运动控制系统

本书共8章，系统介绍了运动起源——驱动器，实现基础——机构，分析基础——运动学和动力学建模，控制系统的组成——运动感知、控制算法、控制器硬件和软件等方面的知识，主要内容有典型的仿生运动机构，坐标系变换、运动学、动力学建模，常用运动测量传感器及定位、避障，常规和智能驱动器，电动机电磁原理、伺服电动机模型及控制策略，运动控制系统建模，常用运动控制算法，运动控制器硬件和软件及操作系统、现场总线技术。
本书可作为自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程、测控技术和机械设计制造及其自动化等工科专业的本科生及研究生教材，也适合作为从事运动控制相关工作的工程技术人员的参考读物。

第1章绪论
1.1运动的基本概念与分类
1.2运动控制系统的组成和分类
1.3运动控制系统的特点
1.4小结
习题
第2章运动机构分析
2.1运动副
2.2基座固定的运动
2.3无基座的运动
2.3.1轮式移动机构
2.3.2履带式移动机构
2.3.3混合越障式移动机构
2.3.4腿式移动机构
2.3.5地面爬行机构
2.3.6爬壁机构
2.4水下运动
2.5空中运动
2.6随动运动机构
2.7传动机构
2.7.1减速方式
2.7.2滚珠丝杠
2.7.3链条和皮带传动
2.7.4多连杆机构
2.7.5制动器
2.7.6联轴器
2.7.7齿轮传动
2.8运动机构的串并联与开闭链
2.8.1开闭链机构
2.8.2串联机构
2.8.3并联机构
2.9人体的骨骼运动
2.10运动机构的性能
2.11量子运动
2.12小结
习题
第3章运动学和动力学建模
3.1基本术语
3.1.1完整约束系统和非完整约束系统
3.1.2保守力和非保守力
3.1.3广义坐标
3.1.4刚体与柔性体
3.1.5直角坐标系
3.1.6圆柱坐标系
3.1.7球坐标系
3.1.8固定坐标系与移动坐标系
3.2运动学建模
3.2.1坐标变换
3.2.2DH参数
3.2.3速度运动学分析
3.3动力学建模
3.4倒立摆案例
3.4.1牛顿欧拉法倒立摆动力学建模
3.4.2拉格朗日方程法倒立摆动力学建模
3.4.3拉格朗日函数法倒立摆动力学建模
3.5小结
习题
第4章运动测量传感器
4.1测量系统的基本组成
4.2常用的运动测量传感器
4.2.1旋转变压器
4.2.2光电传感器
4.2.3脉冲编码器
4.2.4光栅
4.2.5感应同步器
4.2.6磁尺
4.2.7限位开关
4.2.8电位计
4.3运动的避障感知
4.3.1红外测距传感器
4.3.2超声波传感器
4.3.3激光传感器
4.3.4图像传感器
4.4全局运动检测
4.4.1GPS定位
4.4.2陀螺仪
4.4.3电子罗盘
4.5高精密位移检测案例
4.6小结
习题
第5章致动方式与驱动器
5.1驱动器的发展
5.2致动方式
5.3伺服电动机驱动器
5.3.1直流伺服电动机结构
5.3.2交流伺服电动机结构
5.3.3直线电动机结构
5.3.4电动机的驱动放大器
5.4液压驱动器
5.5气压驱动器
5.6压电陶瓷驱动器
5.7形状记忆合金驱动器
5.7.1形状记忆合金驱动器模型
5.7.2形状记忆合金丝的应用
5.8人工肌肉驱动器
5.8.1气动肌肉
5.8.2电活性聚合物人工肌肉
5.8.3离子交换膜金属复合材料
5.8.4导电聚合物人工肌肉
5.8.5碳纳米管人工肌肉
5.9小结
习题
第6章伺服电动机模型及控制策略
6.1伺服电动机控制系统概述
6.2直流伺服电动机的稳态特性和控制方式
6.2.1直流伺服电动机的工作原理
6.2.2直流伺服电动机的稳态特性
6.2.3直流伺服电动机的调速方法
6.2.4调速系统性能指标
6.2.5转速闭环直流调速系统
6.2.6直流伺服电动机的应用案例
6.3旋转磁场与交流伺服电动机控制方式
6.3.1旋转磁场理论
6.3.2幅值控制方式
6.3.3相位控制方式
6.3.4幅值相位控制方式
6.3.5双相控制方式
6.4交流异步伺服电动机
6.4.1交流和直流伺服电动机的性能比较
6.4.2交流异步伺服电动机的应用案例
6.5永磁同步伺服电动机及其控制
6.5.1永磁同步伺服电动机工作原理
6.5.2永磁同步伺服电动机的数学模型
6.5.3永磁同步伺服电动机的控制策略概述
6.5.4永磁同步伺服电动机的矢量控制策略分析
6.6伺服电动机发展趋势
6.7小结
习题
第7章运动控制算法设计与仿真
7.1运动控制对象建模
7.1.1运动控制对象的传递函数
7.1.2运动控制对象的状态空间
7.1.3运动负载分析
7.2常用伺服控制策略
7.2.1运动伺服控制策略概述
7.2.2伺服运动控制系统的采样周期
7.2.3采样周期T对运动控制器的影响
7.3PID控制算法剖析
7.4滑模变结构控制基本原理
7.5永磁同步伺服电动机的控制系统设计
7.5.1PMSM伺服系统设计
7.5.2PMSM驱动控制设计
7.5.3PMSM控制算法设计算例
7.5.4PMSM控制系统仿真分析
7.6复杂运动控制算法案例分析
7.6.1双腿行走机器人的迭代学习运动控制
7.6.2仿生膝关节的力矩控制算法案例分析
7.6.3倒立摆的很优控制器设计
7.7运动控制系统的虚拟样机控制联合仿真
7.8小结
习题
第8章运动控制器的硬件和软件
8.1运动控制器类型
8.1.1单片机
8.1.2PLC
8.1.3ARM
8.1.4DSP
8.1.5专用控制器
8.1.6工控机
8.1.7通用程序设计语言
8.1.8专用程序设计数控编程
8.2基于微处理器的直流伺服电动机驱动器案例
8.3基于DSP的全数字直流伺服电动机控制系统案例
8.4数控机床运动控制系统
8.4.1数控机床的结构
8.4.2数控机床的分类
8.4.3数控机床的工作原理
8.4.4数控机床的坐标系
8.4.5数控插补概述
8.4.6逐点比较插补方法
8.4.7数控机床NC编程
8.5工业机器人控制器案例
8.5.1Staubli工业机器人编程软件
8.5.2工业机器人控制器硬件
8.6操作系统
8.7现场总线
8.7.1现场总线的发展现状
8.7.2CAN总线简介
8.7.3基于CAN总线的分布式跟随运动控制系统
8.8小结
习题
参考文献