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出版者:北京大學

作者:張鶴鳴

出品人:

頁數:364

译者:

出版時間:2007-2

價格:38.00元

裝幀:

isbn號碼:9787301116005

叢書系列:

圖書標籤:

• PLC
• 可編程控製器
• 工業控製
• 自動化
• 電氣工程
• 技術教程
• 原理與應用
• 編程
• 傳感器
• 執行器

機械臂的運動控製係統設計與實現 本書聚焦於現代工業自動化領域的核心技術——機械臂的運動控製係統。隨著智能製造的飛速發展，高精度、高效率的機械臂在生産綫上的應用日益廣泛，其運動控製係統的設計與實現成為推動行業進步的關鍵。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的機械臂運動控製理論框架和實踐指導。 第一章 機械臂運動學基礎 本章將首先介紹機械臂的基本結構和自由度概念，為後續章節奠定基礎。隨後，我們將深入探討正運動學和逆運動學的理論。正運動學旨在根據機械臂各關節的角度，計算齣末端執行器的位置和姿態；而逆運動學則相反，即根據期望的末端執行器位姿，求解齣各關節所需的角度。我們將詳細闡述幾種常用的運動學解算方法，如代數法、幾何法和數值法，並分析它們的優缺點及適用場景。此外，本章還將涵蓋雅可比矩陣的概念及其在速度和力學分析中的應用，幫助讀者理解機械臂的動力學特性。 第二章 機械臂動力學建模 深入理解機械臂的動力學特性對於設計精確的控製算法至關重要。本章將重點介紹機械臂的動力學建模方法。我們將首先迴顧牛頓-歐拉法和拉格朗日法這兩種經典的建模技術，並詳細推導它們的方程，包括慣性力、科裏奧利力和離心力、重力等項。通過實例，我們將展示如何構建不同自由度機械臂的動力學模型。此外，本章還將討論模型簡化技術，例如忽略小項或進行綫性化處理，以適應不同的計算需求。最後，我們將簡要介紹模型辨識的概念，即如何通過實驗數據來優化和修正理論模型。 第三章 傳統PID控製策略 比例-積分-微分（PID）控製器作為一種經典而強大的控製算法，在機械臂的運動控製中扮演著至關重要的角色。本章將對PID控製的原理進行詳盡的闡述，包括比例（P）作用對誤差的即時響應，積分（I）作用對穩態誤差的消除，以及微分（D）作用對係統超調的抑製。我們將詳細講解PID參數的整定方法，如Ziegler-Nichols方法、步進響應法等，並分析不同參數組閤對係統性能的影響。通過仿真和實際案例，我們將展示如何針對機械臂的關節控製設計和應用PID控製器，並探討其在抗乾擾和魯棒性方麵的錶現。 第四章 進階運動控製算法 除瞭傳統的PID控製，本章將深入介紹更先進的機械臂運動控製算法，以實現更優越的性能。我們將重點講解以下幾種算法： 前饋補償控製： 結閤機械臂的動力學模型，通過前饋信號來預測和抵消擾動的影響，從而提高係統的響應速度和精度。 自適應控製： 當機械臂的動力學參數發生變化時，自適應控製器能夠實時調整控製參數，保持係統的穩定性和性能。我們將介紹模型參考自適應控製（MRAC）和自整定控製等方法。 滑模變結構控製： 利用係統的狀態信息，通過切換控製律，使係統軌跡快速收斂到預設的滑模麵，具有良好的魯棒性和快速響應能力。 模糊邏輯控製： 基於模糊規則的智能控製方法，能夠處理非綫性係統和不確定性，適用於難以精確建模的場閤。 神經網絡控製： 利用神經網絡的強大學習能力，可以構建復雜的控製律，實現高精度的軌跡跟蹤和定位。 我們將結閤機械臂的具體應用場景，分析這些進階算法的適用性、實現難點以及性能優勢。 第五章 軌跡規劃與插值 高效且平滑的軌跡規劃是機械臂實現精確運動的基礎。本章將詳細介紹各種軌跡規劃方法，旨在生成滿足特定約束條件的運動路徑。我們將從基本的點對點軌跡生成開始，涵蓋直綫插值、圓弧插值等簡單方法。隨後，我們將深入講解更復雜的軌跡規劃技術，如： 多項式插值： 利用三次或更高次多項式，生成平滑的關節軌跡，保證速度和加速度的連續性，從而減少振動和衝擊。 S型麯綫規劃： 通過平滑的加減速過程，優化機械臂的運動特性，實現更柔和的起停和更低的能耗。 障礙物避讓： 介紹在動態環境中，機械臂如何規劃避開障礙物的安全軌跡，涉及路徑搜索和碰撞檢測算法。 關節空間與笛卡爾空間軌跡規劃： 分析在不同坐標係下進行軌跡規劃的優缺點，以及兩者之間的轉換方法。 我們將通過實例展示如何生成從起點到終點的最優軌跡，並考慮速度、加速度和關節限製等因素。 第六章 機械臂硬件平颱與集成 本章將從硬件層麵探討機械臂運動控製係統的實現。我們將介紹構成機械臂的各種關鍵部件，包括： 關節驅動器： 如伺服電機、步進電機及其相應的驅動電路，以及它們在提供動力和精確控製方麵的作用。 編碼器與傳感器： 介紹光學編碼器、磁編碼器、接近傳感器、力/力矩傳感器等，以及它們在反饋測量中的重要性。 運動控製器： 講解工業PC、PLC、嵌入式控製器等不同類型的運動控製器，以及它們在執行控製算法中的角色。 通信接口： 介紹Ethernet/IP、CANopen、Modbus等工業通信協議，確保控製器與驅動器、傳感器之間的有效通信。 我們將討論如何根據應用需求選擇閤適的硬件組件，以及硬件與軟件之間的集成策略，包括數據采集、信號處理和執行機構的控製。 第七章 仿真與實際應用 理論知識最終需要通過仿真和實際應用來檢驗和完善。本章將介紹如何利用仿真軟件，如MATLAB/Simulink、ROS（Robot Operating System）等，對機械臂的運動控製係統進行建模、仿真和調試。我們將展示如何搭建完整的仿真環境，實現從運動學仿真到動力學仿真，再到控製算法的驗證。 隨後，我們將探討機械臂在不同工業領域的實際應用案例，例如： 汽車製造： 點焊、噴塗、裝配等自動化流程。 電子産品製造： 精密貼片、搬運、檢測等。 物流倉儲： 自動化揀選、搬運、碼垛等。 醫療健康： 手術輔助、康復訓練等。 通過對這些案例的分析，我們將深入理解實際應用中可能遇到的挑戰，以及如何根據具體需求優化控製策略和係統設計。 本書內容旨在為從事機器人學、自動化控製、機械工程等領域的學生、研究人員和工程師提供堅實的理論基礎和豐富的實踐指導，助力他們在機械臂運動控製領域取得成功。

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我是一名對機械自動化領域充滿熱情的愛好者，平時會自己動手做一些小型的機械裝置，比如自動喂食器、遙控小車等。最近我希望將我的作品提升到一個新的高度，於是我開始關注可編程控製器。在朋友的推薦下，我購買瞭《可編程控製器原理及應用教程》這本書，這真是一次非常棒的學習體驗。這本書的特點是“由淺入深，由錶及裏”。它從最基礎的 PLC 概念講起，比如它和微處理器的區彆，以及它在自動化控製中的核心地位。然後，逐步深入到各種編程語言，例如梯形圖、指令錶、結構化文本等，並且作者非常細緻地講解瞭每種語言的優缺點以及適用場景。讓我感到特彆受用的是，書中不僅僅講解瞭如何編寫程序，更重要的是講解瞭“如何思考”來解決實際問題。例如，在講到狀態機設計時，作者用一個生動的例子，將復雜的流程拆解成一個個清晰的狀態，讓我一下子就明白瞭如何構建一個高效且易於維護的控製邏輯。書中還提供瞭大量的實例，從簡單的傳感器輸入輸齣控製，到復雜的多軸運動控製，這些都為我提供瞭寶貴的參考。這本書的語言風格非常鼓勵讀者去思考和實踐，而不是被動接受信息，這讓我感覺自己不僅僅是在讀書，而是在和作者一起進行一場知識的探索。

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說實話，我一直認為 PLC 編程是程序員的專屬領域，跟我們這些做電氣設計的沒太大關係，直到我翻開這本《可編程控製器原理及應用教程》。我本來是抱著隨便看看的心態，沒想到越看越入迷。書中的內容，特彆是關於梯形圖和指令錶邏輯的分析，讓我豁然開朗。我之前設計電氣圖紙，對於一些復雜的邏輯控製，總是在腦子裏打轉，不知道如何轉化為可執行的指令。這本書用非常直觀的方式，將這些抽象的邏輯步驟一步步拆解，並且用圖示和代碼相結閤的方式呈現，讓我一下子就明白瞭。讓我印象深刻的是，書中對一些常用的編程指令，比如定時器、計數器、比較指令等，都進行瞭詳細的解釋，並且給齣瞭不同場景下的應用示例。我甚至還學會瞭如何利用這些指令來編寫一些簡單的程序，用來模擬一些控製邏輯，這對我今後的電氣設計非常有幫助。而且，書中的“常見故障診斷與排除”章節，簡直是及時雨。很多時候，設備齣現問題，我們隻能靠經驗去猜，效率很低。這本書給齣瞭係統性的排查思路和方法，讓我感覺更有底氣瞭。這本書的語言風格非常嚴謹，但又不失生動，讓我感覺是在和一個經驗豐富的導師在對話，而不是在死記硬背。

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作為一名對嵌入式係統感興趣的學生，我一直想瞭解工業自動化中“幕後英雄”的角色。所以，我選擇瞭《可編程控製器原理及應用教程》這本書。我之前對 PLC 的印象就是比較古老，但讀完這本書，我發現它在現代工業中依然扮演著至關重要的角色，而且其應用範圍遠超我的想象。書中的前半部分詳細介紹瞭 PLC 的基本原理，包括硬件構成、指令係統、編程語言等，這些內容對於我理解其工作機製非常有幫助。我尤其對書中關於不同類型 PLC 的比較分析很感興趣，瞭解瞭它們在性能、成本和應用領域的差異。但最讓我激動的是後半部分的“應用教程”部分。書中列舉瞭大量的實際工程案例，從簡單的工業照明控製，到復雜的機器人協作，再到數據采集與監控係統，這些都讓我看到瞭 PLC 的強大生命力。書中對這些案例的分析非常透徹，不僅講解瞭控製原理，還涉及到瞭相關的通信協議和上位機軟件的應用，這讓我能夠更全麵地理解整個自動化係統的構成。雖然我目前還沒有機會實際操作 PLC，但這本書已經為我打下瞭堅實的理論基礎，並激發瞭我進一步學習和實踐的興趣。我覺得這本書的作者對 PLC 領域有著深刻的理解，並將這些知識以一種易於理解的方式呈現齣來。

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這本書簡直是打開瞭我新世界的大門！我一直對工業自動化領域充滿瞭好奇，尤其是那些在生産綫上默默工作的“大腦”——可編程控製器。之前也零散地看過一些資料，但總覺得碎片化，不夠係統。當拿到這本《可編程控製器原理及應用教程》時，我真的有種相見恨晚的感覺。首先，它的內容組織非常清晰，從最基礎的 PLC 概念、基本指令集，到復雜的梯形圖、順序功能圖，再到各種應用案例，循序漸進，邏輯性極強。我之前一直對 SCL 語言有點望而生畏，但書裏用瞭大量生動的例子，將抽象的概念變得具體易懂，讓我花瞭不到一個晚上就掌握瞭它的基本用法。更讓我驚喜的是，書中並沒有局限於理論知識，而是花瞭相當大的篇幅講解瞭實際應用，比如在傳送帶控製、電機啓停、液位控製等場景下的具體實現，看得我躍躍欲試，恨不得立刻找颱設備來實踐一下。而且，書中的插圖和圖錶也恰到好處，讓復雜的原理圖不再是枯燥的綫條，而是生動的流程，極大地降低瞭學習門檻。這本書的語言也十分親切，不像很多技術書籍那樣闆著臉，而是帶著一股探索的樂趣，讓我讀起來絲毫不會感到枯燥。我原本以為學習 PLC 會是一件很艱難的事情，但這本書徹底改變瞭我的看法。它不僅是一本教程，更像是一位耐心的老師，引導我一步步走進 PLC 的奇妙世界。

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讀完這本《可編程控製器原理及應用教程》，我最大的感受就是“學以緻用”。我是一名在小型加工廠工作的技術人員，平時接觸到一些自動化設備，但對於 PLC 的瞭解僅限於知道有這麼個東西。這次我決定深入學習一下，朋友推薦瞭這本書。書中的理論部分講解得非常紮實，特彆是關於 PLC 的硬件結構、CPU 工作原理、I/O 模塊的類型和功能，這些基礎知識我之前一直是一知半解，現在終於有瞭清晰的認識。最令我興奮的是，書中提供瞭大量的實際應用案例，從簡單的開關量控製，到復雜的模擬量處理，再到一些常見故障的排除方法，這些都是我們在日常工作中經常會遇到的問題。比如，書中關於變頻器與 PLC 的聯動控製，詳細講解瞭如何通過模擬量或脈衝信號來控製電機的轉速，這正是我最近在解決的一個技術難題。書裏還提供瞭一些調試技巧和注意事項，讓我受益匪淺。原本以為書中的內容會比較晦澀難懂，但作者的講解方式非常接地氣，常常能聯係到實際的工業場景，讓我感覺像是在和經驗豐富的工程師交流。這本書的排版也很好，代碼和圖例都清晰可見，不會齣現印刷模糊或者難以辨認的情況。總而言之，這本書對於想快速掌握 PLC 應用的基層技術人員來說，絕對是一本不可多得的寶藏。

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