讀完這本關於運動控製係統研究的著作，我不得不感嘆其結構編排的精妙之處。它似乎遵循著一種由淺入深、層層遞進的邏輯鏈條，讓初接觸者也能逐步理解其復雜的技術內涵。書中對多軸協調運動控製理論的闡述，特彆是針對非綫性誤差補償和模型預測控製（MPC）在分布式係統中的應用，簡直是一場技術盛宴。作者似乎非常注重工程實踐與前沿理論的結閤，每一次理論推導之後，都會緊接著給齣在特定工業場景下的案例分析，這極大地提升瞭可讀性和實用性。與市麵上那些隻關注硬件接口或單一算法的書籍不同，它提供瞭一個宏觀的係統視角，即如何將分散的控製單元通過一個可靠的網絡高效地整閤起來，形成一個統一、智能的控製體。這種全局性的視野，對於係統架構師而言，價值無可估量。

評分☆☆☆☆☆

這本關於多軸運動控製網絡化的專著，在當前工業自動化技術快速迭代的背景下，顯得尤為重要。它成功地搭建起瞭一座連接經典控製理論與現代網絡化架構的橋梁。我尤其欣賞書中對確定性以太網在運動控製領域競爭格局的客觀分析，以及對未來趨勢的審慎展望。作者沒有盲目推崇某一種技術，而是基於嚴格的性能指標對比，幫助讀者形成自己的判斷。書中對係統級仿真的建模方法論的介紹也十分到位，它教會讀者如何在一個復雜的網絡環境中準確預測係統的動態行為，而不是僅僅依賴離散的實驗測試。這本書無疑為那些緻力於開發下一代高精度、高可靠性自動化裝備的工程師，提供瞭一份兼具前瞻性和實操性的寶貴智力資源。