《机电一体化伺服系统控制：工业应用中的问题及其理论解答》详细讲述了机电一体化伺服系统在控制方面存在的问题，给出了这些问题的理论分析及解决方法。主要包括机电一体化伺服系统概述、机电一体化伺服系统数学模型的建立、机电一体化伺服系统的离散时间间隔、机电一体化伺服系统的量化误差、机电一体化伺服系统的转矩饱和、修正教示信号法、基于主从同步定位控制方法的轮廓控制等内容。不仅使读者了解机电一体化伺服系统在工业中存在的主要问题，同时从理论和实际两个方面获得解决这些问题的方法。《机电一体化伺服系统控制：工业应用中的问题及其理论解答》给出的详细的理论分析过程和具体实例，能帮助读者对这一领域有更加实际和深入的了解，通过掌握该领域的必要知识，可独立运用这些方法和技术来解决实际问题。因此，《机电一体化伺服系统控制：工业应用中的问题及其理论解答》具有较高的学术价值和实践指导作用。
    《机电一体化伺服系统控制：工业应用中的问题及其理论解答》可作为普通高等院校机械类或电类本科生和研究生专业基础课的教材，也可供其他大专院校及从事机电一体化伺服系统研制、开发及应用的技术人员学习参考。

　　工业机电一体化伺服系统的转矩特点如下：（1）伺服系统过流停止：当电动机电流超过最大允许电流（等价于瞬时电动机输出转矩，即大约3～5倍额定转矩）并持续1s以上时，伺服系统会因过流而停止工作。即电流超过等价的额定转矩并持续一定的时间会导致伺服系统停止。采用这种措施可防止过流损坏电动机。（2）防Wind up措施：当电流控制回路和速度控制回路中使用了许多PI（比例一积分）控制器时，如积分器达到饱和将导致Wind up现象的发生。Windup现象是指当控制器（包括积分器）工作在饱和状态时，由于期望操作与实际操作不一致而造成偏差持续增长，导致输出不能随输人的下降而下降。对此，设计电流控制模块的PI控制部分时，要求其在整体控制过程中不得进入饱和区，并且采用电流中断等策略，保证PI控制部分一旦超过某门限值达到饱和，伺服系统便立即停止工作。对于速度控制回路的PI控制器，当电流参考值在电动机输出转矩的范围内时，PI控制器将正常工作，而当电流参考值超出电动机输出转矩值时，积分控制与比例控制分离，从而避免Wind up现象出现。（3）反电动势补偿：可以使用反电动势补偿法来补偿电动机端电压与反电动动势之差，从而得到可以用于电动机加减速控制的电流。反电动势补偿法使得电动机在高速运转时也可以流过3～5倍的额定电流。此时，对应电动机高速旋转频率的反电动势，电动机电流等价于PWM放大器中电动机较大的终端输入电压。在具有上述特点的工业机电一体化伺服系统中，会因功率放大器电流输出饱和或伺服电动机输出转矩而造成转矩饱和。一旦发生饱和，机电一体化伺服系统就难以运行。因此从设备安全性方面考虑，必须在伺服控制器部分安装速度控制模块和电流控制模块以抑制饱和。速度控制模块的裁剪器（clip）表示不能超过加速度的速度变化。电流控制模块的裁剪器不能超过电流值。上述裁剪器都不能超过电流变化。上述裁剪器共同作用在机电一体化伺服系统的转矩上。在本章中，由裁剪器限制所导致的转矩输出被称为转矩饱和。一般情况下在无转矩饱和的低速线性区域可实现高精度的轮廓控制。然而，高速运动也是必须的。因此，在高精度轮廓控制中掌握转矩饱和特性非常重要。如果能够正确了解转矩饱和特性，那么就能根据转矩饱和特性在允许的转速范围内实现目标的高精度轮廓控制。

引言机电一体化伺服系统概述
0.1 机电一体化伺服系统的产生
0.1.1 伺服系统的控制模式
0.1.2 伺服系统应用的特征
0.2 伺服系统中的问题
0.2.1 关于机电一体化伺服系统建模的讨论
0.2.2 关于机电一体化伺服系统单轴性能的讨论
0.2.3 关于多轴机电一体化伺服系统性能的讨论
0.2.4 关于机电一体化伺服系统指令的讨论

第1章 机电一体化伺服系统数学模型的建立
1.1 机电一体化伺服系统单轴的四阶模型
1.1.1 机电一体化伺服系统
1.1.2 机电一体化伺服系统数学模型的推导
1.1.3 利用数学模型确定伺服参数的方法
1.1.4 数学模型的实验验证
1.2 机电一体化伺服系统单轴的降阶模型
1.2.1 降阶模型的必要条件
1.2.2 模型的结构标准
1.2.3 低速一阶模型的推导
1.2.4 中速二阶模型的推导
1.2.5 低速一阶模型和中速二阶模型的评价
1.3 多关节机械臂的笛卡儿坐标线性模型
1.3.1 多关节机械臂的笛卡儿线性模型
1.3.2 工作线性模型自适应区域的推导
1.3.3 工作线性化模型的自适应区域及其实验验证

第2章 机电一体化伺服系统的离散时间间隔
2.1 采样时间间隔
2.1.1 机电一体化伺服系统的条件要求
2.1.2 控制特性与采样频率的关系
2.1.3 采用控制中要求的采样频率
2.1.4 采样频率确定法的实验验证
2.2 参考输入时间间隔与速度波动的关系
2.2.1 考虑参考输入时间间隔的机电一体化伺服系统的
数学模型
2.2.2 参考输入时间间隔内速度波动的工业领域策略
2.2.3 稳态速度波动和机电一体化伺服系统之间的参数关系
2.2.4 稳态速度波动的实验验证
2.2.5 参考输入时间间隔和瞬时速度波动的关系
2.2.6 瞬时速度波动的实验验证
2.3 参考输入时间间隔与轨迹不规则性的关系
2.3.1 在参考时间间隔内的轨迹不规则性
2.3.2 参考输入时间间隔中产生的轨迹不规则性的实验
验证
2.3.3 理论分析结果的应用值

第3章 机电一体化伺服系统的量化误差
3.1 编码器分辨率
3.1.1 软件伺服系统的编码器分辨率
3.1.2 编码器分辨率的数学模型及其分辨率判定
3.1.3 编码器分辨率确定的实验验证
3.2 转矩分辨率
3.2.1 用于转矩分辨率的机电一体化伺服系统的数学模型
3.2.2 由于力矩量化误差引起的定位精度的退化
3.2.3 由于力矩量化误差引起的阶跃响应的退化
3.2.4 转矩分辨率确定方法的推导

第4章 机电一体化伺服系统的转矩饱和
4.1 转矩饱和特性的测量方法
4.1.1 机电一体化伺服系统的转矩饱和
4.1.2 转矩饱和曲线的测量及实验验证
4.2 避免转矩饱和的轮廓控制方法
4.2.1 具有转矩饱和的轮廓控制性能与高精度轮廓控制
方法
4.2.2 考虑转矩饱和的轮廓控制的实验验证

第5章 修正教示信号法
5.1 基于数学模型的修正教示信号法
5.1.1 修正教示信号法的推导
5.1.2 修正教示信号法的特性分析
5.1.3 修正教示信号法的实验验证
5.2 基于高斯网络的修正教示信号法
5.2.1 基于高斯网络的修正教示信号法的推导
5.2.2 基于高斯网络的修正教示信号法的实验验证
5.3 一种柔性机制的修正教示信号法
5.3.1 使用修正教示信号法进行有振荡限制的轮廓控制
的推导
5.3.2 利用修正教示信号法进行振荡约束控制的实验验证

第6章 基于主从同步定位控制方法的轮廓控制
6.1 主从同步定位控制方法
6.1.1 主从同步定位控制的必要性
6.1.2 主从同步定位控制方法的推导及特性分析
6.1.3 主从同步定位控制方法的实验测试
6.2 基于主轴同步定位控制方法的高精度轮廓控制
6.2.1 主从同步定位轮廓控制的推导
6.2.2 主从同步定位轮廓控制方法的特性分析和评价
6.2.3 主从同步定位轮廓控制方法的实验测试
关键词
附录
符号说明
实验装置
参考文献