本书主要介绍三菱交流伺服控制系统的原理和应用。 全书共 7 章,包括:绪论,主要介绍伺服控制系统以及典型产品、应用行业等;伺服电动机与伺服测量系统,主要介绍伺服电动机基本原理、永磁同步伺服电动机、测量系统基本原理及相关检测元件等;伺服原理与系统,主要介绍交流电的逆变、PWM 逆变原理、
永磁同步电动机伺服驱动系统;伺服驱动器工作原理,主要介绍位置控制单元、速度控制单元、驱动单元、伺服电动机驱动器的基本结构;三菱伺服驱动器的硬件系统,主要介绍系统的性能指标、电气接线、模块应用等;三菱伺服驱动器的操作与调试,主要介绍三菱伺服驱动器的具体应用,包括参数设置、系统调试、故
障诊断;伺服控制系统的应用,给出伺服移位角控制、定位机械手控制、打孔机、定位跟踪控制、单轴伺服跟踪控制 5 个实例。

本书内容充实,实用性强,注重能力培养,最后以实例收尾,可有效地训练学生解决实际问题的能力和动手能力。

本书适合作为高等职业院校电气工程自动化等专业的教材,也可作为自动化类岗位的培训教材。

      伺服控制系统涉及数控产业、装备制造业、信息产业以及材料学等诸多行业, 它的发展直 接关系到制造设备的性能发挥及相关产业的联动发展。 为了落实“加快发展先进制造业,推动 互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”以及“建设知识型、技能型、创新型劳动者大 军”的决策部署,电气自动化、机电一体化等专业均将伺服系统应用技术列入专业核心课程。 

      伺服驱动及 PLC 运动控制、工业网络通信、云平台等技术已广泛应用。 为了紧跟世界前沿 技术,将伺服新产品的应用教授给学生,本书在第一版的基础上修订了伺服系统的部分原理及 更新了伺服驱动器新型号的应用,同时更新了部分实践案例,增加了部分典型案例,案例中增加 了网络控制模式。 案例插图使用电气工程图,提供了完整的电气图、程序、调试方法、注意事项 等,使其真正来源于工程实际,可操作性更强。 

在研究、设计自动化装备过程中,运动控制技术是其中的关键技术,它涵盖控制理论、计算 机技术、微电子技术、电力电子技术、电机学、机械设计、信号检测与处理技术等多门学科,是自 动化技术的关键分支。

      目前,我国高等职业院校的相关专业已经敏锐地意识到运动控制技术的重要性,纷纷开设 了该课程。 然而与之配套的教材大多与工业实际相差较大,存在理论与实践脱节的问题。 这就 导致学生在学习过程中无法真正理解工业现场中运动控制技术的应用场景和实际需求。

     本书根据编者对运动控制系统的多年研究和总结编写而成,其内容从运动控制技术应用的 行业层面到系统的专业知识,从器件到系统,从理论到实践,层层解剖,让读者能系统地学习、了 解运动控制系统的原理和应用方法, 真正体现学以致用。 

     全书共分 7 章,其中第 1 ~ 6 章讲解伺服驱动器及伺服电动机的相关原理;第 5 章和第 6 章 讲解三菱伺服驱动器及伺服电动机的使用及排故方法;第 7 章为伺服控制系统的应用案例。 在 本书的关键章节配套微课视频,读者可通过扫描二维码观看。 说明书及技术手册等相关资源, 可在中国铁道出版社有限公司教育资源数字化平台 https: / / www. tdpress. com/ 51eds 下载。 

本书是“十三五”江苏省高等学校重点教材(编号:2018-1-179),由陈亚琳、杨战民任主编, 杨弟平、时鹏任副主编,王浩参与编写。 其中,陈亚琳编写第 1 章,杨战民编写第 2 章,杨弟平编 写第 3 章,时鹏编写第 4 章、第 5 章,王浩编写第 6 章、第 7 章。 三菱电机自动化(中国)有限公 司的工程技术人员参加了部分内容的编写;修订过程中,征求了他们的意见,因而案例的编写更 贴近工程技术人员的学习认知过程。

      受编者水平所限,书中难免存在疏漏与不妥之处,恳请广大读者批评指正。

                                                                                   编者 

                                                                              2024 年 7 月

第 1 章 绪论  1

1. 1 伺服控制系统概述 1

1. 2 伺服控制系统的结构与典型产品 2

1. 2. 1 伺服系统的结构 2

1. 2. 2 伺服系统的分类 3

1. 2. 3 伺服系统的性能要求 3

1. 2. 4 伺服系统的主要特点 3

1. 2. 5 伺服放大器的典型产品 4

1. 3 伺服控制系统在机床行业的应用 8

1. 4 伺服控制系统在纺织行业的应用 9

习题  11

第 2 章 伺服电动机与伺服测量系统 12

2. 1 伺服电动机基本原理  12

2. 2 永磁同步伺服电动机  16

2. 2. 1 永磁同步伺服电动机的结构与分类  16

2. 2. 2 永磁同步伺服电动机交流伺服系统  18

2. 3 测量系统基本原理  20

2. 4 编码器  22

2. 4. 1 编码器原理  22

2. 4. 2 输出信号  22

2. 4. 3 分类  23

2. 4. 4 从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器  23

2. 5 旋转变压器  25

2. 5. 1 旋转变压器的分类和工作原理  26

2. 5. 2 正余弦旋转变压器  27

2. 5. 3 线性旋转变压器  28

2. 6 光栅尺  30

2. 7 磁尺  31

习题  33

第 3 章 伺服原理与系统  34

3. 1 交流电的逆变  34

3. 1. 1 逆变电路的基本形式  34

3. 1. 2 电流控制型逆变器  35

3. 1. 3 电压控制型逆变器  36

3. 2 PWM 逆变原理 37

3. 2. 1 PWM 逆变原理与特点  38

3. 2. 2 PWM 波形的产生  40

3. 3 永磁同步电动机伺服驱动系统  42

3. 3. 1 交流永磁同步电动机的矢量控制原理  43

3. 3. 2 交流永磁同步电动机控制系统  45

习题  46

第 4 章 伺服驱动器工作原理  47

4. 1 位置控制单元  47

4. 2 速度控制单元  48

4. 3 驱动单元  49

4. 4 伺服驱动器的基本结构  49

习题  51

第 5 章 三菱伺服驱动器的硬件系统 52

5. 1 产品规格与技术性能  52

5. 2 电气连接总图  55

5. 3 伺服驱动器引脚功能  56

5. 4 伺服驱动器的接线  69

5. 5 定位模块的应用  71

5. 5. 1 QD75 定位模块特点  71

5. 5. 2 定位模块的选择  75

5. 5. 3 QDP1 的使用  76

5. 5. 4 GX Configurator-QP 的基本应用操作  79

5. 6 运动控制 CPU 的应用  88

5. 6. 1 运动控制 CPU 简介  88

5. 6. 2 运动控制 CPU 的使用  91

习题  131

习题  33

第 3 章 伺服原理与系统  34

3. 1 交流电的逆变  34

3. 1. 1 逆变电路的基本形式  34

3. 1. 2 电流控制型逆变器  35

3. 1. 3 电压控制型逆变器  36

3. 2 PWM 逆变原理 37

3. 2. 1 PWM 逆变原理与特点  38

3. 2. 2 PWM 波形的产生  40

3. 3 永磁同步电动机伺服驱动系统  42

3. 3. 1 交流永磁同步电动机的矢量控制原理  43

3. 3. 2 交流永磁同步电动机控制系统  45

习题  46

第 4 章 伺服驱动器工作原理  47

4. 1 位置控制单元  47

4. 2 速度控制单元  48

4. 3 驱动单元  49

4. 4 伺服驱动器的基本结构  49

习题  51

第 5 章 三菱伺服驱动器的硬件系统 52

5. 1 产品规格与技术性能  52

5. 2 电气连接总图  55

5. 3 伺服驱动器引脚功能  56

5. 4 伺服驱动器的接线  69

5. 5 定位模块的应用  71

5. 5. 1 QD75 定位模块特点  71

5. 5. 2 定位模块的选择  75

5. 5. 3 QDP1 的使用  76

5. 5. 4 GX Configurator-QP 的基本应用操作  79

5. 6 运动控制 CPU 的应用  88

5. 6. 1 运动控制 CPU 简介  88

5. 6. 2 运动控制 CPU 的使用  91

习题  131

第 6 章 三菱伺服驱动器的操作与调试  132

6. 1 状态、诊断、报警和参数模式的显示操作 132

6. 1. 1 概要 132

6. 1. 2 状态显示 132

6. 1. 3 诊断模式 134

6. 1. 4 报警模式 136

6. 1. 5 参数模式 137

6. 1. 6 外部输入/输出信号显示  138

6. 2 参数设置 141

6. 2. 1 基本设置参数 142

6. 2. 2 增益滤波器参数 144

6. 2. 3 扩展设置参数 146

6. 2. 4 输入/输出设置参数  149

6. 2. 5 扩展设置 2 参数 151

6. 2. 6 扩展设置 3 参数 153

6. 2. 7 线性伺服电动机/DD 电动机设置参数  155

6. 2. 8 选件设置参数 157

6. 3 驱动器的调试 158

6. 4 故障与报警处理 159

6. 4. 1 报警一览表 160

6. 4. 2 警告一览表 168

习题  169

第 7 章 伺服控制系统的应用  170

7. 1 伺服移位角控制 170

7. 2 定位机械手控制 174

7. 3 打孔机 179

7. 4 定位跟踪控制 192

7. 5 单轴伺服跟踪控制 198

习题  203

      陈亚琳，就职于南京工业职业技术大学电气工程学院自动化教学部，主任，副教授，黄炎培教学名师。 全国职业院校技能大赛中职电气安装与维修赛项专家组组长；世界技能大赛机电一体化赛项中国队技术指导专家。主持2009版国家维修电工标准、题库建设，主持2019版国家电工标准、题库建设。 主编出版12本教材，其中1本为国家规划教材。指导学生获全国职业院校技能大赛一等奖四次。

      杨战民，就职于南京工业职业技术大学电气工程学院院长，二级教授，硕士生导师。从事电气自动化专业的教学和科研工作。研究兴趣包括:奇异系统理论、滞后反馈控制和复杂系统控制理论、机器人控制、智能控制等。2008年入选江苏省青蓝工程中青年学术带头人,培养结束合格；2009年入选江苏省第三期“333高层次人才培养工程”第三层次中青年科学技术带头人培养对象,培养结束合格；2011年入选江苏省第四期“333高层次人才培养工程”第三层次培养对象，培养结束为优秀；2014年入选江苏省青蓝工程科技创新团队，为团队负责人，项目已经完成；2015年入选江苏省“六大人才高峰” 高层次人才选拔培养对象。

 本书根据编者对运动控制系统的多年研究和总结编写而成,其内容从运动控制技术应用的 行业层面到系统的专业知识,从器件到系统,从理论到实践,层层解剖,让读者能系统地学习、了 解运动控制系统的原理和应用方法, 真正体现学以致用。