运动控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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綦慧，杨玉珍 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302219705

商品编码：29858178630

包装：平装

出版时间：2010-06-01

基本信息

书名：运动控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材)

定价：25.00元

作者：綦慧,杨玉珍

出版社：清华大学出版社

出版日期：2010-06-01

ISBN：9787302219705

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.499kg

编辑推荐

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内容提要

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本书以培养学生自主设计能力、综合实验能力、创新意识和创新能力为主导教学思想，不局限于某种实验装置。在具有可变直流电源（相控整流、PWM主电路）、交直交供电逆变电路等实验设施的基础上，以运算放大器等器件作为模拟量控制的载体，以DSP、工控机、PLC等作为数字控制的载体，构建各类实验系统。重点介绍实验原理、系统的设计实现方法和具体实验方法。
　　本书包括模拟控制和数字控制两部分。其中模拟控制实验系统主要是基于理论教学的原理性、验证性实验； 数字控制实验系统则以计算机为工具，引入先进的控制技术，拓展设计性、综合性实验。 模拟量控制系统中，重点介绍系统各环节特性的测试方法、开环与闭环系统的调试方法、系统稳态特性与动态特性的测试方法； 数字控制系统中详细介绍各类数字控制实验系统的实现原理，提供了数字控制的设计思路与方法，以此作为数字控制运动控制系统自主设计实验内容的参考与借鉴。
　　本书可作为普通高等院校自动化类专业本科生实验教学的教材，也可作为研究生及相关科研人员的参考书。

目录

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章　运动控制系统实验概述
　1.1　运动控制实验分类
　1.2　运动控制实验研究方法
　1.3　运动控制系统实验平台建设
　1.4　运动控制系统实验中的共性问题
第2章　直流调速系统各环节特性及参数测定
　2.1　实验目的
　2.2　实验原理
　　2.2.1　直流电动机原理及参数测定
　　2.2.2　电力电子变换器的工作参数测定
　　2.2.3　功率控制环节的工作特性测定
　2.3　实验内容
　2.4　实验器材
　2.5　实验方案及方法
　　2.5.1　直流电动机的参数及工作特性测定
　　2.5.2　功率主电路参数及工作特性测定
　　2.5.3　控制环节的工作特性测定
　2.6　实验报告
　2.7　注意事项
第3章　转速单闭环直流调速系统实验
　3.1　实验目的
　3.2　实验原理
　　3.2.1　转速单闭环直流调速系统的组成及工作原理
　　3.2.2　转速单闭环直流调速系统的特性
　　3.2.3　电流截止负反馈环节
　3.3　实验内容
　3.4　实验器材
　3.5　实验方案及方法
　　3.5.1　转速单闭环实验系统构建及单元环节测定
　　3.5.2　直流调速开环系统机械特性测定
　　3.5.3　转速单闭环直流调速系统静特性测定
　　3.5.4　电流截止负反馈环节整定与下垂特性测定
　　3.5.5　转速单闭环直流调速系统起动过程动态特性观测
　3.6　实验报告
　3.7　注意事项
第4章　转速、电流双闭环不可逆直流调速系统实验
　4.1　实验目的
　4.2　实验原理
　　4.2.1　转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理
　　4.2.2　双闭环直流调速系统的动态特性及性能指标
　　4.2.3　双闭环直流调速系统各调节器的工程设计
　4.3　实验内容
　4.4　实验器材
　4.5　实验方案及方法
　　4.5.1　双闭环直流调速系统的实验系统构建及单元环节测定
　　4.5.2　开环直流调速系统机械特性测定
　　4.5.3　转速、电流双闭环调速系统调试
　　4.5.4　转速、电流双闭环调速系统静特性测定
　　4.5.5　转速、电流双闭环调速系统动态特性测定
　4.6　实验报告
　4.7　注意事项
第5章　转速、电流双闭环直流脉宽可逆调速系统实验
　5.1　实验目的
　5.2　实验原理
　　5.2.1　转速、电流双闭环直流脉宽调速系统的组成及工作原理
　　5.2.2　可逆直流调速系统的工作特性
　5.3　实验内容
　5.4　实验器材
　5.5　实验方案及方法
　　5.5.1　单元环节测定
　　5.5.2　直流PWM开环调速系统机械特性测定
　　5.5.3　直流PWM调速系统闭环调试及可逆运行动态波形测试
　　5.5.4　直流PWM调速系统静特性测试
　5.6　实验报告
　5.7　注意事项
第6章　直流调速系统的数字仿真
第7章　直流调速系统的数字控制
第8章　转速开环异步电动机变压变频调速系统实验
第9章　异步电动机矢量控制系统实验
0章　异步电动机直接转矩控制变频调速系统实验
1章　永磁同步电动机自控变频调速系统实验
参考文献
附录

作者介绍

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文摘

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序言

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运动控制实验教程 (配光盘) 全国高等学校自动化专业系列教材 内容简介 本书是一本旨在为高校自动化专业学生提供全面、深入的运动控制实验学习体验的教材。本书结合理论教学与实践操作，通过一系列精心设计的实验，帮助学生理解和掌握运动控制系统的基本原理、关键技术和设计方法。全书内容结构清晰，循序渐进，从基础概念的引入，到复杂系统的构建与分析，层层递进，力求让学生在动手实践中夯实理论基础，提升工程实践能力。 核心特色与构成： 本书内容围绕着运动控制的核心要素展开，涵盖了从被控对象建模，到控制器设计、系统实现与调试等完整的实验流程。本书不仅提供了丰富的实验项目，更注重实验的系统性和前沿性，使学生能够接触到当前运动控制领域的热点技术和实际应用。 第一部分：基础运动控制实验 本部分旨在为学生打下坚实的运动控制基础。 实验一：直流电机/步进电机的建模与仿真。 目标： 理解电机作为典型的运动控制对象，掌握其动力学模型的建立方法。 内容： 介绍直流电机、步进电机的基本结构和工作原理，推导其电磁、机械耦合方程，构建简化的数学模型。利用 MATLAB/Simulink 等仿真软件，搭建电机仿真模型，观察其在不同输入下的响应特性（如速度、位置响应），并分析模型参数对系统动态性能的影响。学习使用实验数据进行参数辨识，验证模型准确性。 实践意义： 这是所有运动控制实验的起点。只有深入理解被控对象的特性，才能设计出有效的控制策略。 实验二：PID控制器设计与实现。 目标： 深入理解比例-积分-微分（PID）控制原理，掌握PID控制器的整定方法和工程实现。 内容： 详细阐述PID控制器的比例（P）、积分（I）、微分（D）分量的作用机理。介绍多种PID整定方法，如经验法（手动整定、Ziegler-Nichols法）、临界比例度法、衰减振荡法等。指导学生在仿真环境中，针对直流电机等被控对象，设计和整定PID控制器，实现对速度和位置的精确跟踪。重点讲解PID控制器在数字系统中的实现方式（离散化），以及比例、积分、微分环节的抗饱和、抗积分饱和等工程化改进措施。 实践意义： PID控制器是工业界最广泛应用的控制器之一，掌握其原理和调优技巧对实际工程应用至关重要。 实验三：脉冲宽度调制（PWM）技术在电机驱动中的应用。 目标： 理解PWM技术的工作原理，掌握其在控制电机转速和转矩中的应用。 内容： 介绍PWM信号的生成原理，以及其与被控对象（如电机）的接口电路（如H桥电路）。指导学生使用微控制器（MCU）编程生成不同占空比的PWM信号，并将其应用于驱动直流电机，观察电机转速的变化。学习如何通过调节PWM占空比来精确控制电机的平均电压，进而实现对电机速度的平滑调节。 实践意义： PWM是实现精确、高效电机调速的关键技术。 第二部分：高级运动控制实验 本部分将学生引入更复杂的运动控制理论和技术。 实验四：状态空间模型与全阶/降阶观测器设计。 目标： 理解状态空间描述的优点，掌握全阶和降阶状态观测器的设计原理与实现，用于估计不可测量的位置/速度。 内容： 介绍状态空间方程的表示形式，如何从物理模型推导状态空间方程。重点讲解状态观测器的作用：在只测量部分状态变量时，估计出所有状态变量。详细介绍全阶和降阶观测器的设计方法，包括Luenberger观测器。在仿真环境下，针对带噪声的系统，设计并实现观测器，观察其估计精度和收敛速度。 实践意义： 许多先进的控制算法需要系统的全部状态信息，观测器技术是获取这些信息的有效手段。 实验五：状态反馈控制与极点配置。 目标： 掌握状态反馈控制器的设计原理，实现极点配置，以达到期望的系统性能。 内容： 介绍状态反馈控制器的基本结构，即 $u = -Kx$。讲解如何通过极点配置（Pole Placement）方法，根据期望的系统性能指标（如响应速度、阻尼比），确定状态反馈增益矩阵 $K$。在仿真环境中，设计并实现基于状态反馈的控制器，观察系统在不同极点配置下的响应变化。 实践意义： 状态反馈控制是设计高性能控制器和分析系统稳定性的有力工具。 实验六：模型预测控制（MPC）基础实验。 目标： 学习模型预测控制的基本思想，理解其滚动优化和预测控制的原理。 内容： 介绍MPC的核心概念：利用系统模型预测未来一段时间内的系统行为，并在每个采样时刻求解一个优化问题，仅将当前时刻的最优控制量施加到系统上，然后重复此过程。本实验将主要聚焦于线性MPC，通过一个简单的二阶系统（如二自由度平台），演示MPC的预测和优化过程。使用MATLAB/Simulink中的MPC工具箱，进行MPC控制器的设计和仿真。 实践意义： MPC是一种先进的控制策略，在约束处理、多变量控制方面具有显著优势，在航空航天、过程控制等领域应用广泛。 第三部分：系统集成与应用实验 本部分将前面学到的知识融会贯通，并引入实际应用中的考量。 实验七：伺服系统设计与调试。 目标： 综合运用PID、状态反馈、观测器等技术，设计和调试一个完整的伺服系统，实现高精度位置或速度跟踪。 内容： 以一个典型的伺服电机或执行机构为被控对象，要求学生完成从模型建立、控制器设计到实际硬件实现的全过程。实验将指导学生进行系统辨识，选择合适的控制器结构（如PID，或更高级的如状态反馈+观测器），并利用实际的运动控制硬件平台（如基于DSP或ARM的控制器，配合电机驱动器和编码器）进行调试。重点关注系统的抗干扰能力、动态性能和稳定性。 实践意义： 伺服系统是运动控制的核心应用之一，本实验将训练学生将理论知识转化为实际工程解决方案的能力。 实验八：多轴同步运动控制基础。 目标： 理解多轴同步运动的基本概念，学习实现简单的直线插补和圆弧插补。 内容： 介绍多轴运动控制的挑战，如轴之间的协调和同步。本实验将以两个或多个坐标轴的联动为基础，讲解直线插补（从一点到另一点的直线运动）和圆弧插补（沿圆弧轨迹运动）的原理。学生将学习如何根据运动轨迹规划算法，生成各轴的运动指令。在仿真或实际的PLC（可编程逻辑控制器）/运动控制器平台上，实现简单的多轴同步运动。 实践意义： 工业机器人、数控机床等都依赖于先进的多轴同步控制技术。 实验九：运动控制系统中的滤波与抗干扰技术。 目标： 学习在实际运动控制系统中，如何处理噪声和干扰，保证系统稳定可靠运行。 内容： 介绍传感器噪声、执行器不确定性、外部干扰等对运动控制系统性能的影响。讲解常用的滤波技术，如低通滤波、中值滤波，以及卡尔曼滤波在状态估计中的应用。指导学生在实验中，对传感器信号进行滤波处理，观察滤波效果，并分析不同滤波参数对系统响应的影响。 实践意义： 实际工程中，系统往往不是理想的，抗干扰和滤波是保证系统鲁棒性的重要环节。 配套光盘内容： 随书提供的光盘中，包含了丰富的辅助资源，以支持学生的实验学习。主要内容包括： 仿真软件模型： 预先搭建好的 MATLAB/Simulink 仿真模型，覆盖书中大部分实验项目，学生可以直接运行、修改和分析，加速学习进程。 源代码： 为部分实验项目提供的微控制器（如STM32、Arduino等）或PLC控制系统的 C/C++、Ladder Diagram 源代码，方便学生在实际硬件上移植和应用。 实验数据： 真实或模拟的实验数据，用于模型参数辨识、控制器性能评估等。 相关技术文档与参考资料： 详细的器件手册、应用笔记、相关算法的原理说明等，为学生提供更深入的学习资源。 实验指导书视频（可选）： 对部分关键实验步骤或原理进行视频演示，直观易懂。 适用对象： 本书适用于高等院校自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、机器人工程等相关专业的本科生和研究生。同时，也适合从事运动控制系统研发、调试和维护的工程技术人员参考。 学习目标： 通过本书的学习，学生将能够： 1. 掌握运动控制系统基本组成、工作原理及数学建模方法。 2. 熟练设计和实现PID控制器，并掌握其整定技巧。 3. 理解状态空间方法和观测器理论，并能应用于实际系统。 4. 掌握状态反馈控制器的设计方法，实现极点配置。 5. 初步了解模型预测控制等先进控制策略。 6. 具备设计、实现和调试简单运动控制系统的工程实践能力。 7. 理解多轴同步控制和抗干扰技术在实际应用中的重要性。 8. 学会利用仿真工具和实际硬件平台进行运动控制实验。 本书旨在培养学生的理论深度、实践能力和工程素养，为他们在未来从事自动化及相关领域的研发和应用打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

收到这本《运动控制实验教程》后，我简直沉浸在了知识的海洋里！作为一个对自动化工程充满热情的研究生，我一直在寻找一本既有深度又不失实用性的教材，而这本书恰好满足了我的所有期望。书中对运动控制系统的建模、分析和设计进行了详尽的阐述，从基础的传递函数到复杂的现代控制理论，都讲解得鞭辟入里。我尤其喜欢书中关于状态空间法的讲解，它提供了一种更系统化的方法来理解和设计复杂的运动控制系统。实验部分的设计更是亮点，每一个实验都紧密结合了理论知识，并且提供了详细的步骤和注意事项，让我能够一步步地完成操作，并深刻理解背后的原理。我印象最深的是关于模糊PID控制的实验，通过实际操作，我不仅理解了模糊控制的优势，还学会了如何构建模糊规则和隶属度函数，这对我后续的研究项目大有帮助。此外，书中还穿插了一些实际应用案例，例如工业机器人、数控机床等，这些案例让我能够将书本知识与实际工程应用联系起来，对运动控制技术在工业生产中的重要性有了更深刻的认识。全书的语言风格严谨而不失流畅，图文并茂，非常适合我们这类需要扎实理论基础和丰富实践经验的学习者。

评分☆☆☆☆☆

当我开始阅读《运动控制实验教程》时，我被书中内容的深度和广度所震撼。它不仅仅是一本入门教材，更是一本能够伴随我整个学习生涯的参考书。书中对运动控制系统的基本原理进行了详尽的阐述，从动力学建模到系统稳定性分析，都覆盖得非常全面。让我特别受益的是书中关于“状态观测器”的章节，它提供了一种有效的方法来估计系统状态，这对于设计高性能的运动控制系统至关重要。实验部分的设计更是可圈可点，每一个实验都紧密结合了理论知识，并且提供了详细的硬件配置和软件编程指导。我记得在进行“最优控制”实验时，书中详细的步骤和解释，让我能够成功地设计并实现了一个能够最小化系统能量消耗的控制器。这本书不仅传授了知识，更重要的是培养了我的独立思考和解决问题的能力。它就像一位睿智的导师，总能在我遇到困难时给予我启发。

评分☆☆☆☆☆

这本《运动控制实验教程》真是名副其实，它就像一个宝藏，为我打开了运动控制世界的大门。我一直对机器人和自动化技术很感兴趣，但苦于缺乏实践经验，总是觉得理论知识难以落地。这本书的出现，恰好弥补了我的这一遗憾。书中不仅有扎实的理论基础，更重要的是提供了大量的实践指导。从基础的电机驱动到复杂的伺服系统调试，每一个环节都讲解得非常到位。我尤其欣赏书中关于模糊神经网络控制的章节，它将模糊逻辑和神经网络的优势结合起来，提供了一种非常强大的控制策略。书中提供的实验代码清晰易懂，让我能够快速地进行调试和修改。通过亲自动手实践，我不仅加深了对理论知识的理解，还学会了如何解决实际工程中遇到的各种问题。这本书不仅仅是一本教材，更像是一个实践指南，它帮助我将抽象的理论知识转化为具体的工程技能。它让我对运动控制的应用前景有了更深刻的认识，也激发了我继续深入学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始拿到这本《运动控制实验教程》时，我并没有抱太高的期望，毕竟市面上关于运动控制的书籍并不少。然而，当我翻开它，并开始深入阅读后，我被它严谨的学术风格和细致的实验指导深深吸引了。这本书不仅仅是理论的堆砌，更像是一位经验丰富的导师，手把手地教你如何驾驭运动控制的这片广阔天地。它从基础的信号处理和系统辨识开始，逐步深入到各种先进的控制算法，比如模型预测控制、自适应控制等。让我惊喜的是，书中对于这些复杂理论的讲解，并没有显得过于晦涩难懂，而是通过大量的图示和实例，将抽象的概念具象化。特别是在实验环节，每一项实验都配备了详细的硬件平台介绍、软件编程指导以及结果分析方法，这对于初学者来说无疑是一份宝贵的财富。我曾经尝试过自己搭建一个闭环控制系统，但由于缺乏系统性的指导，走了不少弯路。而这本书提供的实验指导，让我能够清晰地理解每个环节的作用，并有效地解决遇到的问题。书中提供的实验代码也写得非常规范，便于我理解和修改。我认为这本书的价值不仅仅在于其内容本身，更在于它能够激发读者对运动控制领域持续学习和探索的热情。

评分☆☆☆☆☆

对于想要进入运动控制领域进行深入学习的同学来说，这本《运动控制实验教程》绝对是不可或缺的一本读物。它不仅仅提供了扎实的理论基础，更重要的是，它将理论与实践紧密结合，让抽象的概念变得生动起来。书中从最基本的电机的动力学模型入手，逐步深入到各种复杂的控制算法，如PID、模糊控制、神经网络控制，甚至还涉及到了模型预测控制和自适应控制等前沿技术。让我印象深刻的是，书中对于每一种控制算法的推导都非常详细，并且提供了大量的图示和表格来帮助理解。而实验部分更是这本书的精髓所在，它提供了多个精心设计的实验项目，涵盖了从简单的位置控制到复杂的力矩控制。我记得我在完成一个关于“伺服系统参数整定”的实验时，书中提供的详细步骤和注意事项，让我能够快速地找到最佳的控制参数，从而让我的系统运行得更加平稳和精确。这本书就像一位经验丰富的老师，它不仅教会了我“是什么”，更教会了我“怎么做”，让我能够将所学知识转化为实际的工程技能，为我未来的学习和职业发展打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书《运动控制实验教程》的出现，对于我这样正在攻读运动控制方向硕士学位的学生来说，无疑是如获至宝。它不仅仅是理论知识的罗列，更是一本能够指导我进行实际工程操作的宝典。书中对运动控制系统的建模、仿真和设计进行了深入的探讨，从最基础的数学模型建立，到高级的鲁棒控制和最优控制理论，都有详尽的阐述。我尤其欣赏书中对于“卡尔曼滤波”在运动控制中的应用讲解，它提供了一种高效的状态估计方法，对于提高系统的精度和稳定性至关重要。实验部分的设计更是亮点，每一个实验都精心设计，并提供了详细的硬件连接图、程序代码以及结果分析方法。我记得在进行“轨迹规划”实验时，书中提供的各种轨迹生成算法，让我能够直观地理解不同算法的特点，并成功地实现了一条平滑的运动轨迹。这本书不仅提升了我的理论水平，更重要的是培养了我独立解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名希望在自动化领域深耕的本科生，我一直在寻找一本能够帮助我建立扎实运动控制基础的教材。而这本《运动控制实验教程》恰好达到了我的期望。书中从最基本的概念讲起，比如信号与系统、反馈控制理论等，然后逐步深入到各种具体的运动控制技术，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。我尤其欣赏书中关于“模型预测控制”的讲解，它提供了一种强大的在线优化控制策略，能够应对复杂的动态系统。实验部分的设计更是这本书的亮点，它提供了多种实验案例，让我能够通过亲手实践来巩固理论知识。我记得我在完成一个关于“自适应模糊PID控制”的实验时，书中详细的步骤和解释，让我能够理解自适应控制的原理，并成功地构建了一个能够应对系统参数变化的控制器。这本书不仅传授了知识，更重要的是培养了我独立解决问题的能力，让我能够将所学知识应用到实际工程中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容涵盖了运动控制领域的基础理论和实验操作，对于我这样想要深入了解自动化和机器人技术的学生来说，简直是及时雨。从最基本的电机控制原理，到伺服系统、步进电机等具体执行机构的详细介绍，书中都循序渐进地展开。特别是实验部分，书中提供的代码和硬件连接图都非常清晰，让我在动手实践时少走了很多弯路。我记得第一次尝试搭建一个简单的位置控制系统时，书中关于PID参数整定部分的讲解给了我很大的启发，让我能够根据实际情况调整参数，最终实现了预期的控制效果。而且，书中的案例分析也很有针对性，能够帮助我理解如何在实际工程中应用这些运动控制技术。我尤其欣赏书中对于不同类型电机优缺点的对比分析，这让我对各种执行机构有了更全面的认识，也为我未来选择合适的硬件提供了宝贵的参考。总而言之，这本书不仅教授了理论知识，更重要的是提供了大量的实践指导，让我能够将所学知识转化为实际操作能力，这对于我的学习和未来的职业发展都大有裨益。书中还涉及到一些高级的运动控制策略，例如轨迹规划和模糊控制等，虽然有些部分我还未能完全掌握，但它无疑为我打开了一扇通往更广阔运动控制领域的大门，激发了我进一步探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触运动控制领域的学生，我一直觉得这方面的知识非常抽象和难以入手。但是，当我拿到这本《运动控制实验教程》后，我的看法发生了巨大的改变。这本书的编排非常合理，从最基本的概念讲起，一步步深入到复杂的控制算法和系统设计。我特别喜欢书中关于电机模型和运动学分析的部分，这些基础知识的讲解非常透彻，让我能够理解运动控制系统的底层逻辑。实验部分更是这本书的一大亮点，它提供了多种实验案例，涵盖了从简单的开环控制到复杂的自适应控制。每个实验都配有详细的硬件连接图、程序代码和实验步骤，让我能够轻松地进行实践操作。我记得我在完成第一个关于模糊逻辑控制器的实验时，书中提供的详细指导让我能够快速理解模糊逻辑的原理，并成功地构建了一个能够稳定控制电机速度的控制器。这本书不仅仅是教授知识，更重要的是培养解决问题的能力，让我能够独立思考和动手实践。它就像一位耐心细致的老师，总能在关键时刻给予我指引。

评分☆☆☆☆☆

我是一名软件工程师，最近因为工作需要开始接触运动控制领域。之前我对这个领域一无所知，感到非常迷茫。偶然的机会，我发现了这本《运动控制实验教程》，抱着试试看的心态购买了。没想到，这本书给了我巨大的惊喜！书中从基础的数学建模开始，逐步深入到各种控制算法的原理和实现。让我印象深刻的是，书中对于各种数学公式的推导都非常清晰，并且提供了大量的图示来帮助理解。我尤其喜欢书中关于数字PID控制的讲解，它不仅解释了PID的原理，还提供了实际的代码实现，让我能够快速地将理论知识应用到实际的开发中。实验部分的设计也非常贴心，提供了完整的实验框架和详细的操作指南，让我能够在一个模拟的环境中进行大量的实验，从而加深对运动控制原理的理解。我曾经尝试过自己编写一些控制算法，但总是遇到各种问题。这本书就像一位经验丰富的导师，它教会了我如何系统地分析问题，如何有效地设计和调试控制系统。它让我对运动控制这个领域有了更深刻的认识，也让我更有信心去应对未来的挑战。