高等学校自动化类专业系列教材-运动控制系统(第2版·新形态版)

《运动控制系统（第2版·新形态版）》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。 《运动控制系统（第2版·新形态版）》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。

王斌锐，博士，教授，博士研究生导师，中国计量大学副校长。浙江省151人才、省中青年学科带头人、省优秀教师、国家公派留学人员。主要研究方向：仿生机器人、智能工业机器人、智能感知和人工智能等。主持国家级项目5项（2项国基金，1项国家重点研发计划项目子课题，1项863子课题，1项科技部公益计划子课题），参与国家重点研发计划2项，主持省部级项目3项（1项省重点研发计划项目，2项省基金，1项机器人学国家重点实验室开发基金），获得省部级奖励1项，第一或通讯作者发表SCI、EI论文120余篇、一级期刊论文50余篇，第一发明人授权发明专利50余项，培养研究生70余人，修制订标准2项。担任浙江省机器人产业发展协会副秘书长、全国特种作业机器人标准工作组委员、浙江省机器人产业链指导组成员。浙江省教学指导委员会委员。

第1章 绪论（视频讲解：18分钟，2集） 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（视频讲解：43分钟，3集） 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 链条或皮带传动 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（视频讲解：72分钟，5集） 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 3.2.2 DH参数 3.2.3 速度运动学分析 3.3 动力学建模 3.3.1 牛顿欧拉方法 3.3.2 拉格朗日方法 3.3.3 UdwadiaKalaba方程 3.4 动力学建模案例 3.4.1 牛顿欧拉法倒立摆动力学建模 3.4.2 拉格朗日方法倒立摆动力学建模 3.4.3 UK方法车辆偏航动力学建模 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 4.4.1 GPS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（视频讲解：14分钟，1集） 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（视频讲解：49分钟，5集） 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 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（视频讲解：44分钟，4集） 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 7.3 PID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 7.5.1 永磁同步伺服电动机控制系统设计 7.5.2 永磁同步伺服电动机驱动控制设计 7.5.3 永磁同步伺服电动机控制算法设计案例 7.5.4 永磁同步伺服电动机控制系统仿真分析 7.6