自动控制原理与系统(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：自动控制原理与系统(第2版)

定价：48.00元

作者：叶明超,黄海

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2013-02-01

ISBN：9787564072575

字数：

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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内容提要

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《自动控制原理与系统(第2版)》由叶明超、黄海主编，介绍了经典控制理论的基本概念、基本理论和控制系统的基本分析方法及实际应用。主要内容有：自动控制的基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法和频域分析法、控制系统的校正、直流调速系统、直流脉宽调速系统、位置随动系统、交流变频调速系统、控制系统实例介绍等。各章均配有内容提要、小结和大量习题。
本书中给出了大量的应用实例，并针对实例中的问题由浅入深地给出了解决方法。全书力求突出物理概念、定性分析，回避烦琐的数学推导，叙述深入浅出，通俗易懂。
《自动控制原理与系统(第2版)》可作为普通高校电气技术、自动化技术、机电一体化技术以及电子技术等电类专业学生的教学用书，也可作为从事自动化工作的工程技术人员的参考用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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机械臂的精准运动之奥秘：《运动控制系统设计与应用》 在现代制造业的脉搏跳动中，自动化与智能化已成为提升效率、保障品质的关键词。其中，精确、高效的机械臂运动控制系统，更是扮演着不可或缺的核心角色。本书《运动控制系统设计与应用》深入剖析了构成机械臂精确运动的底层逻辑与高级策略，旨在为读者揭示这一复杂系统的设计精髓与实际应用之道。 本书并非泛泛而谈的控制理论综述，而是聚焦于机械臂这一典型多自由度、强耦合非线性系统的运动控制难题。我们将从最基础的运动学与动力学出发，层层递进，带领读者构建对机械臂运动机理的深刻理解。 第一篇：运动的根基——运动学与动力学建模 在第一章 运动学基础中，我们将首先介绍机器人手臂的基本结构，包括连杆、关节等关键组成部分。随后，我们将详细阐述齐次变换矩阵的概念，这是描述机器人手臂各部件之间相对位置和姿态的数学语言。通过D-H（Denavit-Hartenberg）参数法，我们将学习如何系统地建立机器人手臂的正向运动学模型，从而根据关节角度计算出末端执行器的位置和姿态。紧接着，我们将深入研究逆向运动学，这是求解使末端执行器达到指定位姿所需的关节角度的关键技术，我们将探讨多种求解方法，如解析法和数值法，并分析其各自的优劣势。此外，机器人手臂的雅可比矩阵，作为描述关节速度与末端执行器速度之间关系的工具，也将得到详细的讲解，为后续的动力学分析和力控制打下基础。 第二章 动力学建模 有了运动学基础，我们才能进一步探究驱动机械臂运动的内在力量。在第二章 动力学建模中，我们将介绍机器人手臂的惯性、科里奥利力、离心力以及重力等对运动产生影响的动力学因素。我们将详细阐述拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程这两种经典的动力学建模方法，并对比它们的适用场景和计算效率。基于这些方程，我们将推导出机器人手臂的完整动力学模型，其中包含了复杂的耦合项，反映了各关节运动之间的相互影响。理解并精确建立动力学模型，是实现高精度运动控制的前提，也是后续设计鲁棒控制器、实现高级运动规划的基础。 第二篇：大脑的指令——轨迹规划与插值 在有了对机械臂运动机理的深刻理解后，我们需要为其设定合理的运动轨迹。 第三章 轨迹规划 第三章 轨迹规划将带领读者领略如何为机械臂设计出平滑、高效且安全的运动路径。我们将从最简单的点到点轨迹规划开始，介绍直线插值、圆弧插值等基础方法。随后，我们将深入探讨更为复杂的轨迹规划技术，如多项式插值（包括三次、五次多项式），它们能够保证轨迹在位置、速度和加速度上的连续性，从而实现更平稳的运动。本书还将介绍样条插值（如B样条），它们提供了更灵活的曲线生成能力，能够满足更精细的路径要求。在实际应用中，我们还需要考虑避障问题，因此，我们将探讨基于路径的避障算法，以及如何将避障策略融入到轨迹规划过程中。此外，轨迹的时间尺度优化也是关键，我们将介绍如何根据任务需求和系统约束，优化轨迹的时间参数，以达到最快的运动速度或最低的能耗。 第三篇：执行的艺术——控制器设计 轨迹规划为机械臂提供了“目标”，而控制器则负责将其转化为实际的“行动”。 第四章 传统PID控制 第四章 传统PID控制将从最基础也最为广泛应用的PID（比例-积分-微分）控制器入手，详细讲解其工作原理、参数整定方法以及在机械臂控制中的应用。我们将分析P、I、D各部分的物理意义，以及它们如何影响系统的响应速度、稳定性与稳态误差。本书将介绍多种PID参数整定方法，包括经验法（如Ziegler-Nichols方法）、模型驱动法等，并指导读者如何根据具体的机械臂模型和性能需求，选择最优的PID参数。同时，我们也将探讨PID控制在处理机械臂的非线性、耦合性等复杂问题时所面临的挑战，并提出一些改进策略，如级联PID、增量式PID等。 第五章 现代控制策略 基于对机械臂复杂动力学特性的认识，第五章 现代控制策略将引入更为先进的控制方法，以应对PID控制的局限性。我们将详细介绍模型预测控制（MPC），这是一种能够充分利用系统模型信息，通过预测未来系统行为来优化控制输入的先进方法。MPC在处理约束条件、优化性能指标方面表现出色，非常适合复杂机械臂的运动控制。其次，我们将探讨滑模变结构控制（SMC），它具有对模型不确定性和外部扰动的高鲁棒性，能够保证系统在滑模表面上运行，实现快速而稳定的响应。本书还将介绍模糊逻辑控制（FLC），它能够利用人类专家的经验知识，将模糊的语言规则转化为精确的控制指令，尤其在难以建立精确数学模型的情况下具有优势。此外，我们将触及自适应控制和鲁棒控制等概念，阐述它们如何在系统参数变化或存在不确定性时，保持控制性能的稳定。 第四篇：智慧的融合——高级控制与协同 随着技术的不断发展，机械臂的控制正朝着更加智能化和协同化的方向迈进。 第六章 力/阻抗控制 当机械臂需要与环境发生物理交互时，仅仅控制其位置和速度已不足以保证安全和高效。第六章 力/阻抗控制将深入探讨如何让机械臂“感知”并“控制”与环境的力交互。我们将介绍力传感器的类型和工作原理，以及如何利用它们来测量接触力。基于力的测量，我们将讲解阻抗控制的概念，它允许机械臂表现出特定的力学行为，如弹簧-阻尼特性，从而实现柔顺的交互。我们将详细推导阻抗控制器的设计方法，并分析其在装配、打磨、表面抛光等应用中的重要性。此外，本书还将介绍混合阻抗控制，它能够灵活地在位置控制和力控制之间切换，以适应不同的任务需求。 第七章 多机械臂协同控制 在许多复杂的工业场景中，单一机械臂已无法满足需求，多个机械臂协同工作成为趋势。第七章 多机械臂协同控制将聚焦于如何让多个机械臂“默契配合”，共同完成一项任务。我们将从多机械臂系统的协调性分析入手，探讨如何分配任务，如何避免碰撞，以及如何实现末端执行器姿态的协同。本书将介绍几种典型的多机械臂协同控制方法，包括基于主从控制、基于任务空间协调、基于共享工作空间等。我们将分析在不同协同模式下，如何设计控制器以保证整体系统的稳定性和任务的完成度。此外，本书还将讨论多机械臂系统的鲁棒性问题，以及如何应对单个机械臂故障时的系统重构。 第五篇：实践的淬炼——系统集成与应用 理论最终服务于实践，本书将带领读者将所学知识转化为实际的系统。 第八章 系统集成与硬件选型 第八章 系统集成与硬件选型将指导读者如何将理论模型和控制算法落地到真实的硬件系统中。我们将详细介绍伺服电机、编码器、减速器等核心执行与反馈部件的选择原则，以及它们的技术指标如何影响整体控制性能。本书将讲解各类传感器（如力传感器、视觉传感器）在机械臂控制中的作用，以及如何将其与主控制器进行集成。我们将讨论不同类型的控制器硬件平台（如PLC、嵌入式系统、工控机）的优劣势，并提供选择建议。此外，通信协议（如Ethernet/IP, Profinet）的选择与配置，以及系统整体的接线与安装，也将得到详细的阐述。 第九章 典型应用案例分析 为了使读者更直观地理解机械臂运动控制系统的实际应用，第九章 典型应用案例分析将选取多个典型工业场景进行深入剖析。我们将分析汽车制造中的焊接、喷涂、装配等场景，讲解在这些场景下，如何根据具体需求设计运动控制策略。例如，在高速运动的焊接任务中，需要高精度的轨迹跟踪和速度控制；在精密的装配任务中，则需要精细的力/阻抗控制。本书还将探讨物流仓储中的拣选、搬运任务，以及食品加工、医疗手术等领域中的应用。通过对这些案例的深入分析，读者将能够更清晰地认识到不同控制策略的适用性，以及如何根据实际应用需求，进行灵活的系统设计与优化。 第十章 实验与仿真平台搭建 理论学习离不开实践验证，第十章 实验与仿真平台搭建将指导读者如何搭建自己的实验与仿真环境。我们将介绍常用的仿真软件，如MATLAB/Simulink, Gazebo等，以及如何利用它们建立机械臂的仿真模型，并进行各种控制算法的仿真测试。本书还将指导读者如何搭建实物实验平台，包括硬件的选择、搭建、以及与控制软件的对接。通过实际的实验操作，读者将能够更深刻地理解理论知识的实现过程，培养解决实际工程问题的能力。 本书《运动控制系统设计与应用》内容丰富，结构严谨，从理论基础到高级应用，再到实践操作，力求为读者构建一个完整、深入的机械臂运动控制知识体系。本书不仅适合于机器人、自动化、机械工程等相关专业的学生，也适用于从事相关领域研究与开发的工程师。通过阅读本书，您将能够掌握设计、分析、实现高性能机械臂运动控制系统的关键技能，为推动自动化技术的进步贡献力量。