精通伺服控制技术及应用

伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其他产业机械控制的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。本书从工控系统实际需要出发，通过大量典型的伺服驱动控制系统实例讲解，全面解读了伺服控制技术的基本概念、伺服驱动器的基本结构和工作原理，透彻讲解了各典型伺服驱动器的安装、接线及调试与维修，伺服电机的选型、应用、维修，以及伺服驱动系统的 PLC控制与运动控制卡控制等，读者可以轻松入门，并通过应用实例和视频讲解，做到举一反三，切实解决工作现场遇到的各种问题。
本书可供工控、自动化领域技术人员、伺服控制初学者阅读，也可供电气工程及自动化、工业自动化、应用电子、计算机应用、机电一体化相关专业师生参考。

曹振华，固安信通信号技术股份有限公司，高工，2010年之前在京安学院电工电子专业主讲《应用电子技术》《电气控制基础》。
2011年至今在固安信通信号技术股份有限公司负责设计、技改。
主持撰写多部电工电子相关实用图书，精通FPGA、电路设计、电气控制相关应用技术，为企业进行技术改造开发多项实用新型技术并申请专利。

第一章 伺服控制系统入门　　 　 001
第一节　伺服系统基本概念　 001
一、什么是伺服　 001
二、伺服系统　 001
三、伺服电动机　 002
四、伺服控制器　 003
五、伺服控制系统三种工作模式　 003
六、伺服系统的位置环、速度环、电流环　 006
七、伺服系统的分类　 007
第二节　伺服系统执行元件及作用　 009
一、伺服驱动器构成单元及作用　 009
二、伺服系统常用位置检测装置　 010
第三节　伺服进给系统执行元件及应用　 021
一、步进电动机　 021
二、永磁直流无刷伺服电动机　 023
三、交流伺服电动机　 031
四、直线电动机　 040

第二章 伺服驱动系统及控制电路 　 048
第一节　典型伺服系统的结构组成　 048
一、运动控制卡伺服驱动系统　 048
二、PLC伺服驱动系统　 049
第二节　单芯片高精度运动控制系统　 049
一、单芯片速率伺服控制系统　 049
二、基于PIC18F4520单片机和IRMCK201芯片控制伺服驱动系统　 050
三、基于FPGA技术的伺服驱动控制IRMCK201芯片　 053
第三节　基于TMS320F2812 DSP芯片的数字交流伺服驱动器　 056
一、伺服驱动器的结构组成　 056
二、伺服驱动器主要控制电路　 057
三、伺服驱动器的功率驱动主电路　 059
四、伺服驱动器的信号检测电路　 061

第三章 伺服驱动器的安装、接线、调试与维修 　 068
第一节　伺服驱动器外部结构和通用配线　 068
一、汇川IS600P伺服驱动器接口　 069
二、汇川IS600P伺服驱动器组成的伺服系统　 069
三、伺服系统配线注意事项　 070
第二节　伺服电动机和伺服驱动器的安装及接线　 072
一、伺服电动机的安装　 072
二、伺服驱动器的安装　 074
三、伺服驱动器和伺服电动机的连接　 075
四、伺服电动机编码器的连接　 081
五、伺服驱动器控制信号端子的接线方法　 083
六、伺服驱动器与伺服电动机抱闸配线　 097
七、伺服驱动器通信信号的接线　 098
八、伺服驱动器模拟量监视信号的接线　 100
九、伺服驱动系统电气接线的抗干扰措施　 101
第三节　伺服驱动器的三种控制运行模式　 105
一、伺服驱动器位置模式　 105
二、伺服驱动器速度模式　 112
三、伺服驱动器转矩模式　 118
第四节　伺服驱动器运行前的检查与调试　 125
一、伺服驱动器运行前的检查工作　 125
二、伺服驱动器负载惯量辨识和增益调整　 126
三、自动增益调整　 128
四、伺服驱动器手动增益调整　 129
五、伺服驱动器陷波器　 130
第五节　伺服驱动器的故障处理　 132
一、伺服驱动器启动时的警告和处理　 132
二、伺服驱动器运行中的故障和警告处理　 138
三、伺服驱动器典型故障处理措施　 142

第四章 经济型伺服驱动器与数字式步进电动机驱动器及应用　　 149
第一节　经济型伺服驱动器V80　 149
一、驱动器特点与优势　 149
二、SINAMICS V80 经济型伺服驱动器和配套伺服电动机选型说明　 149
三、SINAMICS V80伺服驱动器通信电缆　 150
四、SINAMICS V80伺服驱动器接口　 151
五、SINAMICS V80 驱动器系统接线　 155
第二节　直流数字式步进电动机驱动器　 163
一、步进电动机驱动器与伺服电动机驱动器的区别　 163
二、步进电动机和伺服电动机的区别　 163
三、步进电动机驱动器原理　 163
四、DM432C数字式步进电动机驱动器　 165
五、驱动器电流、细分拨码开关设定和参数自整定　 168
六、直流数字式步进电动机驱动器供电电源的选择　 170
七、直流数字式步进电动机、驱动器的选配　 170
八、直流数字式步进电动机驱动器典型接线举例　 171
九、数字式步进电动机驱动器的常见问题和处理方法　 173

第五章 伺服驱动系统的PLC控制 175
第一节　PLC控制伺服驱动器基础　 175
一、PLC的构成 　 175
二、PLC的工作原理　 175
第二节　西门子S7-200 和V80伺服驱动器实现点到点的位置控制　 177
一、SINAMICS V80伺服控制器系统组成　 177
二、位置控制系统的结构和选型　 177
三、位置控制的软件实现　 180
四、S7-200 PLC与V80伺服驱动器实现定位控制　 180
五、用MAP SERV指令库实现定位控制　 186
六、在位置控制向导下实现EM253 位置控制模块的定位　 190

第六章 伺服驱动器的运动控制卡控制 　 200
第一节　运动控制卡在伺服驱动系统中的应用　 200
一、运动控制卡在伺服驱动系统中的应用原理　 200
二、伺服电动机与运动控制卡的一般连接方式　 201
第二节　DMC3000 系列运动控制卡的功能和典型应用　 202
一、运动控制卡的应用场合和组成　 202
二、运动控制卡的功能　 204
三、运动平台编码器位置检测　 210
四、运动控制平台专用 I O 和通用 I O控制　 210
五、运动控制平台多卡运行　 212
第三节　运动控制卡硬件接口电路　 212
一、运动控制卡硬件组成　 212
二、电动机控制信号接口电路　 213
三、编码器、手摇脉冲发生器接口电路　 215
四、运动控制卡专用 I O 接口电路　 216
五、运动控制卡通用 I O 接口电路　 220
六、运动控制卡CAN-I O扩展模块接口电路　 221
第四节　运动控制卡硬件及驱动程序的安装　 223
第五节　运动控制卡Motion软件的功能　 223
第六节　运动控制卡应用软件的开发方法　 223
第七节　通过函数实现运动控制卡基本功能的方法　 223
一、限位开关及急停开关的设置　 224
二、回原点运动的实现　 225
三、点位运动的实现　 226
四、连续运动的实现　 229
五、插补运动的实现　 229
六、 PVT运动功能的实现　 232
七、手轮运动功能的实现　 242
八、编码器检测的实现　 244
九、通用I/O控制的实现　 244
十、位置比较功能的实现　 247
十一、高速位置锁存功能的实现　 249
十二、LTC 触发延时急停功能　 250
十三、轴I/O 映射功能的实现　 251
十四、原点锁存功能的实现　 252
十五、CAN-I/O 扩展模块的操作　 254
第八节　运动控制卡接口及与驱动控制器接线　 256
一、DMC3000 系列运动控制卡3400A接线盒ACC-X400B接口　 256
二、运动控制卡和主流驱动器电气接线图　 261
三、运动控制卡接线注意事项　 267
四、运动控制卡常见问题解决方法　 268

第七章 伺服电动机/步进电动机控制电路与驱动集成电路　　 270
第一节　常用驱动集成电路及典型应用电路　 270
一、步进电动机控制集成电路　 270
二、步进电动机控制集成电路——FT609电路　 278
三、四相步进电动机驱动集成电路　 282
四、单极性步进电动机双电压集成电路　 284
五、电流控制步进电动机驱动集成电路　 287
六、低压步进电动机驱动集成电路　 291
七、微步距步进电动机控制集成电路　 294
八、双H桥步进电动机驱动集成电路　 297
九、PWM控制DMOS电动机驱动集成电路　 299
十、直流伺服电动机驱动集成电路　 305
第二节　伺服 步进电动机驱动器电路　 306
一、通用40V40A步进电动机驱动器电路　 306
二、松下MSD5A3P1E/MSD6A3P1E交流伺服驱动器电路　 310

第八章 伺服/步进控制系统典型应用与维修实例　　 324
第一节　步进电动机伺服控制　 324
一、步进电动机主要技术参数　 324
二、基于STM32F103的贴片机控制系统的设计　 325
三、三相混合式步进电动机SPWM控制技术　 328
四、基于DSP的步进电动机控制系统　 330
五、基于PLC和触摸屏的步进电动机控制系统　 332
六、基于单片机的步进电动机控制系统　 334
七、基于CAN总线的步进电动机控制系统　 336
八、基于FPGA的步进电动机多轴联动控制系统　 339
九、步进电动机的常见故障检修　 341
十、直流电动机故障检修及常见故障的排除　 343
第二节　CAK6150数控车床驱动板的维修　 345
一、驱动板接线端口的说明　 345
二、细分电路的分析　 346
三、电流调整电路与过流保护电路　 347
四、驱动板故障的检修　 348
第三节　电火花线切割机步进电动机失步等故障的检修　 349
一、故障原因　 349
二、故障解决办法　 349
第四节　直流伺服控制　 352
一、直流伺服电动机控制特性及主要参数　 352
二、SG1731D在机床直流伺服随动系统中的应用　 354
三、基于PC＋PCI的直流伺服系统测试平台　 357
四、基于DSP的雕刻机用直流伺服控制器　 359
五、低成本直流伺服电动机调速系统　 361
六、大功率直流电动机速度伺服系统的设计　 364
七、无刷直流电动机驱动控制　 367
八、高压断路器永磁无刷直流电动机机构伺服控制系统　 371
九、三相无刷直流伺服电动机控制系统在石油钻井中的应用　 371
十、基于CAN总线的小型飞行器伺服系统　 372
十一、直流伺服系统常见故障与维修　 374
第五节　交流伺服控制　 375

参考文献　 376