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基础篇 1

第1章 运动控制系统基本构成 1

1.1 运动控制系统的基本结构 1

1.2 运动控制系统的执行电机及驱动 2

1.2.1 直流电机 2

1.2.2 交流电机 6

1.2.3 无刷直流电机 9

1.2.4 步进电机 10

1.2.5 电机性能比较 13

1.3 运动控制中的传感器 14

1.3.1 电位器 14

1.3.2 光电编码器 15

1.3.3 测速发电机 16

1.3.4 旋转变压器 17

1.3.5 自整角机 17

第2章 运动控制系统数学模型的建立 19

2.1 运动控制系统数学模型概述 19

2.1.1 运动控制系统数学模型的表达形式 19

2.1.2 运动系统系统数学模型建立的方法 19

2.2 实验法辨识系统的数学模型 20

2.2.1 阶跃响应的获取 20

2.2.2 系统参数的计算 21

2.2.3 脉冲响应的获取 25

第3章 运动控制系统控制算法 26

3.1 PID控制算法 26

3.1.1 模拟PID控制规律 26

3.1.2 数字PID控制规律 27

3.1.3 PID控制器参数的选择 28

3.2 最少拍控制算法 29

3.2.1 数字控制器的脉冲传递函数 29

3.2.2 最少拍控制器设计 30

3.3 线性二次型最优控制（LQR） 33

3.3.1 有限时间状态调节器 33

3.3.2 无限时间状态调节器 35

实验篇 37

第4章 位置随动系统 37

4.1 基于PC机的数字随动系统 37

4.1.1 系统组成及工作原理 37

4.1.2 系统各个环节的电路构成 38

4.1.3 实验箱面板说明 40

4.1.4 系统的初始设置 41

实验一 数字随动系统数学模型的建立 42

实验二 数字随动系统PID综合校正与调试 44

实验三 数字随动系统的参数整定 46

实验四 数字随动系统Matlab仿真研究 47

4.2 自整角机随动系统 48

4.2.1 系统组成及工作原理 48

4.2.2 系统各个环节的电路构成 49

4.2.3 实验箱面板说明 53

实验五 自整角机随动系统数学模型的建立 55

实验六 自整角机随动系统综合校正与调试 56

4.3 基于DSP的随动系统 59

4.3.1 系统组成及工作原理 59

4.3.2 系统各个环节的电路构成 59

4.3.3 系统操作方法与注意事项 60

实验七 基于DSP的随动系统的数字PID综合校正与调试 61

实验八 基于DSP的随动系统最少拍算法设计 61

第5章 球杆系统 63

5.1 球杆系统组成 63

5.1.1 机械部分 63

5.1.2 智能伺服驱动 64

5.1.3 基于PC的控制软件 64

5.2 球杆系统数学模型的建立与分析 64

5.2.1 球杆系统的动力学模型 64

5.2.2 动力学模型仿真与分析 65

5.2.3 球杆系统的电气模型 69

5.2.4 球杆系统的控制结构 70

实验十 球杆系统的PID控制仿真与综合调试 71

实验十一 球杆系统的根轨迹控制仿真与综合调试 79

实验十二 球杆系统的频率响应法校正仿真与综合调试 84

第6章 倒立摆系统 89

6.1 一级直线式倒立摆数学模型的建立与分析 89

6.1.1 牛顿力学方法 89

6.1.2 拉格朗日方法 92

6.1.3 实际系统模型 94

6.1.4 系统可控性分析 95

6.1.5 系统阶跃响应分析 95

实验十三 一级直线式倒立摆根轨迹控制 95

实验十四 一级直线式倒立摆频率响应控制 98

实验十五 一级直线式倒立摆PID控制 100

实验十六 一级直线式倒立摆状态空间极点配制控制 102

实验十七 一级直线式倒立摆LQR控制 105

6.2 二级直线式倒立摆数学模型建立与分析 107

6.2.1 拉格朗日法 107

6.2.2 系统可控制分析 110

6.2.3 系统稳定性分析 111

实验十八 二级直线式倒立摆LQR控制仿真与实现 111

6.3 一级旋转式倒立罢的系统组成与工作原理 113

6.3.1 系统组成 113

6.3.2 系统工作原理 114

6.3.3 软件使用说明 114

实验十九 一级旋转式倒立摆数学模型的建立与仿真 116

实验二十 一级旋转式倒立摆状态反馈的控制算法设计与实现 119

第7章 综合运动控制系统 121

7.1 综合运动控制系统组成及工作原理 121

7.1.1 系统组成 121

7.1.2 系统各个组成部分的技术参数 121

实验二十一 步进伺服 122

实验二十二 交流伺服 124

实验二十三 变频调速 126

实验二十四 综合运动控制 128

第8章 其他运动控制系统 131

8.1 基于变频调速的电梯模型系统 131

实验二十五 基于变频调速的电梯模型实验 134

8.2 二维转台系统 135

实验二十六 二给转台演示实验 135