伺服系统设计指导

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出版者:第1版 (2002年6月1日)
作者:金钰
出品人:
页数:262
译者:
出版时间:2002-6
价格:25.5
装帧:平装
isbn号码:9787810456586
丛书系列:
图书标签:
  • 伺服系统
  • 运动控制
  • 自动化
  • 电机控制
  • 控制工程
  • 嵌入式系统
  • 机械设计
  • 电气工程
  • 工业控制
  • 机器人学
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具体描述

本教材为电气伺服系统设计的指导教材。  本教材内容分两大部分:连续伺服系统设计和数字伺服系统设计。连续伺服系统设计包括连续伺服系统执行元件、检测元件的选择,静、动态设计计算及功率放大器的设计计算。数字伺服系统的设计包括数字控制器的硬软件设计,数字伺服系统轴-角表示、检测以及轴角-数字变换器的应用等。根据编著者教学和科研实践,第7章用实例说明了连续伺服系统和数字伺服系统的设计。由于控制规律的复杂和高速、高性能控制的需要,本教材最后介绍了TMS320C24xDSP控制器。  本教材适用于自动控制专业,工业自动化专业,机-电一体化的大学生应用,也适用于从事自动控制工程的教学人员和科技人员设计伺服系统和自动控制系统时参考。

《智能制造中的自动化控制理论与实践》 本书深入探讨了在快速发展的智能制造时代,自动化控制系统在提升生产效率、优化资源配置、实现柔性化生产方面的核心作用。全书以理论为基石,以实践为导向,为读者构建一个全面而系统的自动化控制知识体系。 核心内容概览: 第一部分:现代自动化控制理论基础 PID 控制的精进与创新: 详细解析了传统PID控制的原理、调优方法及其在工业现场的应用。在此基础上,本书引入了自适应PID、模糊PID、模型预测控制(MPC)等先进的PID控制策略,阐述了它们如何克服传统PID的局限性,实现更精确、更鲁棒的控制。特别地,将结合大量案例,展示这些策略在电机速度控制、温度控制、压力控制等具体场景下的优异表现。 状态空间方法与现代控制理论: 深入剖析了状态空间表示法的数学框架,包括可控性、可观测性分析,以及线性二次调节器(LQR)、卡尔曼滤波等状态反馈控制器的设计原理。本书将重点介绍这些方法如何应用于复杂多变量系统的建模与控制,例如机器人手臂的轨迹规划与精确控制、无人机的飞行姿态稳定等,强调其在系统优化与状态估计方面的强大能力。 先进控制策略的理论前沿: 涵盖了模型预测控制(MPC)的滚动优化原理、约束处理能力及其在工业过程控制中的广泛应用。同时,深入探讨了自适应控制、鲁棒控制、滑模控制等高性能控制算法,并分析了它们在应对系统不确定性、外部扰动以及非线性特性时的优势。 第二部分:智能制造中的关键应用技术 机器人与运动控制: 详细讲解了工业机器人(如SCARA、Delta、六轴关节机器人)的运动学(正逆解)、动力学建模以及路径规划算法。重点关注机器人伺服驱动系统的设计要点,包括电机选型、编码器反馈、驱动器参数配置等,并结合实际应用,演示如何通过精确的运动控制实现高精度装配、焊接、搬运等任务。 数控(CNC)系统原理与集成: 剖析了数控系统的基本架构,包括CNC控制器、伺服驱动单元、编码器反馈和机床本体的协同工作机制。本书将深入讲解G代码和M代码的解析与执行流程,以及数控插补算法(直线、圆弧、螺旋插补)的原理。同时,探讨如何将先进的控制算法集成到CNC系统中,以实现更复杂的加工路径、更高的加工精度和更好的表面质量。 柔性制造单元(FMS)的协调控制: 阐述了柔性制造单元的概念、组成要素以及其在现代制造业中的重要性。重点分析了FMS中不同设备(如机器人、数控机床、AGV)之间的协同工作机制和通信协议,以及如何通过集中的或分布式的控制策略实现生产流程的自动化调度与优化。 工业物联网(IIoT)与数据驱动控制: 探讨了IIoT技术如何赋能自动化控制系统,实现设备互联、数据采集与分析。重点介绍如何利用传感器网络、边缘计算和云计算平台,构建智能化的监控与诊断系统。本书将深入讲解如何将机器学习、深度学习等AI技术应用于预测性维护、故障诊断和自适应参数调整,实现“数据驱动”的智能控制。 第三部分:系统设计与工程实践 自动化系统架构设计: 提供了不同层级自动化系统(从现场控制层到企业管理层)的典型架构设计方案,包括PLC、DCS、SCADA系统的集成策略。强调了系统可靠性、可扩展性和安全性在设计过程中的重要性。 硬件选型与接口设计: 提供了详尽的传感器(编码器、力传感器、视觉传感器等)、执行器(伺服电机、步进电机、液压/气动元件)、控制器(PLC、嵌入式系统)的选型指南,并详细讲解了各种硬件接口(如EtherNet/IP, PROFINET, CANopen, RS485)的配置与通信协议。 软件开发与调试技巧: 介绍自动化控制系统软件开发的基本流程,包括需求分析、系统建模、算法实现、仿真验证和现场调试。分享了多种调试方法和工具(如示波器、逻辑分析仪、仿真软件),帮助读者快速定位和解决系统中的问题。 系统集成与项目管理: 探讨了自动化项目从规划、设计、实施到验收的全过程管理,包括风险评估、进度控制、质量保证等关键环节。强调了跨部门协作和供应商管理在项目成功中的作用。 本书力求为读者提供一种从理论到实践的完整视角,帮助他们理解和掌握现代自动化控制技术的核心,从而在智能制造领域的设计、开发和应用中取得成功。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本《伺服系统设计指导》给我带来的最大惊喜在于其对调试和优化过程的细致描绘。通常,书籍在理论推导之后便会一笔带过实际操作的细节,但这本书却将大量的篇幅投入到如何将理论转化为实际的工程实践中。作者以一种非常实用的视角,讲解了在实际伺服系统调试过程中可能遇到的各种问题,以及相应的解决策略。从初步的参数整定,到如何利用示波器、频谱分析仪等工具来诊断系统性能,再到如何根据实验结果不断调整和优化控制器,书中都提供了非常详尽的步骤和建议。我尤其关注了其中关于“共振抑制”的部分,书中不仅解释了共振产生的物理原因,还给出了多种有效的抑制方法,例如调整控制器带宽、加入陷波滤波器等。这些方法在我调试一个带有机械臂的伺服系统时发挥了关键作用,成功消除了困扰已久的系统振荡。另外,书中对不同控制策略(如PID、PI-D、状态空间控制等)在不同工况下的适用性和优缺点进行了深入的比较分析,这使得我在选择最适合我应用场景的控制器时,能够做出更明智的决策。这本书的价值在于它真正地 bridging the gap between theory and practice。

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这本书在处理伺服系统中的“鲁棒性”和“抗干扰”问题方面,表现得尤为出色。它认识到在实际应用中,伺服系统常常会受到各种外部扰动的影响,例如机械振动、电磁干扰、传感器噪声等。作者并没有回避这些问题,而是提供了多种有效的解决方案。我尤其关注了书中关于“H-无穷控制”和“滑模控制”的章节,这些先进的控制理论能够为伺服系统提供良好的鲁棒性,使其在面对不确定性和扰动时依然能够保持稳定的性能。在我调试一个用于航空领域的伺服系统时,系统需要应对飞机在飞行过程中遇到的各种复杂环境和动态变化。书中关于“滑模控制”的介绍,为我提供了一种能够有效抑制扰动并实现快速响应的控制策略,显著提升了系统的可靠性。此外,书中对“抗饱和控制”的讨论,也为我解决了一个常见的工程问题。当伺服系统中的执行器(如电机)达到其最大输出能力时,控制器可能会进入饱和状态,导致控制性能下降。书中介绍的“抗饱和控制”技术,能够有效地避免或减轻这种饱和效应,保持系统的性能。这本书对于需要设计在恶劣环境中工作的伺服系统的工程师来说,是不可或缺的参考。

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不得不说,这本书对于伺服系统中的“仿真与验证”环节给予了足够的重视。作者强调了在实际硬件实现之前,通过仿真来验证控制算法的有效性和性能的重要性。书中提供了大量关于如何使用MATLAB/Simulink等仿真工具来搭建伺服系统模型的详细指导,以及如何进行各种场景的仿真分析。我尤其受益于书中关于“参数整定”和“灵敏度分析”的仿真示例,这些能够帮助我理解不同参数对系统性能的影响,并找到最优的参数组合。在我开发一个高性能伺服驱动器时,需要对PID控制器、前馈控制器以及速度观测器的参数进行精确整定,以满足极高的动态响应要求。书中提供的仿真流程和分析方法,让我能够快速迭代并找到最佳的参数配置,大大缩短了开发周期。此外,书中对“蒙特卡洛仿真”在评估系统性能和可靠性方面的应用也进行了介绍,这为我提供了一种更全面地评估系统在各种不确定性条件下的表现的方法。这本书不仅仅是理论知识的传授,更是对工程实践的系统引导。

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这本书绝对是为那些渴望在复杂且动态的控制世界中构建可靠、高效伺服系统的人量身打造的。当我第一次翻开它时,就被其直观且系统化的方法所吸引。作者并没有简单地罗列公式或算法,而是深入剖析了伺服系统设计背后 the *why* and the *how*。从基础的电机模型到复杂的控制器设计,每一章都循序渐进,确保读者能够逐步建立起扎实的理论基础。我尤其欣赏其中关于模型辨识的章节,它清晰地阐述了如何在实际应用中获取准确的系统模型,这对于后续的控制器设计至关重要。书中提供的许多案例研究,涵盖了从工业自动化到机器人技术等多个领域,这些真实的场景让抽象的概念变得鲜活起来。例如,在处理高动态响应时,书中详细介绍了如何通过优化PID参数、引入前馈控制等手段来提升系统的瞬态性能,这对于我正在进行的某个精密运动控制项目提供了宝贵的指导。此外,对噪声抑制和鲁棒性设计的深入探讨,也让我对如何构建在不确定环境中稳定工作的伺服系统有了更深刻的认识。总而言之,这是一本值得反复阅读的工具书,无论你是初学者还是有一定经验的工程师,都能从中获益匪浅。

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这是一本真正能够启发思考的书,它不仅仅是提供解决方案,更重要的是引导读者去理解伺服系统设计背后的原理和哲学。作者并没有直接给出“最优”的答案,而是鼓励读者去探索、去尝试。书中大量运用了仿真分析和实验验证相结合的方式,这使得读者在学习过程中,能够通过对仿真结果和实际数据的对比,加深对理论知识的理解。我非常欣赏书中关于“系统辨识”和“模型预测控制”的章节,它们不仅介绍了相关的理论,还提供了具体的仿真示例,让我能够亲手实现并验证这些先进的控制方法。例如,书中对于如何使用最小二乘法进行系统辨识的讲解,非常直观易懂,并提供了Python代码片段,让我能够快速上手。在我处理一个需要精确轨迹跟踪的机器人手臂控制问题时,传统PID控制在面对复杂的非线性关节耦合时显得力不从心。而书中关于“模型预测控制(MPC)”的介绍,为我打开了新的思路,通过考虑系统的未来行为并进行优化,MPC能够有效地处理多变量耦合和约束条件,从而实现更平滑、更精确的轨迹跟踪。此外,书中关于“鲁棒控制”的讨论,也让我意识到在实际应用中,我们必须考虑各种未建模动态和外部扰动,并设计出能够容忍这些不确定性的控制器,这对于保证系统的可靠性和稳定性至关重要。

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这本书的结构设计非常精巧,逻辑清晰,使得读者能够循序渐进地掌握伺服系统设计的核心要点。从最基础的直流电机模型开始,到交流电机,再到更复杂的伺服电机,每一类电机的特性和控制方法都得到了详尽的介绍。作者并没有停留在理论层面,而是深入到实际应用中,分析了不同类型伺服系统在具体应用场景中的优势和劣势。我尤其赞赏书中关于“位置环、速度环、电流环”三环控制的详细讲解,以及如何进行这些环路的协调设计,以达到最佳的整体性能。在调试一个需要高精度定位的激光切割机伺服系统时,我遇到了由于电机内阻和电感引起的电流环响应滞后问题。书中提供的关于“电流环补偿”的章节,详细介绍了如何通过调整前馈增益和比例增益来改善电流环的动态响应,这对我解决这个问题起到了决定性的作用。此外,书中对“前馈控制”在提升伺服系统跟踪性能方面的作用的阐述,也让我认识到仅仅依靠反馈控制是不够的,还需要结合对期望轨迹的预测来实现更快的响应和更低的跟踪误差。书中提供的案例,例如在工业机器人关节控制中的应用,更是让这些抽象的理论概念变得生动而具体,我从中学习到了如何根据实际的运动指令来优化伺服系统的整体表现。

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这本书以一种非常系统和深入的方式,探讨了伺服系统设计的各个环节,为读者提供了一个完整的知识框架。作者的写作风格非常严谨,但又不失清晰易懂。他善于将复杂的数学概念用直观的语言和图示来解释,使得读者能够更容易地理解。我非常欣赏书中关于“多轴同步控制”的章节,这在现代自动化生产中非常常见,例如数控机床、焊接机器人等。书中详细讲解了如何处理多轴之间的耦合和协调,以及如何设计相应的同步控制器来确保各轴之间的精确运动。在我参与的一个多轴联动加工中心项目中,如何实现各轴之间的平滑衔接和高精度协同一直是难题。书中提供的关于“插值算法”和“运动规划”的讲解,为我提供了有效解决这些问题的思路和方法,使得加工中心的整体加工精度和效率得到了显著提升。此外,书中关于“硬件选型”和“接口设计”的建议,也为初学者提供了非常宝贵的实践指导,让我了解到在实际工程中,不仅要关注控制算法,还要重视硬件的匹配和接口的规范性。这本书的价值在于它能够帮助读者构建起完整的伺服系统设计知识体系。

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在我看来,这本书最突出的优点之一是它对于伺服系统中的非线性因素处理的深度分析。在很多入门级的控制理论书籍中,我们通常会接触到线性的系统模型和控制器设计方法,然而在实际的伺服系统中,诸如摩擦、饱和、死区等非线性现象是普遍存在的,并且对系统性能有着显著的影响。这本书则毫不避讳地探讨了这些非线性特性,并提供了有效的处理策略。例如,书中详细介绍了几种常用的摩擦模型(如库仑摩擦、粘滞摩擦、查普曼摩擦),以及如何将它们纳入模型辨识和控制器设计中。我特别受益于关于“变增益PID”和“自适应控制”的章节,这些高级控制技术能够有效地补偿系统中的非线性,从而在更宽的运行范围内实现优异的性能。我曾经在一个高速电机伺服项目中遇到过由于电机饱和效应导致的性能下降问题,而书中关于“增益调度”的讨论,为我提供了一个非常有效的解决方案,即根据工作点动态调整控制器的增益,从而保持了良好的动态响应。此外,书中对“零极点配置”在提升伺服系统性能方面作用的阐述,也让我对如何精细调整控制器传递函数有了更清晰的认识,能够更好地满足特定的性能指标要求,如上升时间、超调量、稳态误差等。

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作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的工程师,我深知一本好的技术书籍能够极大地提升工作效率和解决问题的能力。这本书绝对属于后者。它所涵盖的内容非常全面,从伺服系统的基本原理、电机模型、传感器选择,到各种先进的控制器设计方法,以及实际的调试和优化技巧,无一不包含其中。我特别喜欢书中关于“状态观测器”的设计与应用部分,这对于在无法直接测量所有状态变量的情况下,依然能够估计系统状态并实现状态反馈控制提供了有效的解决方案。在我参与的一个无人机飞行控制系统中,由于陀螺仪和加速度计存在噪声和漂移,直接使用这些测量值作为状态变量会导致控制不稳定。书中关于“卡尔曼滤波”的详细介绍,为我实现了一个准确的状态观测器,从而显著提升了系统的稳定性和精度。另外,书中关于“模型故障诊断”的讨论,也让我受益匪浅,它揭示了在实际运行中,系统模型可能因为各种原因(如传感器损坏、机械磨损)而发生变化,而有效的故障诊断技术能够及时发现这些问题,避免系统发生灾难性故障。这本书的实用性体现在它不仅教你如何设计,更教你如何应对实际工程中出现的各种挑战。

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这本书为我打开了理解伺服系统设计的一扇新视角。它不仅仅是一本技术手册,更像是一本充满智慧的向导,带领我穿越复杂而迷人的伺服控制世界。作者的洞察力体现在他对伺服系统设计过程中“权衡”的深刻理解。例如,在追求快速响应的同时,往往需要牺牲一定的稳态精度;而要实现高精度,又可能需要付出更大的计算资源和更复杂的控制策略。书中通过大量的实例分析,展示了如何在这些相互制约的因素之间找到最佳的平衡点。我印象深刻的是书中对“频率响应分析”的详细阐述,它不仅讲解了如何通过伯德图、奈奎斯特图等工具来分析系统的稳定性和动态性能,还如何利用这些分析结果来指导控制器的设计,例如选择合适的截止频率和相裕度。在我调试一个需要同时满足高带宽和低噪声要求的精密伺服系统时,频率响应分析成为了我最重要的工具,它帮助我有效地避开了潜在的稳定性问题,并实现了理想的性能指标。此外,书中对“模型不确定性”的处理,也让我看到了如何在实际应用中,将理论上完美的模型转化为能够在复杂现实环境中稳定工作的系统。总而言之,这是一本能够提升你对伺服系统“感知”的宝贵书籍。

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