了得網工業技術_航天機電伺服繫統（第二版）

編輯推薦

本書內容均為作者從事相關研究的成果，大部分都以在實際的設備上進行了應用，有非常高的參考價值

內容簡介

本書為航天機電伺服繫統第二版，是在*版的基礎上，對部分內容進行細化，增加了機電伺服繫統多
學科聯合仿真和設計優化章節。全書重點介紹了機電伺服繫統技術發展狀況、繫統設計方法，以及組成機電
伺服繫統的各核心零部件的關鍵技術，全書共分為10 章。第1 章介紹了航天機電伺服技術的特點和發展歷程，
航天機電伺服繫統各核心零部件技術，以及伺服繫統控制方法。第2 章詳細論述了伺服電動機的工作原理和
結構特點，以及永磁同步電機的設計方法。第3 章對伺服電動機驅動電路、控制算法進行詳細闡述，討論了
控制算法的工作原理，推導了控制策略及控制算法數學模型。第4 章介紹了機電伺服繫統中常用傳感器特點、
分類和工作原理。第5 章詳細論述了精密傳動機構的類型、結構形式、工作原理、結構參數計算方法和性能
測試方法。第6 章介紹了機電伺服作動器的分類、結構類型、設計方法、國內外發展現狀。第7 章就航天伺
服動力電源的種類、特性以及應用進行了詳細論述。第8 章介紹了航天機電伺服繫統的總體設計流程，以及本書為航天機電伺服繫統第二版，是在*版的基礎上，對部分內容進行細化，增加了機電伺服繫統多
學科聯合仿真和設計優化章節。全書重點介紹了機電伺服繫統技術發展狀況、繫統設計方法，以及組成機電
伺服繫統的各核心零部件的關鍵技術，全書共分為10 章。第1 章介紹了航天機電伺服技術的特點和發展歷程，
航天機電伺服繫統各核心零部件技術，以及伺服繫統控制方法。第2 章詳細論述了伺服電動機的工作原理和
結構特點，以及永磁同步電機的設計方法。第3 章對伺服電動機驅動電路、控制算法進行詳細闡述，討論了
控制算法的工作原理，推導了控制策略及控制算法數學模型。第4 章介紹了機電伺服繫統中常用傳感器特點、
分類和工作原理。第5 章詳細論述了精密傳動機構的類型、結構形式、工作原理、結構參數計算方法和性能
測試方法。第6 章介紹了機電伺服作動器的分類、結構類型、設計方法、國內外發展現狀。第7 章就航天伺
服動力電源的種類、特性以及應用進行了詳細論述。第8 章介紹了航天機電伺服繫統的總體設計流程，以及
主要參數的計算方法。第9 章介紹了航天機電伺服多學科融合建模方法，以及繫統性能仿真與優化方法。第
10 章給出了機電伺服繫統在海軍、空軍、陸軍、機器人、工業自動化領域的典型應用。

作者簡介

本書作者為北京精密機電控制設備研究所總研究師，歷任航天型號私服繫統主任設計師和伺服技術研發中心主任，承擔了大量的國家航空航天伺服繫統科研項目。本書是他所帶領的研究團隊長期科研工作的總結和提高，對從事類似工作的工程技術人員有相當的指導意義。

前言版前言第１章概論１１．１航天機電伺服概況１１．２機電伺服技術發展２１．３機電伺服繫統關鍵技術９１．３．１航天機電伺服作動器９１．３．２伺服電動機技術１１１．３．３驅動控制技術１２１．３．４伺服傳動技術１３１．３．５電源及管理技術１４１．３．６可靠性技術１５１．３．７傳感器技術１７１．４機電伺服繫統控制算法２４第２章伺服電動機３０２．１直流伺服電動機３０２．１．１直流電動機基本結構與分類３０２．１．２直流伺服電動機特點３１２．１．３基本原理與構成３１２．１．４直流伺服電動機數學模型３２２．２無刷直流伺服電動機３４２．２．１無刷直流電動機本體組成３４２．２．２無刷直流電動機轉子位置檢測裝置３６２．２．３功率電子驅動裝置３６２．２．４無刷直流電動機工作原理３７２．２．５無刷直流電動機數學模型３７２．２．６無刷直流電動機的ＰＷＭ調速控制３８２．３永磁同步伺服電動機４１２．３．１永磁同步電動機基本結構４１２．３．２永磁同步電動機的數學模型４３２．３．３永磁同步電動機設計方法４６２．３．４常用磁性材料４８２．３．５永磁同步電動機的特點與應用４９２．４交流感應電動機５１２．４．１交流感應電動機基本結構５１２．４．２交流感應電動機工作原理５３２．４．３交流感應電動機機械特性５３２．４．４交流感應電動機數學模型５４２．５開關磁阻電動機５８２．５．１開關磁阻電動機結構５８２．５．２開關磁阻電動機工作原理６２２．５．３開關磁阻電動機特點６３２．５．４開關磁阻電動機數學模型６５２．６直線電動機６７２．６．１直線電動機基本原理６８２．６．２直線電動機的分類６９２．６．３圓筒型直線電動機的特點與應用６９第３章伺服電動機驅動技術７３３．１ＰＷＭ控制技術７３３．１．１ＰＷＭ基本原理７３３．１．２ＰＷＭ的理論基礎７４３．１．３直流電動機的ＰＷＭ控制技術７５３．２矢量控制技術７５３．２．１矢量控制變換的思路７６３．２．２按轉子磁場定向的矢量控制的實現７７３．２．３正弦波脈寬調制技術７９３．３電壓空間矢量控制技術８０３．３．１逆變器調制方式比較８０３．３．２ＳＶＰＷＭ調制方式算法原理８０３．３．３永磁同步電動機的電壓空間矢量控制８５３．４直接轉矩控制８５３．４．１電壓型逆變器的模型８７３．４．２磁鏈軌跡的控制８８３．４．３磁鏈軌跡區段的確定８９３．４．４轉矩控制９０３．４．５感應電動機定子磁鏈和轉矩的估算９３３．５迭代學習控制方法９３３．５．１開關磁阻電動機轉矩脈動產生原因９４３．５．２基於模型控制和迭代學習控制９４３．５．３迭代學習控制過程和開環ＰＩＤ迭代學習控制９５３．５．４開關磁阻電動機的迭代學習控制理論分析９６３．６永磁同步式起動／發電機的轉矩／電流控制１０２３．７基於滑膜變結構永磁同步電機無傳感器矢量控制技術１０５３．７．１滑模變結構控制理論１０５３．７．２基於傳統滑模觀測器的高速ＰＭＳＭ無傳感器控制方式１０８３．７．３傳統滑模觀測器的抖振問題１１０第４章機電伺服繫統傳感器１１２４．１電流傳感器１１２４．１．１電流傳感器組成與分類１１２４．１．２霍爾電流傳感器工作原理１１４４．１．３電流互感器工作原理１１７４．１．４磁阻式電流傳感器工作原理１１９４．１．５電阻式電流傳感器１２０４．１．６電流傳感器在電動機控制中的應用１２１４．２電壓傳感器１２４４．２．１電壓傳感器的分類和特點１２４４．２．２電磁式電壓互感器工作原理１２５４．２．３電容式電壓互感器的工作原理１２６４．２．４霍爾電壓傳感器１２７４．２．５電壓傳感器在傳動繫統中的應用１３１４．３轉子位置傳感器１３２４．３．１光電編碼器傳感器１３２４．３．２旋轉變壓器１３４４．３．３磁編碼器１３９４．３．４編碼器在伺服繫統中的應用１４２４．４位移傳感器１４４４．４．１位移傳感器的分類１４５４．４．２光柵位移傳感器的工作原理１４６４．４．３光學三角位移傳感器的工作原理１４７４．４．４光學編碼尺位移傳感器１４８４．４．５直線磁編碼器１４８４．５加速度傳感器１５０４．５．１壓電式加速度傳感器１５０４．５．２電容式加速度傳感器１５１第５章機電伺服傳動機構１５３５．１概述１５３５．２諧波傳動１５４５．２．１諧波齒輪傳動原理１５４５．２．２諧波齒輪傳動的傳動比計算１５５５．２．３諧波傳動主要構件的結構形式１５６５．２．４諧波齒輪傳動的失效形式１５７５．２．５諧波齒輪傳動的效率１５７５．３滾珠絲杠１５８５．３．１滾珠絲杠副的工作原理及結構形式１５９５．３．２滾珠絲杠副的承載能力１６４５．３．３滾珠絲杠副的預緊１６７５．３．４滾珠絲杠副的驅動力矩及傳動效率１７１５．４行星滾柱絲杠１７６５．４．１行星滾柱絲杠的工作原理與結構類型１７６５．４．２行星滾柱絲杠的運動分析１７９５．４．３行星滾柱絲杠的尺寸參數１８３５．５行星齒輪差速器１８５５．５．１行星齒輪差速器工作原理與結構類型１８５５．５．２行星齒輪差速器參數設計１８９５．５．３行星齒輪差速器運動學與動力學分析１９１５．６傳動機構性能測試１９４５．６．１承載能力和效率測試試驗１９４５．６．２動態性能測試試驗１９６５．６．３傳動精度測試試驗１９８第６章機電作動器２０１６．１概述２０１６．２機電作動器分類２０１６．３機電作動器結構形式２０２６．３．１直線式機電作動器２０２６．３．２旋轉式機電作動器２０５６．３．３空間擺動式機電作動器２０６６．３．４餘度式機電作動器２０７６．４機電作動器設計研究２１８６．４．１機電作動器設計流程２１８６．４．２機電作動器布局設計２１８６．４．３機電作動器參數設計２１８６．４．４伺服電動機設計２２０６．５機電作動器國內外研究現狀２２０第７章伺服動力電源２２３７．１機電伺服用電特性２２３７．１．１機電伺服電源的工作過程２２３７．１．２機電伺服繫統的用電特性２２４７．２化學電源２２５７．２．１熱電池２２５７．２．２鋅銀電池２３０７．２．３動力型鋰離子電池２３５７．３彈載發電機２３７７．３．１渦輪發電機２３８７．３．２渦輪發電機繫統２３８７．３．３斯特林發電機２４４７．４電源管理技術２５３７．４．１組合電源２５４７．４．２快響應升壓技術２５４７．４．３先進儲能及功率調節技術２５５７．４．４電源一體化技術２５５７．４．５再生電能的管理２５６第８章航天機電伺服繫統分析與設計２５８８．１機電伺服繫統設計需求２５８８．１．１結構與質量要求２５８８．１．２性能要求２５８８．１．３其他要求２５９８．２機電伺服繫統負載特性分析２５９８．２．１負載的種類和性質２５９８．２．２負載的計算２６０８．３機電伺服繫統方案設計２６２８．３．１初步方案設計２６２８．３．２靜態計算２６３８．４機電伺服繫統參數設計和性能分析２６４８．４．１機電作動器設計２６４８．４．２伺服電動機設計２６６８．４．３伺服控制器與伺服驅動器設計２６７８．４．４伺服動力電源參數設計２６８８．４．５可靠性設計２６８８．５機電伺服繫統數學建模與仿真２７１８．５．１機電伺服繫統數學建模２７１８．５．２機電伺服繫統性能仿真２７３第９章航天機電伺服繫統多學科聯合仿真與設計優化２７５９．１航天機電伺服多學科聯合仿真需求２７５９．１．１串行設計研發弊端２７５９．１．２“Ｖ”字設計研發優勢２７５９．１．３仿真與設計的關繫２７５９．２航天機電伺服多學科融合建模方法２７７９．２．１產品質量估算２７７９．２．２控制特性建模２７７９．２．３功率特性建模２８０９．２．４融合建模實現２８４９．３航天機電伺服繫統性能仿真與優化２９２９．３．１機電伺服繫統性能數字化試驗２９２９．３．２目標函數確認與設計變量篩選２９４９．３．３高維度多目標多約束優化策略２９８９．３．４某機電伺服繫統性能優化實例３０５第１０章航天機電伺服技術應用３１２１０．１海軍領域的應用３１２１０．１．１潛艇３１２１０．１．２魚雷３１３１０．１．３船舶減搖鰭３１３１０．１．４艦船消振３１３１０．１．５矢量推進水下機器人３１５１０．２軍事裝備領域的應用３１６１０．２．１無人駕駛飛機的應用３１６１０．２．２戰鬥機副翼３１７１０．２．３飛機水平安定面３１８１０．２．４飛機飛行控制面３１８１０．２．５飛機起落架３１９１０．２．６飛機反推力裝置３２０１０．２．７飛機電剎車繫統３２１１０．２．８一次性飛行器３２５１０．３陸軍領域的應用３２６１０．３．１導彈３２６１０．３．２火箭３２６１０．３．３坦克３２７１０．４機器人領域的應用３２８１０．４．１工業機器人３２８１０．４．２服務機器人３３０１０．４．３康復機器人３３０１０．４．４外骨骼機器人３３０１０．５工業自動化領域的應用３３１１０．５．１六自由度列車駕駛運動平臺３３１１０．５．２傾斜列車控制３３２１０．５．３風洞天平校準繫統的自動加載裝置３３４１０．５．４紡織並條機自調勻整繫統控制繫統３３５１０．６其他領域的應用３３６１０．６．１汽車換擋操控機構綜合性能試驗繫統３３６１０．６．２柴油機螺栓活塞裝配３３７１０．６．３車輛主動懸架３３７１０．６．４高層建築和高聳結構３３９參考文獻３４１

前言

前言近些年來，航天機電伺服技術在繫統功率水平、動態特性指標、產品種類、智能控制方法、核心零部件技術等方面取得長足的進步，廣泛應用於軍民兩用的工業和生產制造裝備場合。本書繫統全面地介紹了航天機電伺服繫統技術，以及組成伺服繫統的各核心零部件，全書共分為１０章。相比於版，本版繫統地介紹了國內外航天機電伺服繫統技術的發展，對核心零部件技術進行了較為完善的介紹，尤其是精密傳動機構技術、電機設計技術、控制方法；在重新梳理了機電伺服機構設計方法的同時，增加了航天機電伺服多學科融合建模方法，以及繫統性能仿真與優化方法章節，使得航天機電伺服繫統技術體繫更加完善，內容更加豐富。本版相比於版，在技術繫統性、內容精準性、應用可操作性得到全面提升，總結了一繫列具有航天應用特點的設計理論和分析方法，對航天機電伺服繫統研制的工程實踐具有重要的指導意義。第１０章全新給出了機電伺服繫統在空軍、陸軍、機器人、工業自動化領域的典型應用。本版還增加了第９章航天機電伺服繫統多學科聯合仿真與設計優化。全書由中國運載火箭技術研究院北京精密機電控制設備研究所編寫。北京精密機電控制設備研究所發揮航天機電伺服專業優勢，按照機電伺服繫統專業、機電伺服作動器專業、伺服電動機專業、控制驅動專業、電源專業，建立專業技術團隊，在檢索查閱分析大量文獻、提煉總結現有工作實踐的基礎上，逐層次論述後編寫了本書。本書采用理論和工程技術實踐相結合的方法，力求對航天機電伺服繫統的技術基礎、分析與設計方法、技術發展趨勢以及多領域應用情況做了全面繫統介紹，以幫助從事航天機電伺服繫統設計和技術研究的讀者更好地開展工作，並為從事機電伺服技術研究、設計、制造、教學的讀者提供參考。在本書的編輯過程中，得到了中國航天科技集團有限公司、中國運載火箭技術研究院、北京精密機電控制設備研究所科技委專家組的幫助；清華大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、南京理工大學、北京工業大學、北京交通大學的同行專家對本書提出了寶貴意見，在此一並表示感謝。由於編者水平有限，書中如有不妥之處，敬請讀者批評指正。

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