運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

內(nèi)容概要

　　《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》介紹了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)核心控制芯片、傳感與反饋系統(tǒng)、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、嵌入式與PC應(yīng)用、控制理論與方法及工程實(shí)際等內(nèi)容，既是著者從事教學(xué)、科研和工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，也希望能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域和方向的本科生、碩士研究生、博士研究生和工程設(shè)計(jì)人員從事工程設(shè)計(jì)時(shí)提供較新的設(shè)計(jì)資料、思路以供參考。電子技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展和科技進(jìn)步，促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由硬件電路和控制軟件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，幾乎涵擴(kuò)了電子、計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器、機(jī)電一體化和自動(dòng)控制等全部工科領(lǐng)域。為提高國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的重視程度，并進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思路與方法，著者在總結(jié)自己學(xué)習(xí)心得體會(huì)與工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上編寫了《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》。

書籍目錄

前言第一章 緒論1.1 引言1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分類與特點(diǎn)1.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)1.4 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)1.5 最新進(jìn)展1.6 本書章節(jié)安排第二章 ADSP-2181原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 ADSP-21xx系列定點(diǎn)DSP結(jié)構(gòu)2.1.1 基本內(nèi)核結(jié)構(gòu)2.1.2 21xx系列定點(diǎn)DSP結(jié)構(gòu)與選型2.1.3 21xx系列定點(diǎn)DSP特點(diǎn)2.2 ADSP-2181應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 2181資源2.2.2 218l應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3 ADSP-2181 PM／DM／IO擴(kuò)展2.3.1 2181基本系統(tǒng)配置2.3.2 程序存儲(chǔ)器（PM）擴(kuò)展2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（DM）擴(kuò)展2.3.4 I／O擴(kuò)展2.3.5 復(fù)合存儲(chǔ)器擴(kuò)展2.4 ADSP-218l DMA功能與擴(kuò)展2.4.1 BDMA功能2.4.2 IDMA功能2.4.3 總線請(qǐng)求與確認(rèn)2.5 ADSP-2181串口擴(kuò)展2.6 本章小結(jié)第三章 傳感與反饋系統(tǒng)3.1 轉(zhuǎn)換原理與結(jié)構(gòu)3.1.1 A／D轉(zhuǎn)換原理與結(jié)構(gòu)3.1.2 V／F原理與結(jié)構(gòu)3.2 常用轉(zhuǎn)換器選型3.2.1 A／D轉(zhuǎn)換器選型3.2.2 V／F轉(zhuǎn)換器選型3.3 電學(xué)量檢測(cè)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4 機(jī)械量檢測(cè)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1 位移／位置量檢測(cè)方法3.4.2 速度量檢測(cè)方法3.4.3 加速度量檢測(cè)方法3.5 力學(xué)量檢測(cè)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.6 傳感與反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)3.7 本章小結(jié)第四章 伺服電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類與選擇4.2 直流電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)4.2.1 直流電機(jī)控制原理4.2.2 直流電機(jī)PWM控制4.2.3 直流電機(jī)D／A控制4.2.4 直流電機(jī)混合控制4.3 交流電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)4.3.1 交流異步電機(jī)控制原理4.3.2 恒U／f比變頻調(diào)速與SPWM調(diào)速4.3.3 磁鏈跟蹤控制4.3.4 磁束矢量控制原理與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.3.5 直接轉(zhuǎn)矩控制原理與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.4 本章小結(jié)第五章 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）5.1 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2 RS-232通訊網(wǎng)絡(luò)5.2.1 RS-232硬件電路設(shè)計(jì)5.2.2 RS-232數(shù)據(jù)通訊程序設(shè)計(jì)5.2.3 RS-232數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)5.3 RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)5.3.1 RS-485硬件電路設(shè)計(jì)5.3.2 RS-485數(shù)據(jù)通訊程序設(shè)計(jì)5.3.3 RS-485數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)5.4 本章小結(jié)第六章 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（二）6.1 CAN總線通訊網(wǎng)絡(luò)6.1.1 CAN硬件電路設(shè)計(jì)6.1.2 CAN數(shù)據(jù)通訊程序設(shè)計(jì)6.1.3 CAN數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)6.2 USB總線通訊網(wǎng)絡(luò)6.2.1 USB硬件電路設(shè)計(jì)6.2.2 USB數(shù)據(jù)通訊程序設(shè)計(jì)6.2.3 混合式串行數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2.4 USB數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)6.3 并行數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)6.4 本章小結(jié)第七章 可編程芯片與嵌入式系統(tǒng)（一）7.1 可編程芯片簡(jiǎn)介7.2 GALl6V8芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2.1 工作模式和組態(tài)7.2.2 常用開發(fā)工具7.2.3 GAU6V8開發(fā)實(shí)例7.2.4 GAL器件開發(fā)注意事項(xiàng)7.3 PSD芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3.1 PSD系列芯片基本特征7.3.2 PSD813Fx芯片功能7.3.3 PSD813Fx芯片開發(fā)過程7.3.4 PSD芯片開發(fā)注意事項(xiàng)7.4 本章小結(jié)第八章 可編程芯片與嵌入式系統(tǒng)（二）8.1 CPLD／FPGA芯片特點(diǎn)8.2 CPLD芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.2.1 EPM7128芯片基本特征8.2.2 EPM7128芯片功能8.2.3 EPM7128S芯片開發(fā)過程8.2.4 EPM7128S芯片開發(fā)注意事項(xiàng)8.3 FPGA芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1 FLEX6000芯片基本特征8.3.2 EPF6016芯片功能8.3.3 EPF6016芯片開發(fā)過程8.3.4 EPF6016芯片開發(fā)注意事項(xiàng)8.4 本章小結(jié)第九章 PC-based運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1 微機(jī)原理簡(jiǎn)介9.1.1 PC主板結(jié)構(gòu)9.1.2 常用芯片組9.1.3 芯片組架構(gòu)9.1.4 微機(jī)總線9.2 ISA總線及板卡設(shè)計(jì)原理9.2.1 ISA總線特點(diǎn)9.2.2 ISA總線板卡設(shè)計(jì)原理9.2.3 ISA總線板卡常用結(jié)構(gòu)9.2.4 其他ISA總線9.3 PCI總線及板卡設(shè)計(jì)原理9.3.1 PCI總線特點(diǎn)9.3.2 PCI總線板卡設(shè)計(jì)原理9.3.3 PCI板卡常用結(jié)構(gòu)9.3.4 其他PCI總線9.4 板卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)9.4.1 驅(qū)動(dòng)程序類型9.4.2 WDM模型結(jié)構(gòu)9.4.3 常用開發(fā)工具9.4.4 WinDriver板卡驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)9.5 PC-based運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)9.6 本章小結(jié)第十章 PID控制與實(shí)現(xiàn)10.1 PID控制概述10.1.1 PID控制原理10.1.2 PID控制特點(diǎn)10.1.3 PID控制的應(yīng)用10.1.4 PID控制器的參數(shù)整定10.2 比例（P）控制環(huán)節(jié)10.3 積分（I）控制環(huán)節(jié)10.4 比例積分（PI）控制10.5 微分（D）及比例微分（PD）控制環(huán)節(jié)10.6 比例積分微分（PID）控制10.7 控制方式的選擇10.8 PID控制器的參數(shù)整定10.8.1 參數(shù)整定的說明10.8.2 臨界比例度法10.8.3 衰減曲線法10.8.4 經(jīng)驗(yàn)法10.9 PID控制實(shí)例10.9.1 系統(tǒng)硬件組成10.9.2 建模與仿真10.9.3 上位機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)10.10 本章小結(jié)第十一章 模糊控制技術(shù)與實(shí)現(xiàn)11.1 概述11.1.1 模糊控制的背景起源及特點(diǎn)11.1.2 模糊控制的發(fā)展階段與應(yīng)用概況11.2 模糊理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)11.2.1 經(jīng)典集合及其運(yùn)算11.2.2 模糊集合及其運(yùn)算11.2.3 模糊集合與經(jīng)典集合的聯(lián)系11.2.4 關(guān)于隸屬函數(shù)11.3 模糊邏輯與模糊推理11.3.1 模糊邏輯11.3.2 模糊推理11.4 模糊控制技術(shù)基礎(chǔ)11.4.1 模糊控制基本原理11.4.2 模糊化方法11.4.3 解模糊方法11.4.4 模糊控制規(guī)則及控制算法11.5 模糊控制器的設(shè)計(jì)11.5.1 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)11.5.2 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.6 模糊控制應(yīng)用實(shí)例11.7 本章小結(jié)第十二章 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例（一）12.1 溜冰機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例12.1.1 溜冰機(jī)器人原理與結(jié)構(gòu)12.1.2 溜冰機(jī)器人非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)空間方程12.1.3 溜冰機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.2 自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例12.2.1 AGV結(jié)構(gòu)與原理12.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)假設(shè)與分析12.2.3 非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)空間的建立12.2.4 AGV控制器設(shè)計(jì)12.2.5 運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)第十三章 DAS運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例（二）13.1 多機(jī)器人協(xié)調(diào)吊裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)例13.1.1 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)13.1.2 硬件電路設(shè)計(jì)13.1.3 軟件設(shè)計(jì)13.1.4 控制算法13.2 倒立擺運(yùn)動(dòng)控制實(shí)例13.2.1 單級(jí)倒立擺機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13.2.2 倒立擺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)13.2.3 運(yùn)動(dòng)控制算法13.3 旋翼直升機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例13.3.1 剛體與非完整系統(tǒng)假定13.3.2 非完整運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)空間方程的建立13.3.3 基于極點(diǎn)配置法的全狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)13.3.4 嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)13.3.5 PWM信號(hào)占空比的確定參考文獻(xiàn)附錄

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　生活質(zhì)量和水平是現(xiàn)代文明社會(huì)和和諧社會(huì)的標(biāo)志之一。作為生產(chǎn)物質(zhì)資料的生活資料的機(jī)器和設(shè)備，其自動(dòng)化程度和加工水平隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)等的發(fā)展而日益提高，作為其核心的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用?！　”菊聦⒃诤?jiǎn)要介紹運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)定義、分類及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，講述其功能設(shè)計(jì)方法和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)?！　?.1　引言　　反饋系統(tǒng)（feedback system）、伺服系統(tǒng)（servo system）和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（motion control system）是機(jī)電工程和自動(dòng)化工程教科書和文獻(xiàn)資料中經(jīng)常使用的詞匯，是自動(dòng)化領(lǐng)域重要研究?jī)?nèi)容之一。自Motion control和Motion contro1 system定義出現(xiàn)之后，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)更成為最近幾年的新興研究領(lǐng)域?！　》答佋硎亲詣?dòng)控制的基本原理之一。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際輸出與期望輸出之間的偏差，通過適當(dāng)?shù)目刂圃砘颍涂刂品椒ㄏ钜垣@得預(yù)期系統(tǒng)性能的方法。反饋系統(tǒng)是基于反饋原理建立，并根據(jù)系統(tǒng)輸出變化信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。從硬件電路上看，反饋系統(tǒng)由前向通道和后向通道（反饋通道）組成。其中，前向通道完成控制器至執(zhí)行器之間的控制信號(hào)傳遞，后向通道完成輸出至控制器的信號(hào)反饋功能。二者通過控制器相連，組成一完整的閉合回路。因此，反饋控制系統(tǒng)有時(shí)也稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1.1所示?！　￠]環(huán)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，反饋控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要形式。在現(xiàn)代控制理論中，圖1.1所示的反饋系統(tǒng)是使用系統(tǒng)輸出進(jìn)行反饋的。更為廣義的反饋系統(tǒng)還包括狀態(tài)反饋和輸出至狀態(tài)變量x反饋等兩種形式，尤其是基于狀態(tài)反饋的極點(diǎn)配置法更是最常用的現(xiàn)代控制方法之一。

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