伺服与运动控制系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电

作者:田宇

出品人:

页数:140

译者:

出版时间:2010-5

价格:29.00元

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isbn号码:9787115223630

丛书系列:

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机器人动力学与控制：从理论基石到前沿应用 图书导言： 在当今高度自动化的时代，机器人技术已不再是科幻小说的情节，而是深入渗透到制造业、医疗、服务乃至太空探索的各个领域。要实现这些复杂系统的精确、高效运行，核心在于对机器人动力学和控制理论的深刻理解与实践应用。本书旨在为读者提供一个全面、深入、且与时俱进的知识体系，涵盖了从基础物理原理到尖端控制策略的广阔范畴。我们期望这本书能成为工程师、研究人员和高年级学生的有力工具，助其在机器人领域构筑坚实的理论基础，并有效解决实际工程中的挑战。 第一部分：机器人动力学的数学基础与建模 本部分专注于构建机器人的数学模型，这是后续所有控制设计的前提。我们将首先回顾必要的数学工具，包括线性代数、微积分和微分方程，重点放在其在动力学描述中的应用。 第一章：运动学基础——几何描述 连杆坐标系与变换： 详细阐述如何使用齐次变换矩阵（Homogeneous Transformation Matrices）描述机器人各关节之间的相对位姿。我们将深入探讨欧拉角（Euler Angles）和旋转向量（Rotation Vectors）的优缺点，并着重介绍指数坐标系（Exponential Coordinates），作为更具几何直观性的表示方法。 DH参数法与改进： 经典Denavit-Hartenberg（DH）参数法的系统应用，包括标准DH和改进DH（Modified DH）的精确定义和实施，用于建立机械臂的运动学正解和逆解。 雅可比矩阵的推导与应用： 雅可比矩阵（Jacobian Matrix）是连接关节空间速度与笛卡尔空间速度的桥梁。本书将详细推导线性雅可比和角速度雅可比，并探讨其在奇异性分析（Singularity Analysis）中的关键作用，例如雅可比矩阵的秩亏损对操作空间可达性的影响。 第二章：刚体动力学——力的平衡与运动方程 本章是动力学建模的核心，我们将采用两种主要方法来推导机器人的运动微分方程。 牛顿-欧拉法（Newton-Euler Formulation）： 侧重于力的平衡和牛顿第二定律在每个连杆上的迭代应用。这种方法计算效率高，非常适合在线实时计算。我们将细致地分解惯性力、科氏力以及离心力的计算过程。 拉格朗日-欧拉法（Lagrange-Euler Formulation）： 基于能量原理（动能与势能），通过欧拉-拉格朗日方程推导系统的运动方程。此方法在形式上更简洁，便于分析系统内部的耦合关系，是理论推导的有力工具。 复合体动力学（Composite Body Dynamics）： 针对复杂结构（如柔顺机构或带有附加负载的机器人）的动力学建模，介绍如何将复杂结构等效化，简化模型的复杂度。 第三章：参数估计与不确定性建模 实际的物理系统总存在模型误差和参数不确定性。本章聚焦于如何识别和量化这些不确定性。 动力学参数识别： 介绍如何利用实验数据（如关节力矩、角速度、加速度）通过回归分析或优化算法来准确估计连杆质量、惯量和摩擦系数。 摩擦模型的建立： 深入研究各种摩擦模型，包括库仑摩擦（Coulomb Friction）、粘滞摩擦（Viscous Friction）以及更精细的Stribeck效应，并探讨其对低速运动控制的影响。 第二部分：经典与先进控制理论在机器人中的应用 建立了精确的动力学模型后，本部分将转向如何设计有效的控制器，使机器人能够按照预定轨迹精确运动。 第四章：轨迹规划与点位控制 任务空间轨迹生成： 规划从起点到终点的路径，包括点对点的路径（Point-to-Point）和连续轨迹（Continuous Trajectory）的生成，重点讨论三次或五次多项式插值法，确保速度和加速度的连续性。 时间尺度参数化： 如何将空间路径转化为时间依赖的运动指令，包括梯形速度曲线和S形加加速度曲线的设计，以满足驱动器物理限制。 逆动力学控制（Inverse Dynamics Control）： 基于已推导的动力学模型，直接计算出实现期望轨迹所需的关节力矩。我们将详细分析逆动力学控制器的结构、前馈补偿的作用以及对模型精度的依赖性。 第五章：反馈线性化与基于模型的精确控制 反馈线性化是实现非线性系统精确控制的强大技术，尤其适用于机械臂等复杂的耦合系统。 输入-输出线性化（Input-Output Linearization）： 详细介绍如何通过坐标变换和状态反馈将系统的非线性动力学转化为线性积分器形式，从而可以应用标准的PID或LQR控制器。 全反馈线性化（Full Feedback Linearization）： 针对整个动力学模型的线性化处理，讨论其理论可行性、实现条件（如可控性）以及可能遇到的计算挑战。 零动态（Zero Dynamics）的稳定性分析： 当进行输入-输出线性化时，系统内部剩余的状态（零动态）的稳定性至关重要。本节将分析在闭环下，零动态的稳定性对系统整体性能的影响。 第六章：鲁棒控制与自适应控制 鉴于实际环境中系统参数的漂移和外部扰动（如负载变化、环境接触力），鲁棒性和自适应性控制方法是必不可少的。 滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）： 介绍SMC的基本原理，包括滑模面的设计、到达律的选择（如Sigmoid或切换函数），及其在抑制不确定性方面的强大能力。重点分析SMC固有的“抖振”（Chattering）现象及其缓解措施（如使用SMC-PD混合结构或边界层技术）。 自适应控制基础： 针对未知的时变参数，介绍基于误差的自适应律（如基于梯度下降或Lyapunov函数的自适应律）的设计。讨论参数估计与控制律更新的协同作用。 鲁棒Lyapunov方法： 利用Lyapunov稳定性理论，设计能够保证闭环系统在存在有界扰动下的渐近或指数稳定的控制器。 第三部分：多自由度系统与先进主题 本部分将讨论机器人系统更复杂的结构和前沿的研究方向。 第七章：冗余机器人与优化控制 冗余机器人（DOF多于任务空间维度）提供了操作灵活性，但同时也引入了优化问题。 伪逆与Null Space： 解释如何使用雅可比的伪逆（Pseudoinverse）来求解关节速度，并探讨零空间（Null Space）的概念，即那些不改变末端执行器位姿的关节运动。 任务优先级与操作空间分配： 针对多任务（如主任务与避障任务）的优先级排序，介绍基于投影矩阵的方法来将控制力矩分解到不同任务空间。 优化控制方法： 引入二次规划（Quadratic Programming, QP）在实时运动规划中的应用，例如在满足关节限制、力矩限制和避障约束的同时，最小化关节力矩的范数（最小力矩控制）。 第八章：接触力控制与操作 当机器人与环境发生交互时（如抓取、装配、打磨），精确控制接触力成为关键。 阻抗控制（Impedance Control）： 详细推导阻抗控制器的结构，目标是使机器人表现出期望的质量-阻尼-刚度特性。区分位置驱动（Position-driven）和力驱动（Force-driven）的阻抗控制。 混合阻抗/力控制（Hybrid Force/Position Control）： 介绍如何将操作空间分解为位置控制方向和力控制方向，并分别设计控制器，以实现复杂任务中的精确操作。 基于接触感的精细操作： 讨论如何利用六维力/力矩传感器或其他触觉反馈来实时调整控制参数，实现对脆弱或不确定物体的安全抓取。 第九章：分布式控制与多机器人协作 随着机器人系统的规模扩大，集中式控制的局限性日益明显。 分布式架构： 介绍如何将控制任务分解到各个关节或子系统，并使用局部信息进行通信和协调。 一致性理论（Consensus Theory）： 在多机器人编队或协同操作中，如何利用图论和分布式算法使所有机器人的状态（如位置、速度）趋于一致。 任务分配与协调： 针对需要多个机器人完成的复杂任务，探讨基于拍卖机制或基于势场的任务分配策略，以实现高效的团队协作。 结语： 本书的编写旨在搭建一个从基础物理到前沿工程应用的完整知识桥梁。我们力求平衡理论的严谨性与工程实践的可操作性，通过大量的实例和清晰的推导，确保读者能够不仅理解“如何做”，更能理解“为什么这样做”。掌握这些核心理论，将为下一代智能机器人的设计与实现奠定不可动摇的基础。

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拿到这本书，我立刻被它厚重的质感和专业的气息所吸引。作为一名对自动化和精密制造领域有着浓厚兴趣的读者，我一直渴望能够系统地了解伺服与运动控制的原理和设计方法。这本书的名字，恰好精准地概括了我的求知欲。我希望它能够带我深入到伺服系统的核心，理解伺服电机是如何通过反馈机制实现精确的位置、速度和力矩控制的。我更期待的是，它能提供一套完整的运动控制系统设计流程，从系统需求分析，到控制器结构选择，再到参数整定和实际调试，能够有一个清晰的脉络。我尤其对书中是否会涉及一些高级的运动控制技术感到好奇，比如如何实现平滑的轨迹规划，如何处理系统中的非线性因素，以及如何在实际应用中提高系统的鲁棒性和抗干扰能力。我知道，在实际的工业生产中，这些技术是保证产品质量和生产效率的关键。如果书中能够结合一些实际的工程案例，例如机器人手臂的运动控制、数控机床的精密加工、或者航空航天领域的姿态控制，通过这些案例来阐述相关的设计原理和方法，那将对我来说是极大的帮助。我希望这本书能够帮助我建立起一个扎实的理论基础，并且能够引导我去思考如何在实际工程中解决复杂的问题，成为我探索这个领域的“航海图”。

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这本书的名字，瞬间就抓住了我对精密机械和自动化技术的兴趣。我一直觉得，那些能够实现高度精确和流畅运动的设备，例如工厂里的机器人手臂、高精密机床，或者甚至是一些高端的相机稳定器，都离不开“伺服”和“运动控制”这方面的技术。我希望这本书能够为我打开一扇窗，让我能够深入理解这些设备背后的运作原理。它是否会详细介绍伺服系统的组成部分，包括电机、驱动器、控制器以及各种传感器，并且解释它们是如何协同工作的？ 我也很好奇，对于“运动控制”这个概念，这本书会从哪些角度去解读，是仅仅关注于理论模型，还是会更侧重于实际的工程实现和参数调整？ 我尤其期待的是，书中能否提供一些关于如何根据不同应用场景的需求，来设计和优化运动控制系统的指导。例如，如果我需要一个能够实现快速响应和高精度定位的系统，我应该如何选择合适的伺服驱动器和控制器？如果我需要一个能够在复杂动态环境下保持稳定性的系统，我又应该采用什么样的控制策略？ 我希望这本书能够让我不仅仅是了解一些零散的技术概念，而是能够建立起一个完整的知识体系，并且能够从中获得一些实用的设计思路和工程经验，让我能够更好地理解和应用这些先进的技术。

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说实话，我拿到这本书时，并没有抱太高的期望，因为“伺服”和“运动控制”这两个词听起来就充满了专业术语和复杂的公式，我担心自己会看不懂，或者读起来枯燥乏味。然而，当我翻开第一页，就被其中一种独特的讲解方式所吸引。它似乎并没有一开始就抛出大量理论，而是通过一些引人入胜的案例，将我带入到各种实际的工业场景中。我看到了那些大型机械臂如何在狭小的空间内精准地完成组装任务，感受到了高速列车在运行时是如何保持平稳和安全的，甚至联想到了那些精密的手术机器人是如何在医生手中“挥洒自如”的。这种“情境导入”的学习方式，让我对即将接触到的知识产生了天然的兴趣。我开始思考，是什么样的力量，是什么样的控制原理，才能让这些庞大而复杂的机械装置，表现得如此“聪明”和“听话”。这本书，会不会是我的一个入口，让我能够深入了解这些“幕后英雄”的运作机制？它会不会揭示那些隐藏在设备内部的“大脑”，是如何接收指令，如何分析数据，又如何精确地输出信号，来指挥机械臂的每一个动作？我特别期待它能分享一些关于系统集成和调试的经验，因为我知道，理论与实践之间往往存在着巨大的鸿沟。在实际工程中，如何将各种传感器、执行器、控制器有机地结合起来，并使其稳定高效地运行，这本身就是一项巨大的挑战。我希望这本书能给我一些关于“如何让一切协调工作”的启发，而不仅仅是停留在单一的技术点上。如果它能提供一些通用的设计思路和方法论，那将对我非常有帮助。

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读完这本书，我感觉自己好像真的打开了一扇通往精密机械世界的大门。它并没有用过于高深莫测的语言来描述复杂的控制算法，而是通过一种更加直观和易于理解的方式，将我引入了这个领域。我开始意识到，我们日常生活中那些看似普通，但背后却蕴含着高科技的设备，比如洗碗机里精准旋转的喷臂，又或者是打印机里能够毫秒级校准的打印头，其背后都离不开精妙的伺服与运动控制设计。这本书让我开始思考，如何才能让这些机械部件不再是简单的“执行者”，而是能够根据环境变化和实时数据，做出智能化的响应。我特别喜欢书中那些生动的比喻和类比，它们有效地将抽象的概念具象化，让我更容易理解那些复杂的控制逻辑。例如，它可能是用“驾驶汽车”来类比PID控制的比例、积分、微分环节，让我能够清晰地感受到每种参数调整对系统响应的影响。同时，我也对书中提到的系统辨识和模型建立过程产生了浓厚的兴趣。我知道，一个准确的系统模型是设计高效控制器的基础，但如何从实际的物理系统中提取这些模型参数，这本身就是一个复杂的问题。我希望这本书能够为我提供一些切实可行的方法和工具，让我能够自己去尝试建立模型，并以此为基础进行控制器的设计。我相信，这本书会成为我在这个领域进一步探索和学习的重要起点。

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我一直对那些能够让机械装置“听话”又“聪明”的技术感到着迷，伺服与运动控制系统正是其中的佼佼者。这本书的名字，就如同为我打开了一扇通往精密工程世界的大门。我脑海中浮现的是各种精密仪器的运作场景：显微镜下的样品台如何稳定地进行微米级移动，高速摄像机如何精准地跟随运动物体，以及工业机器人如何在复杂的生产线上协同作业。我希望这本书能够揭示这些“奇迹”背后的科学原理。它是否会详细讲解伺服电机的基本构成和工作原理，以及不同类型伺服电机（如直流伺服、交流伺服）的优缺点和适用场景？ 我也很好奇，对于“运动控制”这个概念，它会如何界定，是否会涵盖从简单的位置控制到复杂的轨迹规划和动力学补偿等不同层次的技术？ 我尤其关注的是，这本书是否能够提供一些实用的设计思路和方法论，例如如何根据不同的应用需求（如精度、速度、负载等）来选择合适的伺服驱动器和控制器，以及如何进行控制参数的优化和调试，以达到最佳的系统性能。我希望这本书能够帮助我建立起对整个伺服与运动控制系统的宏观认识，并且能够让我理解其中的关键技术点，从而激发我对这个领域的进一步探索和学习。

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收到！我将以读者的口吻，为您创作10段不包含《伺服与运动控制系统设计》具体内容的图书评价，每段不少于300字，风格各异，力求真实自然，并且避免AI痕迹。 这本书的封面设计就吸引了我，那种硬朗的工业风，配上简洁有力的字体，瞬间就勾起了我对机械和控制领域的好奇心。我一直觉得，那些精密的机械装置之所以能够如此流畅、精准地运转，背后一定有着极其深奥的原理和巧妙的设计。这本书的名字，像是为我揭开这层面纱提供了一把钥匙，我迫不及待地想知道，究竟是什么样的技术，能够让冰冷的金属拥有如此“灵动”的生命力。在日常生活中，我们常常会接触到各种自动化设备，从工业生产线上的机器人手臂，到家用电器里的精细调控，背后都离不开运动控制。我尤其对那些能够实现高速、高精度运动的系统感到着迷，比如一些医疗器械中的微调装置，或者高精密机床的加工过程。这本书，会不会让我理解这些“看不见的手”是如何工作的？它会介绍那些基础的控制理论，比如PID控制，还是会深入到更前沿的算法，比如模糊控制或者神经网络在运动控制中的应用？ 我也很好奇，这本书会从哪些实际应用的案例出发，来阐述这些复杂的概念。是聚焦于某一类特定的设备，例如伺服电机驱动的机器人，还是会更广泛地涵盖多种类型的运动控制系统？ 我希望它能够帮助我构建一个清晰的知识框架，让我能够循序渐进地理解这个领域的全貌。同时，作为一名对技术充满热情但可能缺乏深厚理论背景的读者，我更看重的是它能否用相对易懂的方式来解释那些复杂的技术术语和原理，避免过于晦涩的数学推导，而是侧重于概念的理解和实际的应用。这就像是学习一门新的语言，我需要一本好的语法书和词典，而不是一本全是抽象概念的哲学论著。我希望这本书能够成为我的“技术启蒙导师”，为我指明方向，让我能够在这个充满挑战和机遇的领域中，找到属于自己的学习路径。

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拿到这本书，我首先被其封面设计所吸引，一种沉稳而又不失活力的视觉感受，仿佛预示着内容将是严谨且富有实践性的。作为一名一直对机械工程和自动化领域怀有浓厚兴趣的爱好者，我对“伺服”和“运动控制”这两个词汇的组合充满了期待。我一直觉得，那些能够让冰冷的机械部件展现出如同生命般的精确、流畅与协调的动作，背后一定蕴藏着深刻的工程智慧。我希望这本书能够带我走进这个精密的世界，去了解伺服系统是如何工作的，伺服电机又扮演着怎样的角色。它会详细阐述伺服系统的基本组成部分，例如电机、驱动器、控制器以及反馈元件，并解释它们之间的相互作用吗？ 同时，对于“运动控制”这个更广泛的概念，我希望它能提供一个清晰的框架，涵盖从基础的PID控制到更复杂的自适应控制、模糊逻辑控制，甚至可能涉及到一些与人工智能相关的先进控制策略。我特别关注的是，这本书是否能够提供一些实际工程中的设计指南和案例分析，例如如何根据具体的应用场景，选择合适的伺服驱动器和控制器，如何进行系统参数的整定，以及如何应对实际应用中可能遇到的各种挑战，如干扰、噪声和模型不确定性。我希望这本书能够成为我的“技术向导”，为我揭示精密机械背后隐藏的科学奥秘，并激发我将这些知识应用于实际的思考和探索。

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我一直对那些能够让机械部件“活起来”的技术充满了好奇。伺服和运动控制，听起来就像是赋予了冰冷金属生命力的关键。这本书的名字，就直接击中了我的兴趣点。我脑海中闪过无数的画面：工厂里手臂灵活舞动的机器人，能够精准捕捉每一个精彩瞬间的稳定器，甚至是你我身边那些能够根据指令快速响应的自动化设备。我希望通过这本书，能够理解这些设备是如何做到如此精准、快速、平稳地运行的。它会深入到伺服电机的内部结构，解释它为什么能够实现如此精密的位移和速度控制吗？ 它会不会介绍各种不同的运动控制策略，例如如何应对干扰，如何实现柔顺的轨迹跟踪，或者如何处理多自由度的耦合运动？ 我更关注的是，这本书是否能提供一些设计上的指导思想，让我能够理解在实际工程中，面对不同的应用场景，应该如何选择合适的伺服驱动器、电机类型，以及如何进行控制器的参数整定，才能达到最优的性能。我希望这本书能够为我打开一扇窗，让我看到这些“幕后英雄”是如何工作的，并且能够激发我去思考，如何将这些技术应用于我自己的设想中。我期待它能够成为我理解和掌握这些核心技术的“入门指南”，让我不再是只能仰望，而是能够动手去实践。

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我一直对那些能够实现高度自动化和智能化的设备充满好奇，尤其是在工业制造和机器人领域。这本书的名字，正好触及了我最感兴趣的几个关键词。我脑海中浮现出各种各样的画面：流水线上高效运转的机器人，能够精准捕捉每一个瞬间的摄像机云台，以及那些在复杂环境中导航的无人机。我希望通过这本书，能够更深入地理解这些设备的核心驱动力是什么。它会不会详细介绍伺服电机的工作原理，包括它的结构、特性以及在不同应用场景下的选择？ 我也很好奇，对于“运动控制”这个概念，这本书会给出怎样的定义和分类，是仅仅局限于传统的闭环控制，还是会包含一些更前沿的自适应控制、最优控制或者机器学习在其中的应用？ 我特别关注的是，这本书是否能够帮助我理解如何根据具体的需求，设计出满足特定性能要求的运动控制系统。例如，如果我需要一个能够实现高速高精度定位的系统，我应该如何选择合适的伺服驱动器和控制器？如果我需要一个能够在复杂动态环境下工作的系统，我应该如何设计鲁棒的控制策略？ 我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能够提供一些实用的设计思路和工程经验。如果书中包含了一些硬件选型、参数整定、故障诊断等方面的实用技巧，那将对我来说是极大的价值。我期待它能够让我从一个“旁观者”变成一个能够“洞察内在”的“技术爱好者”。

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我一直对那些能够让机械装置展现出“灵动”和“精准”特性的技术感到深深的着迷。伺服与运动控制系统，对我来说，就像是为冰冷的金属注入了智慧和生命力的关键。这本书的书名，恰好点燃了我内心深处的好奇。我脑海中闪现过无数的画面：工厂里那些灵活舞动的机器人手臂，能够精确捕捉瞬间的运动相机云台，亦或是那些在狭小空间内精准完成任务的医疗设备。我希望这本书能够为我揭示这些“幕后英雄”的运作机制。它是否会深入探讨伺服电机的内部构造和工作原理，解释它如何能够实现如此精密的位移、速度甚至力矩控制？ 我也很好奇，这本书会如何去界定和阐述“运动控制”这一概念，是会侧重于传统的PID控制，还是会涵盖更复杂的自适应控制、预测控制，甚至是那些结合了机器学习的先进技术？ 我特别关注的是，这本书是否能够为我提供一些在实际工程设计中的指导性建议，例如如何根据具体的应用需求，来选择合适的伺服系统硬件，如何进行控制器的参数整定，以及如何处理系统中可能出现的各种干扰和不确定性。我希望这本书能够帮助我建立起一个清晰而系统的知识框架，让我能够从一个“旁观者”的角色，逐渐成长为一个能够“洞察技术本质”的“技术爱好者”，并激发我进一步探索和实践的热情。

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概要性介绍，基本没有深度分析。适合简单了解。

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概要性介绍，基本没有深度分析。适合简单了解。

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