内容简介

本书旨在为读者介绍基本的控制理论知识，不涉及复杂的控制方法。本书主要围绕在工业中常用的几种伺服电机展开，如直流伺服电机、步进伺服电机、交流伺服电机及电动液压伺服电机等。之后还介绍了原著作者所研究的基于电流变液的作动器的相关内容，最后给出了在实际应用中如何选择伺服电机。附录部分结合全书的内容，给出了对应的练习题，以加深对控制理论基本概念及电机实际应用的理解。本书可作为自动化专业本科生的参考资料。

前言

译者序当前，新一轮科技革命和产业变革正在深刻影响着世界格局的变化，继机械化、电气化、自动化等产业技术革命之后，以网络化、智能化为特征的新一轮工业革命正在全球范围内兴起。我国工业起步较晚，基础薄弱，但多年的努力使得我国与工业发达国家之间的差距在不断缩小。在工业制造生产中，大规模量产的前提是具有高端完备的生产线，生产线上有大量的工业机器人，而驱动工业机器人的核心部分就是伺服电机。作为一种常见的自动化设备，伺服电机的主要特点为高精度、高可靠性，其应用范围广泛，如机床、激光加工设备、自动化生产线、机器人等，因而在工业快速发展的时代，了解一定的工业伺服电机相关知识是十分重要的。本书旨在为读者介绍基本的控制理论知识，不涉及复杂的控制方法。本书主要围绕在工业中常用的几种伺服电机展开，如直流伺服电机、步进伺服电机、交流伺服电机及电动液压伺服电机等。之后还介绍了原著作者所研究的基于电流变液的作动器的相关内容，后给出了在实际应用中如何选择伺服电机。附录部分结合全书的内容，给出了对应的练习题，以加深对控制理论基本概念及电机实际应用的理解。本书可作为自动化专业本科生的参考资料。在本书的翻译过程中，译者参阅了大量的经典控制理论相关教材，对原著中部分图表进行了重新绘制，修正了一些公式中的笔误，以及尽可能在不改变原文表述的基础上，使得译文更容易理解。本书的出版得到中国宇航出版社的大力支持，在此表示感谢。由于译者水平有限，虽几经易稿，仍不可避免存在疏漏，敬请读者批评指正。

目录

第1章　反馈控制理论概述-------------------------- 1　1-1　线性系统------------------------------ 1　1-2　非线性系统----------------------------- 2　1-3　线性化方法----------------------------- 3　1-4　拉普拉斯变换---------------------------- 3　1-5　传递函数------------------------------ 6　1-6　一阶传递函数---------------------------- 6　1-7　一阶系统频率响应-------------------------- 8　1-8　二阶传递函数---------------------------- 9　1-9　方框图------------------------------- 10　1-10　二阶系统频率响应------------------------- 12　1-11　小结------------------------------- 13第2章　反馈控制理论--------------------------- 14　2-1　概述-------------------------------- 14　2-2　劳斯赫尔维茨稳定判据----------------------- 14　2-3　根轨迹法------------------------------ 15　2-4　根轨迹的重要特性-------------------------- 18　2-5　Nyquist稳定判据证明------------------------ 22　2-6　Nyquist曲线---------------------------- 24　2-7　Bode图------------------------------ 29　2-8　稳态误差------------------------------ 37第3章　状态变量反馈控制系统----------------------- 39　3-1　概述-------------------------------- 39　3-2　状态变量------------------------------ 39　3-3　特征值、特征向量与特征方程--------------------- 42　3-4　状态变量反馈控制理论------------------------ 44　3-5　动态观测器----------------------------- 48　3-6　能控性与能观性--------------------------- 49　3-7　小结-------------------------------- 50第4章　直流伺服电机--------------------------- 51　4-1　直流伺服电机分类-------------------------- 51　4-2　功率模块分类---------------------------- 52　4-3　直流伺服电机的转速转矩特性-------------------- 53　4-4　直流伺服电机的开环与闭环转速控制------------------ 54　4-5　直流伺服电机位置闭环控制---------------------- 56　4-6　高性能要求的直流伺服电机---------------------- 58　4-7　功率模块特性---------------------------- 65　4-8　功率因数对速度波动的影响---------------------- 66　4-9　小结-------------------------------- 69第5章　步进伺服电机--------------------------- 71　5-1　主要原理------------------------------ 71　5-2　小步进角步进电机-------------------------- 72　5-3　步进电机的转矩位移特性---------------------- 73　5-4　单步运动的动态响应特性----------------------- 74　5-5　步进电机的转速转矩工作特性-------------------- 75　5-6　步进电机位置控制应用------------------------ 76第6章　交流伺服电机--------------------------- 78　6-1　工作原理------------------------------ 78　6-2　调速交流电机---------------------------- 78　6-3　数学模型------------------------------ 79　6-4　变频技术------------------------------ 83　6-5　小结-------------------------------- 87第7章　电动液压伺服电机------------------------- 88　7-1　引言-------------------------------- 88　7-2　简单的机械控制伺服系统----------------------- 88　7-3　电动液压伺服阀--------------------------- 91　7-4　液压伺服电机---------------------------- 92　7-5　不同条件下电动液压伺服电机暂态性能的数值研究------------ 95　7-6　小结-------------------------------- 99第8章　基于电流变液的作动器----------------------- 100　8-1　概述------------------------------- 100　8-2　电流变液的潜在应用------------------------ 100　　8-2-1　阀门----------------------------- 100　　8-2-2　电流变液联轴器及闭锁式作动器----------------- 101　　8-2-3　基于电流变液的可变阻尼器------------------- 102　8-3　流体模型中电流变液的特性--------------------- 102　8-4　剪切模型下电流变液的特性--------------------- 107　8-5　小结------------------------------- 109第9章　伺服电机的选择与比较----------------------- 110　9-1　概述------------------------------- 110　9-2　理论及性能标准-------------------------- 111　9-3　结果对比与设计过程------------------------ 113　9-4　伺服电机选用举例------------------------- 121　9-5　小结------------------------------- 122附录A　经典反馈控制理论练习题(第1、2章) --------------- 124附录B　状态变量反馈控制理论练习题(第3章) --------------- 142附录C　伺服电机练习题(第4~9章) ------------------- 157作者自传176