精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

前言

　　作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的機(jī)械工業(yè)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電子電力及傳感器技術(shù)等技術(shù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，產(chǎn)品和生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，機(jī)電一體化成為機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是信息技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的橋梁。機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為機(jī)電一體化的關(guān)鍵組成部分，是機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的具體體現(xiàn)和代表。它最初從機(jī)床數(shù)控、機(jī)器人和工廠自動(dòng)化等技術(shù)中抽象發(fā)展而來，形成新的專門技術(shù)后，又大力促進(jìn)了這些相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。　　運(yùn)動(dòng)控制的學(xué)習(xí)和掌握對(duì)學(xué)生從事生產(chǎn)、科研等工作具有重要作用。為了適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展對(duì)人才的需求，在機(jī)械電子專業(yè)開設(shè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制課程勢(shì)在必行。但是，現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)控制教材幾乎全部由電機(jī)、電氣類專業(yè)的“電機(jī)與拖動(dòng)”等教材改編而來，主要應(yīng)用對(duì)象仍然是電機(jī)、電氣類學(xué)生。為此我們針對(duì)機(jī)械類學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和需要，編寫了這本教材。它有以下特點(diǎn)：　?。?）主要針對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生編寫，從機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中提煉出來，強(qiáng)調(diào)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的整體建模、性能及精度分析；強(qiáng)調(diào)機(jī)電控制中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與速度規(guī)劃；強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用需要，簡(jiǎn)化了電機(jī)原理及電路設(shè)計(jì)；力求滿足機(jī)械類學(xué)生對(duì)精密運(yùn)動(dòng)控制新理論和新技術(shù)知識(shí)的需求。　?。?）增加了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感測(cè)量的原理與選擇等內(nèi)容，結(jié)合機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床等典型運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的分析，使學(xué)生更深入了解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)方法和精度分析?！　。?）增加直線電機(jī)、微位移運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、精密測(cè)量等內(nèi)容，增加了原子力顯微鏡微位移運(yùn)動(dòng)控制、多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床復(fù)雜協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等學(xué)科發(fā)展前沿成果介紹，體現(xiàn)了機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制在高新技術(shù)發(fā)展中的價(jià)值?！　。?）與科研工作結(jié)合，增加了機(jī)械硬非線性補(bǔ)償問題的討論，并將所研制的活塞環(huán)梯形角測(cè)量?jī)x、全向足球機(jī)器人、SCARA工業(yè)機(jī)器人等作為實(shí)例介紹分析。

內(nèi)容概要

本書針對(duì)機(jī)械類專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制課程教學(xué)和實(shí)踐需要，重點(diǎn)介紹了機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成原理和具體應(yīng)用實(shí)例。全書共11章，內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、測(cè)量傳感器、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模與分析、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、微位移運(yùn)動(dòng)控制等基礎(chǔ)知識(shí)，還介紹了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。本書內(nèi)容強(qiáng)調(diào)整體建模分析，重視自動(dòng)化裝備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，在合理介紹基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，將多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、原子力顯微鏡微位移運(yùn)動(dòng)控制、智能儀器設(shè)計(jì)、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)非線性處理等前沿技術(shù)也融合在相關(guān)章節(jié)作了較深入的介紹。    本書可以作為機(jī)械類專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)電控制課程教材，也可供從事數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化裝備、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械等相關(guān)機(jī)械類工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言  第1章　緒論  1.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的內(nèi)容與分類    1.1.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的定義、由來與內(nèi)容    1.1.2　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類  1.2　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用    1.2.1　運(yùn)動(dòng)規(guī)劃    1.2.2　多軸插補(bǔ)    1.2.3　電子齒輪與電子凸輪    1.2.4　比較輸出與同步跟蹤    1.2.5　精密探針位置測(cè)量  1.3　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的非線性及其補(bǔ)償    1.3.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的連續(xù)與不連續(xù)非線性    1.3.2　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中常見不連續(xù)非線性及其補(bǔ)償  1.4　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)第2章　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)  2.1　滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌    2.1.1　滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)    2.1.2　滑動(dòng)導(dǎo)軌  2.2　滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)與滾動(dòng)導(dǎo)軌    2.2.1　滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)    2.2.2　滾動(dòng)導(dǎo)軌  2.3　齒輪減速與諧波減速    2.3.1　齒輪減速器的型式與應(yīng)用    2.3.2　行星齒輪減速器的傳動(dòng)比計(jì)算    2.3.3　諧波齒輪減速器  2.4　空氣靜壓技術(shù)與磁浮技術(shù)    2.4.1　空氣靜壓技術(shù)簡(jiǎn)介及應(yīng)用    2.4.2　磁浮技術(shù)簡(jiǎn)介及應(yīng)用第3章　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的位置測(cè)量  3.1　光電編碼器    3.1.1　增量式光電編碼器    3.1.2　光電編碼器的讀數(shù)原理    3.1.3　絕對(duì)式光電編碼器  3.2　直線光柵尺    3.2.1　光柵的概念    3.2.2　直線光柵的測(cè)量原理    3.2.3　直線光柵的信號(hào)處理電路    3.3　磁柵尺    3.3.1　磁柵尺的測(cè)量原理    3.3.2　磁柵尺的檢測(cè)電路  3.4　激光干涉測(cè)量  3.5　電容式傳感器    3.5.1　電容式傳感器的工作原理    3.5.2　變極距式電容式傳感器    3.5.3　變面積式電容式傳感器    3.5.4　電容式傳感器的特點(diǎn)  3.6　電感式傳感器    3.6.1　自感式傳感器    3.6.2　互感式（差動(dòng)變壓器式）傳感器    3.6.3　渦流式傳感器第4章　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  4.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程  4.2　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的非線性與線性化    4.2.1　典型的非線性系統(tǒng)    4.2.2　非線性系統(tǒng)的線性化    4.2.3　分析非線性系統(tǒng)的方法  4.3　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)    4.3.1　運(yùn)動(dòng)規(guī)律的相關(guān)概念    4.3.2　運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)    4.3.3　運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)實(shí)例——柔性臂殘余振動(dòng)的控制　……第5章　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第6章　直流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第7章　交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第8章　直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第9章　微位移運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第10章　數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第11章　操作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的內(nèi)容與分類　　1.1.1　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的定義、由來與內(nèi)容　　作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的機(jī)械工業(yè)，在新技術(shù)革命的帶動(dòng)下，產(chǎn)品和生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，機(jī)電一體化成為機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電子電力及傳感器技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械等眾多門類的機(jī)械產(chǎn)品，都在機(jī)電一體化趨勢(shì)的帶動(dòng)下，朝著更高水平、更高精度、更高速度發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用?！　C(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)（簡(jiǎn)稱運(yùn)動(dòng)控制）作為機(jī)電一體化的關(guān)鍵組成部分，取得了前所未有的大發(fā)展，國(guó)內(nèi)外眾多廠家相繼推出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。簡(jiǎn)單地說，運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下，進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和管理，使其在各種驅(qū)動(dòng)裝置的作用下，按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和設(shè)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。　　機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是伴隨著數(shù)控（CNC）技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)（robotics）和工廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。一般，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)以控制器（如運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)）為核心，以電力電子功率變換裝置（如交流伺服馮區(qū)動(dòng)器）為功率放大單元，以機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置（如交流伺服電機(jī)）為驅(qū)動(dòng)器，以機(jī)械執(zhí)行部件（如滾珠絲杠）為功能實(shí)現(xiàn)單元，組成的機(jī)械電子系統(tǒng)。圖1-1是一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。

編輯推薦

　　針對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生、滿足其對(duì)精密運(yùn)動(dòng)控制新理論和新技術(shù)的需求，從實(shí)踐中來，《精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》內(nèi)容體系從機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中提煉，涵蓋運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感測(cè)量等內(nèi)容，介紹了機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制在原子力微鏡微位移運(yùn)動(dòng)控制等學(xué)科發(fā)展前沿高新技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合了全向足球機(jī)器人等作者科研實(shí)例，易于教學(xué)。

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