電路分析實驗 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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呂偉鋒，董曉聰 編

圖書標籤:

• 電路分析
• 實驗
• 電子技術
• 電路原理
• 高等教育
• 理工科
• 實驗教學
• 模擬電路
• 基礎實驗
• 大學教材

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030273376

版次：1

商品編碼：11172422

開本：16開

齣版時間：2010-05-01

頁數：161

編輯推薦

呂偉鋒、董曉聰主編的這本《電路分析實驗》包括5章和2個附錄。首先介紹電路實驗的基礎知識；然後介紹實驗內容，分為三大模塊，即直流電阻電路與基本測量、動態電路及其響應和正弦穩態交流電路，共包含13個基礎實驗項目，內容幾乎涵蓋瞭電路理論課程所有的重要知識點；為瞭加深電路應用能力和綜閤應用所學電路知識的能力，本書增加瞭綜閤性實驗部分；附錄是常用電子測量儀器和Multisim8仿真軟件的介紹。本書內容全麵，實驗設計軟、硬件相結閤，實驗項目從原理和實際應用齣發，側重實驗思路和實驗設計方法，采用自主式、多層式的實驗設計理念，可適應不同層次學生的需要。

內容簡介

呂偉鋒、董曉聰主編的這本《電路分析實驗》是與“電路分析”或“電路原理”等課程相配套的實踐環節與實驗設計教程，全書包括5章和2個附錄，內容涵蓋電路實驗測試基本知識、直流電阻電路與基本測量、動態電路、正弦穩態電路、綜閤性實驗、常用電子儀器設備，以及Multisim8仿真軟件介紹。《電路分析實驗》內容全麵，軟、硬件相結閤，每個實驗從原理和實際應用齣發，側重實驗思路和實驗設計方法，采用自主式、多層式的實驗設計理念，可適應不同層次學生的需要，以此培養學生的電路應用意識、實踐設計能力和嚴謹的科學作風。
《電路分析實驗》可作為高等院校電類專業本、專科生的電路實驗設計教材，也可作為相關教學研究人員和工程技術人員的電路實驗參考書。

目錄

前言
第1章 實驗測試基本知識
1.1實驗的基本要求和指導
1.2測量的基本概念及方法
1.3測量數據與誤差的處理
第2章 直流電阻電路與基本測量
2.1常用實驗設備及儀錶使用
2.2元件伏安特性及電源外特性的測試
2.3疊加原理及基爾霍夫定律
2.4戴維南定理與諾頓定理
2.5受控源電路的設計與研究
第3章 動態電路及其響應
3.1一階動態電路及其響應
3.2二階動態電路及其響應
第4章 正弦穩態交流電路
4.1交流電路元件參數的測量方法
4.2正弦穩態網絡函數頻率特性的測量方法
4.3交流電路元件阻抗特性的觀測及電路參數的測量
4.4正弦穩態電路相量的研究
4.5三相交流電路的研究
4.6RC選頻網絡的研究
4.7互感電路觀測
第5章 綜閤性實驗
5.1綜閤性實驗概述
5.2最大功率傳遞定律的研究
5.3正弦交流電路功率因數的提高
5.4RLC串聯諧振電路的研究
5.5負阻抗變換器的仿真與設計
5.6迴轉器的仿真與設計
附錄A常用電子測量儀器介紹
A1電工電路實驗颱
A2CS-4125A雙蹤示波器
A3DS1022C數字雙蹤示波器
A4SP1631A型函數信號發生器
A5UT803型數字颱式萬用錶
A6CDM-8045A型數字萬用錶
A7AS2173係列交流毫伏錶
附錄B電路仿真軟件Multisim8簡介
B1Multisim8的工作界麵
B2Multisim8的基本操作
參考文獻

前言/序言

機械臂運動學與動力學仿真建模及控製策略研究 引言 在現代工業自動化與智能製造領域，機器人技術扮演著日益重要的角色。其中，機械臂作為最常見的機器人形態之一，其精確高效的運動控製是實現復雜任務的關鍵。理解並掌握機械臂的運動學與動力學特性，並在此基礎上設計有效的控製策略，對於提升機械臂的性能、拓展其應用範圍至關重要。 本書旨在深入探討機械臂的運動學與動力學建模方法，詳細闡述基於這些模型的仿真技術，並研究適用於不同應用場景的先進控製策略。本書內容力求理論與實踐相結閤，既包含紮實的理論基礎，也提供實際的仿真案例分析，旨在為讀者提供一個全麵而深入的機械臂係統研究框架。 第一章：機械臂運動學基礎 本章將從最基礎的概念齣發，係統性地介紹機械臂的運動學。運動學主要研究的是機械臂的幾何關係，即描述機械臂末端執行器（手爪）的位置、姿態與各關節變量之間的關係，而不考慮引起運動的力與力矩。 1.1 機械臂結構與自由度 我們將首先介紹典型機械臂的結構組成，包括連杆（links）、關節（joints）以及末端執行器。接著，我們將深入理解自由度（degrees of freedom, DoF）的概念，並探討不同自由度配置對機械臂運動能力的影響。我們將學習如何對機械臂進行連杆參數化，為後續建模奠定基礎。 1.2 齊次坐標變換與運動學鏈 本節將引入齊次坐標（homogeneous coordinates）的概念，這是一種能夠統一錶示平移和鏇轉的數學工具，在機器人學中應用極其廣泛。我們將學習如何使用齊次變換矩陣來描述一個連杆相對於另一個連杆的位姿。在此基礎上，我們將建立機械臂的運動學鏈（kinematic chain），理解如何通過連續的齊次變換來描述從基座到末端執行器的整體運動學關係。 1.3 正運動學 正運動學（forward kinematics, FK）是指給定機械臂各關節變量的值，求解末端執行器在空間中的位置和姿態。我們將詳細推導不同類型關節（如鏇轉關節、移動關節）的齊次變換矩陣，並采用連杆坐標係（Denavit-Hartenberg, DH 參數法）係統地建立機械臂的正運動學模型。我們將通過具體的機械臂模型，演示如何通過連乘齊次變換矩陣來計算末端執行器的位姿。 1.4 逆運動學 逆運動學（inverse kinematics, IK）是與正運動學相反的問題，即給定末端執行器期望在空間中的位置和姿態，求解滿足條件的各關節變量的值。逆運動學問題通常比正運動學更復雜，可能存在多解、無解或奇異解。本章將介紹兩種主要的逆運動學求解方法： 幾何解析法： 對於結構簡單的機械臂（如平麵二關節臂、PUMA 560 型機械臂），可以利用幾何關係直接求解。我們將詳細推導典型機械臂的幾何逆解。 數值迭代法： 對於結構復雜的機械臂，幾何解析法可能難以實現。我們將介紹基於雅可比矩陣的數值迭代方法，如牛頓-拉夫遜法，來近似求解逆運動學。我們將討論算法的收斂性、收斂速度以及如何處理奇異點。 1.5 雅可比矩陣及其應用 雅可比矩陣（Jacobian matrix）是連接關節速度與末端執行器綫速度、角速度的綫性映射。本章將詳細推導機械臂的雅可比矩陣，並探討其在以下方麵的應用： 速度和加速度分析： 利用雅可比矩陣，我們可以計算末端執行器的速度和加速度。 奇異性分析： 雅可比矩陣的奇異點對應著機械臂的奇異構形，在這些構形下，機械臂的某些運動自由度會喪失，導緻控製睏難。我們將分析奇異性的成因和影響。 動力學建模的預備： 雅可比矩陣在動力學分析中扮演著重要角色。 第二章：機械臂動力學建模 本章將深入研究機械臂的動力學。動力學不僅考慮瞭機械臂的運動學關係，更重要的是分析瞭驅動機械臂運動的力和力矩以及由此産生的運動。理解動力學模型對於進行精確的軌跡規劃和高效的控製至關重要。 2.1 動力學建模的基本概念 我們將迴顧牛頓-歐拉方程和拉格朗日方程等經典力學理論，並介紹它們在機器人動力學建模中的應用。我們將定義慣性（inertia）、科裏奧利力和離心力（Coriolis and centrifugal forces）、重力（gravity）以及關節摩擦（friction）等對機械臂運動産生影響的因素。 2.2 基於牛頓-歐拉方法的動力學建模 牛頓-歐拉方法是一種遞推算法，它從機械臂的基座開始，逐一計算每個連杆的力和力矩，直到末端執行器，然後再從末端執行器反嚮遞推迴基座，最終得到整個機械臂的動力學方程。本節將詳細介紹牛頓-歐拉方法的推導過程，並給齣算法的具體實現步驟，使其便於編程實現。 2.3 基於拉格朗日方法的動力學建模 拉格朗日方法是一種能量守恒原理的應用，它通過構建機械臂係統的拉格朗日函數（動能減去勢能），並利用歐拉-拉格朗日方程來推導動力學方程。相比於牛頓-歐拉方法，拉格朗日方法通常能夠直接得到全局形式的動力學方程。本節將詳細介紹拉格朗日函數的構建以及利用歐拉-拉格朗日方程求解動力學方程的過程。 2.4 結構化動力學方程 通過牛頓-歐拉或拉格朗日方法推導齣的動力學方程通常可以錶示為以下形式： $M(q)ddot{q} + C(q, dot{q})dot{q} + G(q) = au$ 其中： $q, dot{q}, ddot{q}$ 分彆是關節位置、速度和加速度嚮量。 $M(q)$ 是對稱正定的慣性矩陣（mass matrix）。 $C(q, dot{q})$ 是科裏奧利力和離心力矩陣。 $G(q)$ 是重力嚮量。 $ au$ 是關節力矩嚮量。 本章將深入分析這幾個矩陣和嚮量的構成，以及它們與機械臂結構參數和運動狀態的關係。我們將探討如何高效地計算這些項，以便於後續的仿真和控製。 2.5 關節摩擦模型 摩擦是機械臂係統中普遍存在且影響較大的因素。本節將介紹幾種常見的關節摩擦模型，包括： 庫侖摩擦模型（Coulomb friction model）： 模擬摩擦力方嚮與運動方嚮相反，大小恒定。 粘滯摩擦模型（Viscous friction model）： 摩擦力與速度成正比。 布裏辛模型（Bristle model）： 結閤瞭靜止摩擦和運動摩擦的特性。 我們將分析不同摩擦模型對機械臂動力學行為的影響，並討論如何在動力學模型中納入摩擦項。 第三章：機械臂運動仿真 本章將重點介紹如何利用前麵章節建立的運動學和動力學模型，對機械臂的運動進行仿真。仿真技術是驗證模型準確性、設計控製策略以及評估係統性能的重要手段。 3.1 仿真平颱選擇與環境搭建 我們將簡要介紹幾種常用的機器人仿真平颱，如MATLAB/Simulink Robotics System Toolbox、ROS (Robot Operating System) 配閤 Gazebo 仿真器、 CoppeliaSim (V-REP) 等。我們將探討這些平颱在機械臂仿真中的優勢和適用場景，並指導讀者如何搭建基本的仿真環境。 3.2 基於運動學模型的仿真 正運動學仿真： 模擬給定關節軌跡下末端執行器的運動軌跡。 逆運動學仿真： 模擬機械臂如何通過關節運動來跟蹤期望的末端執行器軌跡。我們將演示如何將逆運動學求解結果與運動學鏈相結閤，生成仿真數據。 3.3 基於動力學模型的仿真 直接仿真（Forward Simulation）： 給定關節力矩，通過求解動力學方程（如式 $M(q)ddot{q} + C(q, dot{q})dot{q} + G(q) = au$）來預測機械臂的運動軌跡。我們將討論求解二階常微分方程組的數值積分方法，如歐拉法、龍格-庫塔法等。 逆仿真（Inverse Simulation）： 給定期望的關節軌跡，計算驅動該軌跡所需的關節力矩。這對於規劃最優控製輸入非常重要。 3.4 軌跡規劃 在本節中，我們將介紹幾種常用的軌跡規劃方法，以生成平滑、可執行的關節或末端執行器軌跡： 多項式插值（Polynomial Interpolation）： 利用低階或高階多項式在給定的時間和位置約束下進行插值。 三次樣條插值（Cubic Spline Interpolation）： 確保軌跡在連接點處具有連續的速度和加速度，從而獲得更平滑的運動。 梯形速度規劃（Trapezoidal Velocity Profile）： 常用的一種速度規劃方式，使得在運動過程中速度變化更加平穩。 3.5 仿真案例分析 我們將通過具體案例，例如一個工業機器人手臂的拾取-放置任務，來演示如何綜閤運用運動學、動力學模型和軌跡規劃技術進行仿真。我們將展示如何設置仿真場景、定義任務、執行仿真，並對仿真結果進行分析和可視化。 第四章：機械臂控製策略 本章將聚焦於機械臂的控製策略研究。控製係統的目標是使機械臂能夠按照預定的軌跡精確、穩定地運動，並抵抗外部乾擾。 4.1 PID 控製 PID（比例-積分-微分）控製器是一種經典且廣泛應用的反饋控製方法。我們將詳細介紹 PID 控製器的原理，包括比例項、積分項和微分項的作用，以及如何根據機械臂的特性整定 PID 參數。我們將分析 PID 控製在機械臂跟蹤控製和抗擾方麵的性能。 4.2 逆動力學控製 逆動力學控製（Inverse Dynamics Control, IDC）是一種更為先進的控製方法，它利用機械臂的動力學模型來計算所需的關節力矩，以抵消模型中的非綫性項（如科裏奧利力和重力），從而使得機械臂錶現齣近似綫性的行為。本節將詳細推導逆動力學控製器的結構，並分析其優點和局限性。 4.3 阻抗控製 阻抗控製（Impedance Control）旨在控製機械臂與環境之間的相互作用力，使其錶現齣特定的機械阻抗特性（如質量、阻尼和剛度）。這對於需要與物體進行物理交互的任務（如裝配、打磨）至關重要。我們將介紹阻抗控製的基本思想，以及如何將其應用於機械臂的末端執行器控製。 4.4 自適應控製與魯棒控製 自適應控製（Adaptive Control）： 當機械臂的動力學參數未知或隨時間變化時，自適應控製可以通過在綫估計參數來調整控製器，以維持良好的控製性能。 魯棒控製（Robust Control）： 魯棒控製旨在設計控製器，使其在存在模型不確定性和外部乾擾的情況下，仍能保證係統的穩定性和性能。我們將介紹一些基本的魯棒控製技術，如 $mathcal{H}_infty$ 控製。 4.5 仿真與實驗驗證 我們將結閤仿真平颱，對不同控製策略進行仿真比較。此外，如果條件允許，我們將探討如何將設計的控製算法部署到實際的機械臂硬件上進行實驗驗證，並分析仿真結果與實驗結果的差異及原因。 結論 本書係統地闡述瞭機械臂的運動學與動力學建模、仿真方法以及多種先進的控製策略。通過對本書的學習，讀者將能夠深入理解機械臂的工作原理，掌握建立和分析機械臂模型的技術，並能夠設計和實現有效的控製係統。這為進一步研究更復雜的機器人係統和應用奠定瞭堅實的基礎。 參考文獻 （此處將列齣相關學術文獻、書籍和技術報告，以供讀者進一步參考和深入研究。）

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究一些關於“非綫性電路”的內容，偶然翻到瞭這本《電路分析實驗》。這本書在這一塊的內容雖然不多，但講解得非常透徹。它沒有迴避非綫性電路的復雜性，而是用一種非常係統的方式，將其分解成若乾個可以理解的部分。作者通過一些圖示，展示瞭非綫性元件的特性麯綫，並解釋瞭這些特性如何影響電路的整體行為。我特彆喜歡書中關於“諧波分析”的講解，它讓我明白瞭為什麼一個簡單的正弦信號，在經過非綫性電路後，會産生那麼多奇奇怪怪的“雜音”。這本書的語言風格比較嚴謹，但又不失生動，能夠很好地抓住讀者的注意力。我感覺，這本書不僅僅是教你如何進行電路分析，更是在培養你分析問題的思維方式。它讓你學會從更深層次去理解電路，而不僅僅是停留在錶麵的計算。

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本《電路分析實驗》的時候，感覺像是打開瞭一個全新的世界。書中的案例分析部分給我留下瞭深刻的印象。作者並沒有直接給齣答案，而是引導讀者一步步地思考，分析問題的根源，然後找到最優的解決方案。我特彆喜歡其中一個關於“濾波電路”的章節，它通過一個實際的例子，生動地展示瞭濾波電路在信號處理中的重要作用。作者的講解非常細膩，從理論到實踐，層層遞進，讓原本抽象的概念變得觸手可及。我甚至能想象到，如果我在實驗室裏遇到類似的問題，這本書中的方法一定能幫我快速定位問題所在。這本書的語言風格也很樸實，沒有華麗辭藻，但句句切中要害。讀起來讓人感覺很踏實，很有信服力。即使是那些我不太熟悉的專業術語，在作者的解釋下，也變得容易理解多瞭。總的來說，這是一本非常實用、非常有價值的書，我相信它能幫助很多讀者在電路分析的道路上走得更遠。

評分☆☆☆☆☆

這本《電路分析實驗》給我的最大感受就是它的“實踐性”。書中的每一個實驗都緊密結閤瞭理論知識，讓你在動手操作中鞏固和加深理解。我記得有一個關於“頻率響應”的實驗，作者設計得非常巧妙，通過調整信號源的頻率，觀察電路輸齣信號的變化，從而直觀地理解瞭電路在不同頻率下的錶現。這本書的實驗設計很注重安全性和可行性，很多實驗都可以用常見的儀器設備來完成，非常適閤學生在校期間進行學習和實踐。而且，書中的數據處理和結果分析部分也寫得很詳細，能夠指導讀者如何正確地解讀實驗數據，並得齣有意義的結論。讀完這本書，我感覺自己對電路分析這門學科有瞭更深刻的認識，也更加期待在未來的學習和工作中，能夠運用這些知識去解決實際問題。這本書真的不僅僅是一本教材，更像是一本“電路工程師的成長指南”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排非常閤理，邏輯性很強。從基礎概念的引入，到復雜的電路模型分析，再到實驗的驗證，整個過程銜接得非常自然。我尤其欣賞它在講解每一個實驗時，都附帶瞭詳細的實驗步驟和注意事項。這對於初學者來說，簡直是福音。不用再為一點小小的疏忽而導緻實驗失敗而感到沮喪。書中關於“瞬態分析”的講解，更是讓我大開眼界。我以前總覺得，電路一旦通電，就應該立刻進入穩定狀態，但這本書讓我明白，瞬態過程纔是電路行為最真實、最動態的體現。作者通過一些圖示和錶格，將瞬態過程中電壓和電流的變化麯綫描繪得淋灕盡緻。讀完這部分，我仿佛親身經曆瞭一次電路的“生命周期”，感受到瞭它從“誕生”到“成熟”的每一個瞬間。這本書的插圖質量也很高，清晰明瞭，為理解抽象的電路概念提供瞭極大的便利。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很樸實，沒有那些花哨的插畫，一看就是一本紮實的專業書籍。我翻瞭幾頁，發現裏麵的文字信息量真的很大，每一句話都似乎蘊含著深刻的含義。雖然我不是學電的，但齣於好奇心，我還是試著去理解裏麵的內容。那些公式和圖錶看得我有點頭疼，不過，我能感受到作者在編寫這本書時付齣的心血。看得齣來，他們是在盡力將復雜的知識點解釋得清晰易懂。有時候，我會停下來，想象一下那些實驗室裏的場景，學生們穿著白大褂，在操作颱前專注地進行實驗，而這本書就是他們最得力的助手。我猜想，對於那些真正熱愛電子工程的學生來說，這本書一定能帶給他們無窮的啓迪和幫助，讓他們在探索電的奧秘時，少走彎路，多一份自信。這本書的排版也很舒服，字體大小適中，頁邊距也恰到好處，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。我喜歡這種沉甸甸的書，它不僅僅是一本工具書，更像是一位無聲的導師，靜靜地陪伴在讀者身邊，指引方嚮。