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内容简介

本书以Quanser旋转运动系列实验装置为基础，全面系统地介绍了运动控制系统结构方案及运动控制设计理论与方法。全书分6章，第1章介绍Quanser实时仿真控制系统的软件平台及硬件接口。第2～6章针对五种典型的旋转运动实验装置（QUBE-Servo 2 USB旋转倒立摆、SRV02旋转伺服基本单元、BB01球杆系统、旋转柔性尺、旋转柔性关节）编排教程内容，包括实验系统介绍、系统分析与建模、实验准备、实验练习、实验结果。实验内容涵盖对象建模、稳定性分析、速度与位置控制、经典与现代控制算法设计等。附录A介绍了SRV02旋转伺服基本单元接口功能的实现方法。书中还结合具体实验，针对控制过程中存在的非线性、饱和、噪声等实际工程问题引导学生展开分析研究。

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ISBN：9787121397639

开本：16(185*260)

页数：156

字数：249

本书目录

目    录
第1章  QUARC软件与硬件接口模块介绍	1
1.1  QUARC实时控制软件	1
1.2  数据采集板	3
1.2.1  设备简介	3
1.2.2  主要技术参数	4
1.3  功率放大器	6
1.3.1  设备简介	6
1.3.2  主要技术参数	7
第2章  QUBE-Servo 2 USB旋转倒立摆	8
2.1  系统介绍	8
2.1.1  系统结构	8
2.1.2  主要部件及技术参数	10
2.2  系统实验	13
2.2.1  电机控制基础	13
2.2.2  信号滤波	15
2.2.3  稳定性分析	17
2.2.4  阶跃响应法建模	18
2.2.5  机理法建模	21
2.2.6  二阶系统	23
2.2.7  PD控制	24
2.2.8  超前校正	27
2.2.9  摆杆转动惯量测量	30
2.2.10  旋转倒立摆测量模型	31
2.2.11  稳摆控制	33
2.2.12  状态空间法建模	36
2.2.13  起摆控制	38
2.2.14  最优LQR控制	41
第3章  SRV02旋转伺服基本单元	45
3.1  系统介绍	45
3.1.1  系统结构	45
3.1.2  主要部件及技术参数	46
3.1.3  设备连接	50
3.1.4  部件测试与故障诊断	53
3.2  SRV02建模	54
3.2.1  机理法建模	55
3.2.2  实验建模	57
3.2.3  建模结果	62
3.3  SRV02位置控制	62
3.3.1  系统设计指标	62
3.3.2  控制器设计	62
3.3.3  实验准备	64
3.3.4  实验练习	65
3.3.5  实验结果	70
3.4  SRV02速度控制	71
3.4.1  系统设计指标	71
3.4.2  控制器设计	71
3.4.3  实验准备	76
3.4.4  实验练习	76
3.4.5  实验结果	80
第4章  BB01球杆系统	82
4.1  系统介绍	82
4.1.1  系统结构	82
4.1.2  主要部件及技术参数	83
4.1.3  系统装配与设备连接	84
4.2  系统分析与建模	86
4.2.1  机理法建模	86
4.2.2  球杆系统串级控制设计	89
4.3  实验准备	92
4.4  实验练习	93
4.4.1  运用理想PD控制器的串级控制系统仿真	93
4.4.2  运用实际PD控制器、考虑伺服单元的串级控制	97
4.5  实验结果	100
第5章  旋转柔性尺	101
5.1  系统介绍	101
5.1.1  系统结构	101
5.1.2  柔性尺模块技术参数	102
5.1.3  系统装配与设备连接	102
5.2  系统分析与建模	104
5.2.1  系统的数学建模	104
5.2.2  实验准备	108
5.2.3  实验练习	109
5.2.4  建模实验结果	112
5.3  控制系统设计	112
5.3.1  系统设计指标	112
5.3.2  系统分析与设计	113
5.3.3  实验准备	114
5.3.4  实验练习	114
5.3.5  实验结果	117
第6章  旋转柔性关节	119
6.1  系统介绍	119
6.1.1  系统结构	119
6.1.2  主要部件及技术参数	120
6.1.3  系统装配与设备连接	121
6.2  系统分析与建模	123
6.2.1  系统的数学建模	123
6.2.2  实验准备	125
6.2.3  实验练习	125
6.2.4  建模实验结果	129
6.3  控制系统设计	130
6.3.1  系统设计指标	130
6.3.2  系统分析与设计	130
6.3.3  实验准备	132
6.3.4  实验练习	132
6.3.5  实验结果	136
附录A  SRV02接口功能实现	137
A.1  直流电机驱动	137
A.2  使用电位器测量位置	140
A.3  使用转速计测量速度	142
A.4  使用编码器测量位置	144
A.5  数据保存与曲线绘制	146

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前言

前    言
近年来，伴随着AI技术的快速发展，智能控制技术日益渗透到社会生产的方方面面，从高技术领域的航空航天、导航测控、遥感遥测和无人驾驶，到日常生活的手机、家用电器，甚至儿童玩具，都可以看到智能控制应用的影子。作为自动化的一个重要分支，运动控制在机器人、航空航天和数控机床等领域有着广泛的应用。技术发展和工业需求客观上也对高校人才培养提出了更高的要求，为学生提供具有实际工程背景、体现复杂工程问题解决方案，支持设计型、研究创新型实验开展的实践平台是各高校实验室建设的指导思想。
Quanser公司1990年成立于加拿大安大略省，是一家生产智能控制教学、科研设备的企业。经过30年的发展，该公司在实时控制系统开发和制造领域处于国际领先地位，用户遍及全球各地。目前全球使用Quanser产品的院校超过3000所。
Quanser教学类产品采用工业级零部件制造，具有体积小、结构开放、接口灵活、与Matlab/Simulink完全兼容等特色，对高校设计型、研究型实验的开展，创新型人才和卓越工程师的培养具有重要支撑作用。Quanser产品涵盖面广，涉及直线与旋转运动系列、工业机电驱动系列、自主机器人及自主无人机系列、3自由度直升机、磁悬浮实验系统等。
面对高校用户对Quanser设备使用教程的迫切需求，作者编写了本书，并已获Quanser（中国）公司授权。本书以五种典型Quanser旋转运动实验装置为基础，结合人工智能、机器人、航空航天、工业自动化等领域普遍存在的高速电机控制、平衡控制、柔性关节控制等问题设计实验。实验项目遵循理论分析→系统建模→算法设计→系统仿真→实际系统调试→控制性能分析的思路，力求将抽象的控制概念，如稳定性、可控性、系统收敛速度和抗干扰能力等，通过硬件系统直观地表现出来。
本书由王海梅编，谢蓉华参与了第5、6章的编写。
在本书编写过程中，得到了郭毓教授、钱龙军教授、Quanser（中国）公司总经理马凯的指导与帮助，在此表示诚挚的谢意。
对于本书存在的错误和不妥之处，恳请广大读者不吝指正。

                                                           王海梅   
                                                           2020年7月

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作者简介

王海梅，博士，南京理工大学自动化学院实验中心主任、硕士生导师、主要研究方向：智能信息处理、控制理论及应用。获国家级、省级高校自制实验设备一、二、三等奖各1项。承担"控制工程基础”、"过程计算机控制系统”等课程的教学。主持省级以上教改课题3项，获国家教学成果奖3项、省级教学成果奖1项。主要参与建设的"控制工程基础”获国家级精品资源共享课程（2016.6）和国家精品课程（2004.12）。

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