光電工程中的穩定與伺服控制（簡體書）

《光電工程中的穩定與伺服控制》從工程設計角度出發，以光電工程伺服控制系統中常用的PID控制、非線性PID控制、高階超前-滯後校正、速度滯後補償、加速度滯後補償、複合軸控制、自適應控制、模糊控制、自抗擾控制及神經網絡控制為核心，系統論述了性能指標分析與轉換、執行元件與測量元件的選取、功率放大器的選型與設計、系統數學建模、控制算法設計與實現等模塊及其工程實現需考慮的因素。針對實際工程中存在的低機械諧振頻率、地平式結構存在正割補償等諸多具體問題進行了原理闡述，給出了相應的解決方案。考慮到實際應用的不同場景，重點結合豐富的工程實例對系統的整體設計進行了詳細介紹。

目錄
序
前言
本書符號約定
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 伺服控制系統技術指標 2
1.2.1 調速系統技術指標 2
1.2.2 隨動系統技術指標 3
1.2.3 動態性能指標 4
1.2.4 其他要求 8
1.3 控制理論與技術的發展與分類 8
1.4 章節安排 11
1.5 小結 12
第2章 光電工程控制系統涉及的基礎知識 13
2.1 引言 13
2.2 控制系統常用物理量及其換算關係 13
2.3 貼片封裝 15
2.4 電阻 15
2.5 電容 16
2.6 信號頻率與帶寬 18
2.7 二極管 19
2.8 模數轉換器 21
2.9 小結 26
第3章 光電工程控制系統執行元件及其主要參數確定 27
3.1 引言 27
3.2 負載特性 27
3.2.1 負載固有特性 28
3.2.2 轉動負載運動特性 28
3.2.3 平動負載運動特性 29
3.3 直流電動機的選擇 29
3.3.1 直流電機特徵物理量 29
3.3.2 光電工程中常用直流電動機種類 32
3.3.3 直流伺服電動機和直流力矩電動機參數確定 36
3.3.4 固定轉速工作時無刷直流電動機參數確定 39
3.3.5 高加速度應用時無刷直流電動機參數確定 40
3.3.6 多電機並聯應用 41
3.4 音圈電機的選擇 41
3.4.1 音圈電機種類 41
3.4.2 音圈電機的控制 42
3.4.3 直線式音圈電機參數的確定 43
3.4.4 旋轉式音圈電機參數的確定 45
3.5 步進電機參數的確定 48
3.5.1 步進電機種類 48
3.5.2 步進電機參數確定 49
3.6 小結 50
第4章 光電工程中的常用測量元件 51
4.1 引言 51
4.2 測速發電機 51
4.3 編碼器 54
4.3.1 光電編碼器 54
4.3.2 磁電編碼器 59
4.4 電位計 59
4.5 旋轉變壓器 61
4.6 感應同步器 63
4.7 微位移傳感器 64
4.7.1 光電式微位移傳感器 64
4.7.2 電容式微位移傳感器 66
4.7.3 線性可變差動變壓器式微位移傳感器 67
4.7.4 應變片式微位移傳感器 68
4.7.5 電渦流式微位移傳感器 70
4.8 電流傳感器 75
4.9 陀螺儀 76
4.9.1 液浮陀螺儀 77
4.9.2 激光陀螺儀 78
4.9.3 光纖陀螺儀 79
4.9.4 靜電陀螺儀 81
4.9.5 微機械陀螺儀 81
4.9.6 動力調諧陀螺儀 83
4.9.7 陀螺儀的選擇 84
4.10 小結 85
第5章 功率放大器 86
5.1 引言 86
5.2 線性功率放大器 87
5.2.1 線性功率放大器OPA548 87
5.2.2 線性功率放大器PA21(A)/PA25(A)/PA26 90
5.3 脈衝功率放大器 93
5.3.1 半橋脈衝功率放大器L293/L293D 93
5.3.2 全橋脈衝功率放大器LMD18245 95
5.3.3 全橋脈衝功率放大器SA03 99
5.3.4 分立元件構建全橋脈衝功率放大器 100
5.3.5 步進電機驅動器THB6064H 101
5.3.6 分立元件構建步進電機驅動器 103
5.4 中間驅動級 103
5.4.1 光電耦合器 103
5.4.2 富士IGBT驅動混合集成模塊EXB8×× 104
5.4.3 SKHI系列混合功率驅動模塊 107
5.5 Maxon集成功率放大器 111
5.6 小結 115
第6章 伺服控制系統數學建模及誤差分析 116
6.1 引言 116
6.2 伺服控制系統機理建模 117
6.2.1 帶載直流伺服電動機數學模型 117
6.2.2 帶載直流力矩電動機數學模型 119
6.2.3 速度獲取差分運算數學模型 119
6.2.4 濾波器數學模型 120
6.2.5 PWM變換器數學模型 126
6.2.6 功率放大器數學模型 127
6.2.7 穩速控制系統數學模型示例 128
6.3 伺服控制系統實驗辨識 130
6.3.1 正弦掃頻系統數學模型辨識 130
6.3.2 基於偽隨機二進制序列的系統數學模型辨識 132
6.4 誤差傳遞與計算 135
6.5 測量元件誤差 136
6.6 原理穩態誤差 139
6.7 原理動態誤差 140
6.8 伺服系統誤差分配 143
6.9 小結 143
第7章 光電工程控制系統常用控制算法及其實現 144
7.1 引言 144
7.2 常規PID控制 144
7.3 非線性PID控制 149
7.4 自抗擾控制 162
7.5 頻域校正 174
7.5.1 串聯頻域校正 174
7.5.2 複合校正 188
7.6 神經網絡控制 190
7.7 模糊控制 200
7.7.1 模糊控制的數學基礎 200
7.7.2 模糊控制器 205
7.7.3 模糊控制器的設計 206
7.8 自適應控制 209
7.9 複合軸控制 210
7.9.1 雙通道控制理論 211
7.9.2 雙探測器型複合軸控制系統 212
7.9.3 單探測器型複合軸控制系統 214
7.9.4 複合軸控制系統穩定性分析 215
7.9.5 複合軸控制系統響應速度與跟蹤精度分析 216
7.10 步進電機加速控制 216
7.11 控制算法的實現 218
7.11.1 模擬控制器 218
7.11.2 數字控制器 220
7.12 小結 223
第8章 光電工程伺服控制系統實例 224
8.1 引言 224
8.2 光電遙感設備通用穩定與跟蹤控制系統 224
8.2.1 系統典型技術指標 225
8.2.2 系統組成及工作方式 226
8.2.3 精跟蹤分系統參數計算 230
8.2.4 粗跟蹤分系統參數計算 238
8.2.5 關鍵技術及解決措施 241
8.3 精密光電測試設備跟蹤控制系統 243
8.3.1 速度環參數計算 244
8.3.2 位置環參數計算 245
8.4 光電攝像記錄系統 247
8.5 動基座高精度天線伺服控制系統 256
8.6 激光通信中的複合軸跟蹤控制系統 258
8.7 飛行模擬器控制系統 260
8.7.1 系統主要技術指標 260
8.7.2 系統組成 260
8.7.3 主系統控制算法 262
8.8 非平衡負載像面掃描控制系統 264
8.9 航空光電遙感器鏡筒的自抗擾控制 276
8.10 基於自適應控制的航空遙感器前向像移補償系統 288
8.11 動態掃描凝視成像控制系統 294
8.12 小結 301
第9章 伺服控制系統環境適應性、電磁兼容性及可靠性 303
9.1 引言 303
9.2 環境適應性 303
9.3 電磁兼容性 304
9.4 可靠性 309
9.5 小結 312
參考文獻 313
附錄 318