运动控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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綦慧，杨玉珍 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302219705

商品编码：29648162462

包装：平装

出版时间：2010-06-01

基本信息

书名：运动控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材)

定价：25.00元

作者：綦慧,杨玉珍

出版社：清华大学出版社

出版日期：2010-06-01

ISBN：9787302219705

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.499kg

编辑推荐

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内容提要

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本书以培养学生自主设计能力、综合实验能力、创新意识和创新能力为主导教学思想，不局限于某种实验装置。在具有可变直流电源（相控整流、PWM主电路）、交直交供电逆变电路等实验设施的基础上，以运算放大器等器件作为模拟量控制的载体，以DSP、工控机、PLC等作为数字控制的载体，构建各类实验系统。重点介绍实验原理、系统的设计实现方法和具体实验方法。
　　本书包括模拟控制和数字控制两部分。其中模拟控制实验系统主要是基于理论教学的原理性、验证性实验； 数字控制实验系统则以计算机为工具，引入先进的控制技术，拓展设计性、综合性实验。 模拟量控制系统中，重点介绍系统各环节特性的测试方法、开环与闭环系统的调试方法、系统稳态特性与动态特性的测试方法； 数字控制系统中详细介绍各类数字控制实验系统的实现原理，提供了数字控制的设计思路与方法，以此作为数字控制运动控制系统自主设计实验内容的参考与借鉴。
　　本书可作为普通高等院校自动化类专业本科生实验教学的教材，也可作为研究生及相关科研人员的参考书。

目录

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章　运动控制系统实验概述
　1.1　运动控制实验分类
　1.2　运动控制实验研究方法
　1.3　运动控制系统实验平台建设
　1.4　运动控制系统实验中的共性问题
第2章　直流调速系统各环节特性及参数测定
　2.1　实验目的
　2.2　实验原理
　　2.2.1　直流电动机原理及参数测定
　　2.2.2　电力电子变换器的工作参数测定
　　2.2.3　功率控制环节的工作特性测定
　2.3　实验内容
　2.4　实验器材
　2.5　实验方案及方法
　　2.5.1　直流电动机的参数及工作特性测定
　　2.5.2　功率主电路参数及工作特性测定
　　2.5.3　控制环节的工作特性测定
　2.6　实验报告
　2.7　注意事项
第3章　转速单闭环直流调速系统实验
　3.1　实验目的
　3.2　实验原理
　　3.2.1　转速单闭环直流调速系统的组成及工作原理
　　3.2.2　转速单闭环直流调速系统的特性
　　3.2.3　电流截止负反馈环节
　3.3　实验内容
　3.4　实验器材
　3.5　实验方案及方法
　　3.5.1　转速单闭环实验系统构建及单元环节测定
　　3.5.2　直流调速开环系统机械特性测定
　　3.5.3　转速单闭环直流调速系统静特性测定
　　3.5.4　电流截止负反馈环节整定与下垂特性测定
　　3.5.5　转速单闭环直流调速系统起动过程动态特性观测
　3.6　实验报告
　3.7　注意事项
第4章　转速、电流双闭环不可逆直流调速系统实验
　4.1　实验目的
　4.2　实验原理
　　4.2.1　转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理
　　4.2.2　双闭环直流调速系统的动态特性及性能指标
　　4.2.3　双闭环直流调速系统各调节器的工程设计
　4.3　实验内容
　4.4　实验器材
　4.5　实验方案及方法
　　4.5.1　双闭环直流调速系统的实验系统构建及单元环节测定
　　4.5.2　开环直流调速系统机械特性测定
　　4.5.3　转速、电流双闭环调速系统调试
　　4.5.4　转速、电流双闭环调速系统静特性测定
　　4.5.5　转速、电流双闭环调速系统动态特性测定
　4.6　实验报告
　4.7　注意事项
第5章　转速、电流双闭环直流脉宽可逆调速系统实验
　5.1　实验目的
　5.2　实验原理
　　5.2.1　转速、电流双闭环直流脉宽调速系统的组成及工作原理
　　5.2.2　可逆直流调速系统的工作特性
　5.3　实验内容
　5.4　实验器材
　5.5　实验方案及方法
　　5.5.1　单元环节测定
　　5.5.2　直流PWM开环调速系统机械特性测定
　　5.5.3　直流PWM调速系统闭环调试及可逆运行动态波形测试
　　5.5.4　直流PWM调速系统静特性测试
　5.6　实验报告
　5.7　注意事项
第6章　直流调速系统的数字仿真
第7章　直流调速系统的数字控制
第8章　转速开环异步电动机变压变频调速系统实验
第9章　异步电动机矢量控制系统实验
0章　异步电动机直接转矩控制变频调速系统实验
1章　永磁同步电动机自控变频调速系统实验
参考文献
附录

作者介绍

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文摘

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序言

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一本深入浅出的智能制造基石——《现代运动控制系统设计与实践》 在日新月异的科技浪潮中，制造业正经历着一场前所未有的数字化、智能化转型。其中，运动控制作为实现自动化和智能化生产的核心技术，其重要性不言而喻。无论是精密机械的精准定位，还是工业机器人的灵巧操作，亦或是新能源汽车的动力调控，都离不开强大而高效的运动控制系统。本书《现代运动控制系统设计与实践》正是应时代之需，旨在为广大从事自动化、机械工程、机器人技术、电气工程等领域的工程师、研究人员以及高年级本科生、研究生提供一本系统、深入且实用的学习指南。 本书并非仅仅罗列枯燥的理论公式，而是将理论与实践紧密结合，以解决实际工程问题为导向，力求让读者在理解核心概念的同时，掌握实际的设计与开发能力。我们深知，运动控制的魅力在于其能够将数学模型转化为物理世界的精准运动，而这种转化过程的每一个环节都充满了挑战与智慧。因此，本书的编写遵循了一条从基础到进阶，从理论到应用的清晰脉络。 第一篇：运动控制系统基础理论与建模 本篇旨在为读者打下坚实的理论基础，为后续深入的学习和实践铺平道路。 第一章 运动控制系统概述： 这一章将带领读者走进运动控制的宏大世界。我们将从运动控制的定义、发展历程、应用领域出发，勾勒出其在现代工业中的重要地位。通过分析典型运动控制系统的组成，如传感器、执行器、控制器、驱动器等，让读者对整个系统的构成有一个初步的认识。我们还会探讨运动控制技术的核心目标——高精度、高速度、高可靠性，以及它们之间的权衡与协调。同时，本章也会简要介绍不同类型的运动控制应用，例如伺服系统、步进系统、直流电机控制、交流电机控制等，为后续章节的学习做铺垫。 第二章 运动对象动力学建模： 运动对象的建模是运动控制设计的第一步，也是至关重要的一步。本章将深入讲解如何建立不同类型运动对象的数学模型。我们将重点关注机械系统的动力学特性，例如惯性、阻尼、弹性等因素对系统动态行为的影响。读者将学习到如何运用牛顿-欧拉法、拉格朗日法等经典力学方法建立刚体动力学模型，以及如何处理多自由度机械系统的运动方程。对于典型的伺服电机，我们将详细介绍其电磁学模型、机械模型以及机电耦合模型，揭示电压、电流、转速、扭矩之间的复杂关系。此外，本章还会引入机电一体化系统中常见的其他对象，如直线电机、液压缸、气动缸等的建模方法，为读者处理更广泛的工程问题提供理论依据。 第三章 运动控制器设计基础： 控制器是运动控制系统的“大脑”。本章将系统介绍各种经典的运动控制器设计方法。我们将从PID（比例-积分-微分）控制器入手，详细讲解其原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、手动整定法等），以及在不同应用场景下的优缺点。在此基础上，本书将逐步引入更先进的控制策略，如状态空间控制、观测器设计、模糊控制、神经网络控制等。对于每种控制方法，我们都会深入剖析其数学原理，并结合具体算例，展示其在提高系统性能、应对非线性、鲁棒性等方面的优势。本章的重点在于培养读者根据实际系统特性选择和设计合适控制器的能力。 第二篇：现代运动控制系统的关键技术 本篇将聚焦于现代运动控制系统中几个关键且热门的技术，帮助读者掌握实现高性能运动控制的核心要素。 第四章 伺服系统设计与调优： 伺服系统在现代自动化领域扮演着举足轻重的角色。本章将对伺服系统的组成、工作原理进行详尽阐述，包括编码器、减速器、驱动器等关键部件的功能与选型。我们将重点讲解伺服电机的选型原则，如何根据负载特性、动态响应要求、精度要求等来选择合适的电机类型和规格。在控制策略方面，除了PID控制，本章还会深入介绍伺服系统常用的前馈控制、扰动观测补偿等技术，这些技术对于实现高动态性能至关重要。此外，伺服系统的参数调试是保证系统稳定性和性能的关键，本章将提供一套系统的调试流程和技巧，帮助读者有效解决实际调试中遇到的问题。 第五章 步进电机控制技术： 步进电机以其结构简单、成本低廉、易于实现开环定位等优点，在许多中低端应用中得到广泛应用。本章将详细介绍步进电机的基本原理、微步控制技术，以及如何实现精确的步进运动。我们将探讨不同类型步进电机的特性，并分析其在选择和应用中需要注意的问题。在控制方面，本章会介绍步进电机驱动器的选型与接口，以及如何通过微控制器实现高精度的步进脉冲输出和运动轨迹规划。此外，我们还会讨论步进电机在闭环控制下的应用，以及如何解决其在高速或重载下可能出现的失步问题。 第六章 交流伺服电机控制： 随着永磁同步电机（PMSM）技术的成熟，交流伺服电机在工业界的应用越来越广泛，其性能已能媲美甚至超越传统的直流伺服系统。本章将重点关注交流伺服电机，特别是PMSM的控制。我们将深入讲解矢量控制（FOC）的原理，包括坐标变换（Clark/Park变换）、磁场定向控制、电流环和速度环的设计。读者将学习到如何利用DSP或ARM等微控制器实现复杂的FOC算法。此外，本章还会讨论PMSM的各种控制模式，以及其在不同应用场景下的优势，例如在机器人、电动汽车等领域的应用。 第七章 运动轨迹规划与插补： 精确的运动轨迹规划是实现复杂运动任务的基础。本章将系统介绍各种运动轨迹规划算法，包括直线插补、圆弧插补、样条插补等。我们将分析不同插补算法的数学原理、计算方法以及在不同精度和速度要求下的适用性。对于多轴联动系统，本章将重点讲解如何进行多轴同步控制，包括直线、圆、椭圆等复杂轨迹的生成，以及如何在不同轴之间进行协调。此外，本书还会介绍基于CNC（数控）系统的运动控制原理，以及G代码等数控编程语言在运动控制中的应用。 第三篇：运动控制系统的实现与应用 本篇将从实际工程实现的层面出发，结合现代硬件平台和软件工具，指导读者如何将理论知识转化为实际可运行的系统。 第八章 嵌入式系统在运动控制中的应用： 嵌入式系统是现代运动控制系统的核心载体。本章将深入探讨主流的嵌入式微控制器（如ARM Cortex-M系列、DSP等）在运动控制中的应用。我们将介绍微控制器内部的定时器、ADC、PWM等外设模块如何用于实现精确的定时、采样和电机驱动。本书还将重点讲解实时操作系统（RTOS）在运动控制系统中的作用，包括任务调度、信号量、消息队列等机制如何保证系统的实时性和稳定性。读者将学习到如何利用RTOS来管理多任务的运动控制流程。 第九章 传感器与执行器的接口与信号处理： 传感器和执行器是连接控制系统与物理世界的桥梁。本章将详细介绍各种常用的运动控制传感器（如编码器、 Resolver、激光测距传感器、力传感器等）的工作原理、接口电路设计和信号采集方法。同时，我们将讲解各种执行器（如步进电机驱动器、伺服驱动器、液压/气动阀等）的控制接口和驱动电路设计。对于采集到的模拟信号，本章将介绍滤波、放大、模数转换等信号处理技术，以提高信号的质量和可靠性。数字信号的处理，例如编码器信号的解码、脉冲计数等也将被详细阐述。 第十章 工业通信协议在运动控制中的应用： 现代工业自动化系统往往需要多个设备之间进行高效、可靠的通信。本章将重点介绍几种主流的工业通信协议在运动控制中的应用，例如CAN（Controller Area Network）总线、EtherCAT、PROFINET等。我们将分析这些协议的特点、通信机制、数据传输方式，以及如何在实际工程中进行配置和应用。通过学习本章，读者将能够构建起一个高效、分布式、可扩展的运动控制系统。 第十一章 运动控制系统仿真与调试： 在实际硬件实现之前，仿真是一个非常重要的环节，可以帮助我们验证设计的合理性和性能。本章将介绍如何使用MATLAB/Simulink等仿真工具来搭建运动控制系统的仿真模型，并进行性能分析和参数调优。我们将演示如何将开发的控制算法集成到仿真模型中，并观察系统的动态响应。此外，本章还将提供一套完整的系统调试流程，包括硬件连接、软件烧录、参数配置、离线调试、在线调试等步骤，并针对实际调试中可能遇到的常见问题，提供解决方案和建议。 第十二章 典型应用案例分析： 为了帮助读者更好地理解和应用本书所学的知识，本篇的最后一章将通过几个典型的应用案例进行深入分析。我们将涵盖工业机器人手臂控制、数控机床的运动控制、AGV（自动导引车）的导航与定位、印刷设备的高速运动控制等。对于每个案例，我们将详细分析其运动控制系统的需求、关键技术选择、系统设计思路、实现方法以及性能评估。这些案例将生动地展示运动控制技术在不同工业领域的实际价值，并为读者提供宝贵的工程实践经验。 本书特色： 理论与实践并重： 既有严谨的理论推导，又有大量的工程实践指导。 内容全面深入： 覆盖了运动控制系统的基础理论、关键技术、实现方法和应用案例。 面向工程实际： 紧密结合当前工业界的需求，重点解决实际工程中遇到的问题。 图文并茂： 配备丰富的图表和插图，帮助读者直观理解抽象的概念。 前沿技术展望： 关注了运动控制领域的新技术和发展趋势。 《现代运动控制系统设计与实践》不仅仅是一本书，更是您迈向运动控制领域专家之路的可靠伙伴。我们希望通过本书，能够激发读者对运动控制技术的浓厚兴趣，并赋能读者在未来的科技创新与产业升级中，贡献自己的智慧和力量。

评分☆☆☆☆☆

说实话，市面上讲运动控制的书不少，但真正能做到图文并茂、深入浅出、同时又不失深度的，简直凤毛麟角。这本书在这方面做得极为出色。我特别欣赏它在系统建模和动态特性分析部分的处理方式。它没有急于抛出复杂的控制算法，而是先花了大量篇幅讲解如何准确地对电机、机械臂等执行机构进行建模，这才是后续一切控制设计的基础。我个人最头疼的就是惯量辨识和摩擦力的补偿，但书中的实例演示，清晰地展示了如何利用实验数据去辨识模型参数，并且后续的控制器设计直接挂钩于这些参数。这种紧密的逻辑链条，让整个学习过程变得非常顺畅和有逻辑感。对于我们这些动手能力和理论基础都需要同步提升的学生来说，这简直是量身定做的。每当我遇到调试困难时，翻开这本书，总能找到相对应的理论支撑和解决思路的提示，那种豁然开朗的感觉，无价！

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构，可以说是教科书级别的典范了。它兼顾了工程应用的前沿性和基础理论的严谨性。我尤其欣赏它在介绍前馈控制和各种先进控制策略时所采取的循序渐进的方式。作者似乎非常了解读者的“学习曲线”，总是先用最基础的反馈控制打好地基，然后再逐步引入如轨迹规划、干扰观测器等更复杂的概念。这种“搭积木式”的教学方法，极大地降低了学习的陡峭感。我记得有一次，我们小组为了实现一个复杂的曲线跟踪任务，卡在了一个算法选择上，后来翻阅到书中的某一章节，作者用一个非常形象的比喻解释了不同控制结构在特定工况下的优劣，一下子就指明了方向。这种深入骨髓的理解和表达能力，体现了作者深厚的学术功底和丰富的工程经验，绝非一般拼凑起来的教材可以比拟。

评分☆☆☆☆☆

从一个实际使用者的角度来看，这本书在细节处理上的用心程度，是它区别于其他教材的关键所在。比如，在处理电机选型和驱动器匹配的部分，书里给出了非常实用的选型建议和注意事项，而不是泛泛而谈。这对于初次接触硬件搭建的同学来说，避免了许多不必要的弯路和资源浪费。再者，针对实验中常出现的各种噪声、延迟和饱和问题，作者都留有专门的章节进行剖析和应对策略的介绍，这些都是课堂上老师不一定能面面俱到的“实战经验”。总的来说，这本书的编撰者显然是站在一个真正希望学生能够独立解决工程问题的立场上出发的，它注重“可操作性”和“鲁棒性”，而不是仅仅追求理论的完美性。这本书是名副其实的，值得自动化专业的每一个学生反复研读和珍藏。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我最初对“配光盘”这种配置是持保留态度的，总觉得光盘里的内容无非就是一些提前编译好的代码，没什么大不了的。但事实证明，我的判断完全错了。光盘里的资源简直是如虎添翼。它不仅包含了所有课后习题的参考解答（这对于自学非常关键），更重要的是，它提供了大量的实时仿真和硬件在环（HIL）的案例工程文件。这意味着，我们不仅仅是看了书，而是真正地“操作”了书。比如，书里讲到一个模糊控制器的设计，光盘里就提供了可以直接在MATLAB/Simulink环境中运行的模型，我们可以随意修改隶属函数、调整规则库，即时观察对系统动态性能的影响。这种即时反馈的学习体验，极大地提升了我们对控制系统“黑箱”内部机制的认知度，是任何纯文字描述都无法替代的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是自动化专业学子的一剂强心针！当初拿到它的时候，光是封面那简洁而专业的排版就让人感觉内容一定扎实可靠。我记得我刚开始接触运动控制这块时，感觉就像是在迷雾中摸索，各种理论公式和实际应用之间的鸿沟难以逾越。但这本书的厉害之处就在于，它仿佛是一位经验丰富的老教授，耐心地将那些晦涩难懂的控制原理，一步步拆解成可以理解和操作的模块。特别是关于PID参数整定的那几个章节，作者没有停留在纯粹的数学推导上，而是结合了大量的实验案例，让我们真切地体会到“理论指导实践”的精髓。光是光盘里的那些配套仿真文件，就足够初学者啃上好一阵子，反复调试直到参数收敛。它提供的不仅仅是知识点，更是一种解决实际工程问题的思维路径，让我对未来投身工业自动化领域充满了信心。这本书的价值，远超出了教材本身的范畴，更像是一份实战手册。