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第一篇 运动系统与运动控制器2

第1章 绪论2

1.1 运动控制研究的问题3

1.1.1 第一类运动系统问题3

1.1.2 第二类运动系统问题8

1.2 运动控制系统9

1.3 运动控制系统术语10

1.4 运动控制系统的发展历程与未来发展趋势11

1.5 本课程的主要内容和适用对象13

第2章 经典运动控制器技术15

2.1 运动控制系统简介15

2.1.1 运动控制系统的构成15

2.1.2 运动控制系统的任务15

2.2 运动控制器的基本原理16

2.2.1 运动控制器的构成16

2.2.2 轨迹生成器16

2.2.3 插补器26

2.2.4 控制回路36

2.3 运动控制器的硬件37

2.3.1 按照运动控制器核心器件的组成分类37

2.3.2 按照数据的传递形式分类42

2.4 运动控制器的软件44

2.4.1 运动控制器软件体系44

2.4.2 运动控制器的开发应用软件简介46

2.5 运动控制器设计要素49

2.6 运动控制器实例49

习题与思考题51

第3章 智能运动控制器设计52

3.1 模糊控制技术与模糊控制器52

3.1.1 模糊控制技术52

3.1.2 模糊PHD控制器及其设计53

3.1.3 双关节机械手59

3.2 自适应控制技术与自适应运动控制器63

3.2.1 自适应控制技术63

3.2.2 自适应运动控制器设计64

3.2.3 模糊自适应控制器68

习题与思考题70

第二篇 执行器设计与驱动控制技术72

第4章 执行器设计与执行器72

4.1 执行器设计基础72

4.2 电动执行部件77

4.2.1 电动缸77

4.2.2 电动执行阀78

4.3 液压执行部件80

4.3.1 液压缸80

4.3.2 液压马达81

4.4 气动执行部件82

4.4.1 气缸82

4.4.2 气动马达83

4.4.3 控制回路84

4.5 新型执行器85

4.5.1 压电执行器85

4.5.2 形状记忆合金执行器87

4.5.3 电致聚合体执行器88

4.5.4 磁致伸缩执行器89

4.5.5 电、磁流变液体执行器90

习题与思考题96

第5章 直流电机控制技术97

5.1 直流电机调速概述97

5.1.1 直流电机调速的发展历程97

5.1.2 直流电机的调速方法98

5.1.3 直流电机PWM基本电路100

5.1.4 直流H型可逆PWM变换器-电机系统的能量回馈105

5.1.5 直流PWM调速系统的数学模型及机械特性105

5.1.6 调速系统性能指标106

5.1.7 开环调速系统的机械特性及性能指标107

5.2 闭环调速系统与调速控制器109

5.2.1 闭环调速系统109

5.2.2 控制器设计121

5.2.3 工程方法——典型系统问题129

5.2.4 直流电机调速系统控制器的数字仿真136

习题与思考题143

第6章 交流电机控制技术146

6.1 交流电机调速系统基本理论146

6.1.1 研究交流电机解耦问题的必要性146

6.1.2 交流电机模型146

6.1.3 交流电机解耦分析151

6.1.4 交流电机在两相（α,β）静止坐标系下的数学模型153

6.1.5 交流电机在两相（d,q）旋转坐标系下的数学模型154

6.1.6 交流电机在两相（M, T）旋转坐标系下的数学模型154

6.2 标量控制155

6.2.1 电压频率协调控制的变频调速系统156

6.2.2 可控转差频率控制的变频调速系统158

6.3 矢量控制159

6.3.1 矢量控制概述159

6.3.2 磁通开环转差型矢量控制系统161

6.3.3 转子磁通观测模型162

6.3.4 速度、磁通闭环控制的矢量控制系统163

6.4 直接转矩控制163

6.5 变频器167

习题与思考题173

第7章 伺服电机控制技术175

7.1 伺服控制系统概述175

7.2 伺服控制系统的数学模型176

7.2.1 直流伺服控制系统的数学模型176

7.2.2 交流伺服控制系统的数学模型178

7.3 永磁同步电机交流伺服控制179

7.4 伺服控制系统的设计183

7.4.1 单环位置伺服控制系统设计183

7.4.2 双环伺服控制系统设计186

7.4.3 三环伺服控制系统设计188

7.4.4 PMSM伺服控制系统设计189

7.5 标准商用伺服驱动器应用简介192

习题与思考题205

第三篇 运动感知技术208

第8章 运动系统检测技术208

8.1 距离检测208

8.1.1 激光雷达208

8.1.2 毫米波雷达和超声波雷达209

8.1.3 摄像机（图像传感器）210

8.2 直线位移检测210

8.2.1 光栅210

8.2.2 感应同步器213

8.2.3 磁栅式传感器215

8.3 角位移检测219

8.3.1 旋转变压器219

8.3.2 光电编码器220

8.4 速度、加速度检测222

8.4.1 直流测速发电机222

8.4.2 光电式速度传感器223

8.4.3 加速度传感器224

8.5 力、力矩检测225

8.5.1 测力传感器225

8.5.2 压力传感器226

8.5.3 力矩传感器228

8.5.4 力与力矩复合传感器228

习题与思考题230

第四篇 运动系统应用实例233

第9章 运动控制系统应用实例233

9.1 无人驾驶汽车233

9.2 高速电子锯236

9.3 胡萝卜汁的灌装239

9.4 点胶机244

9.5 包装生产线248

9.6 缠绕生产线252

9.7 恒压供水系统254

参考文献259