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出版者:北京大学

作者:张鹤鸣

出品人:

页数:364

译者:

出版时间:2007-2

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787301116005

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业控制
• 自动化
• 电气工程
• 技术教程
• 原理与应用
• 编程
• 传感器
• 执行器

机械臂的运动控制系统设计与实现 本书聚焦于现代工业自动化领域的核心技术——机械臂的运动控制系统。随着智能制造的飞速发展，高精度、高效率的机械臂在生产线上的应用日益广泛，其运动控制系统的设计与实现成为推动行业进步的关键。本书旨在为读者提供一个全面而深入的机械臂运动控制理论框架和实践指导。 第一章 机械臂运动学基础 本章将首先介绍机械臂的基本结构和自由度概念，为后续章节奠定基础。随后，我们将深入探讨正运动学和逆运动学的理论。正运动学旨在根据机械臂各关节的角度，计算出末端执行器的位置和姿态；而逆运动学则相反，即根据期望的末端执行器位姿，求解出各关节所需的角度。我们将详细阐述几种常用的运动学解算方法，如代数法、几何法和数值法，并分析它们的优缺点及适用场景。此外，本章还将涵盖雅可比矩阵的概念及其在速度和力学分析中的应用，帮助读者理解机械臂的动力学特性。 第二章 机械臂动力学建模 深入理解机械臂的动力学特性对于设计精确的控制算法至关重要。本章将重点介绍机械臂的动力学建模方法。我们将首先回顾牛顿-欧拉法和拉格朗日法这两种经典的建模技术，并详细推导它们的方程，包括惯性力、科里奥利力和离心力、重力等项。通过实例，我们将展示如何构建不同自由度机械臂的动力学模型。此外，本章还将讨论模型简化技术，例如忽略小项或进行线性化处理，以适应不同的计算需求。最后，我们将简要介绍模型辨识的概念，即如何通过实验数据来优化和修正理论模型。 第三章 传统PID控制策略 比例-积分-微分（PID）控制器作为一种经典而强大的控制算法，在机械臂的运动控制中扮演着至关重要的角色。本章将对PID控制的原理进行详尽的阐述，包括比例（P）作用对误差的即时响应，积分（I）作用对稳态误差的消除，以及微分（D）作用对系统超调的抑制。我们将详细讲解PID参数的整定方法，如Ziegler-Nichols方法、步进响应法等，并分析不同参数组合对系统性能的影响。通过仿真和实际案例，我们将展示如何针对机械臂的关节控制设计和应用PID控制器，并探讨其在抗干扰和鲁棒性方面的表现。 第四章 进阶运动控制算法 除了传统的PID控制，本章将深入介绍更先进的机械臂运动控制算法，以实现更优越的性能。我们将重点讲解以下几种算法： 前馈补偿控制： 结合机械臂的动力学模型，通过前馈信号来预测和抵消扰动的影响，从而提高系统的响应速度和精度。 自适应控制： 当机械臂的动力学参数发生变化时，自适应控制器能够实时调整控制参数，保持系统的稳定性和性能。我们将介绍模型参考自适应控制（MRAC）和自整定控制等方法。 滑模变结构控制： 利用系统的状态信息，通过切换控制律，使系统轨迹快速收敛到预设的滑模面，具有良好的鲁棒性和快速响应能力。 模糊逻辑控制： 基于模糊规则的智能控制方法，能够处理非线性系统和不确定性，适用于难以精确建模的场合。 神经网络控制： 利用神经网络的强大学习能力，可以构建复杂的控制律，实现高精度的轨迹跟踪和定位。 我们将结合机械臂的具体应用场景，分析这些进阶算法的适用性、实现难点以及性能优势。 第五章 轨迹规划与插值 高效且平滑的轨迹规划是机械臂实现精确运动的基础。本章将详细介绍各种轨迹规划方法，旨在生成满足特定约束条件的运动路径。我们将从基本的点对点轨迹生成开始，涵盖直线插值、圆弧插值等简单方法。随后，我们将深入讲解更复杂的轨迹规划技术，如： 多项式插值： 利用三次或更高次多项式，生成平滑的关节轨迹，保证速度和加速度的连续性，从而减少振动和冲击。 S型曲线规划： 通过平滑的加减速过程，优化机械臂的运动特性，实现更柔和的起停和更低的能耗。 障碍物避让： 介绍在动态环境中，机械臂如何规划避开障碍物的安全轨迹，涉及路径搜索和碰撞检测算法。 关节空间与笛卡尔空间轨迹规划： 分析在不同坐标系下进行轨迹规划的优缺点，以及两者之间的转换方法。 我们将通过实例展示如何生成从起点到终点的最优轨迹，并考虑速度、加速度和关节限制等因素。 第六章 机械臂硬件平台与集成 本章将从硬件层面探讨机械臂运动控制系统的实现。我们将介绍构成机械臂的各种关键部件，包括： 关节驱动器： 如伺服电机、步进电机及其相应的驱动电路，以及它们在提供动力和精确控制方面的作用。 编码器与传感器： 介绍光学编码器、磁编码器、接近传感器、力/力矩传感器等，以及它们在反馈测量中的重要性。 运动控制器： 讲解工业PC、PLC、嵌入式控制器等不同类型的运动控制器，以及它们在执行控制算法中的角色。 通信接口： 介绍Ethernet/IP、CANopen、Modbus等工业通信协议，确保控制器与驱动器、传感器之间的有效通信。 我们将讨论如何根据应用需求选择合适的硬件组件，以及硬件与软件之间的集成策略，包括数据采集、信号处理和执行机构的控制。 第七章 仿真与实际应用 理论知识最终需要通过仿真和实际应用来检验和完善。本章将介绍如何利用仿真软件，如MATLAB/Simulink、ROS（Robot Operating System）等，对机械臂的运动控制系统进行建模、仿真和调试。我们将展示如何搭建完整的仿真环境，实现从运动学仿真到动力学仿真，再到控制算法的验证。 随后，我们将探讨机械臂在不同工业领域的实际应用案例，例如： 汽车制造： 点焊、喷涂、装配等自动化流程。 电子产品制造： 精密贴片、搬运、检测等。 物流仓储： 自动化拣选、搬运、码垛等。 医疗健康： 手术辅助、康复训练等。 通过对这些案例的分析，我们将深入理解实际应用中可能遇到的挑战，以及如何根据具体需求优化控制策略和系统设计。 本书内容旨在为从事机器人学、自动化控制、机械工程等领域的学生、研究人员和工程师提供坚实的理论基础和丰富的实践指导，助力他们在机械臂运动控制领域取得成功。

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读完这本《可编程控制器原理及应用教程》，我最大的感受就是“学以致用”。我是一名在小型加工厂工作的技术人员，平时接触到一些自动化设备，但对于 PLC 的了解仅限于知道有这么个东西。这次我决定深入学习一下，朋友推荐了这本书。书中的理论部分讲解得非常扎实，特别是关于 PLC 的硬件结构、CPU 工作原理、I/O 模块的类型和功能，这些基础知识我之前一直是一知半解，现在终于有了清晰的认识。最令我兴奋的是，书中提供了大量的实际应用案例，从简单的开关量控制，到复杂的模拟量处理，再到一些常见故障的排除方法，这些都是我们在日常工作中经常会遇到的问题。比如，书中关于变频器与 PLC 的联动控制，详细讲解了如何通过模拟量或脉冲信号来控制电机的转速，这正是我最近在解决的一个技术难题。书里还提供了一些调试技巧和注意事项，让我受益匪浅。原本以为书中的内容会比较晦涩难懂，但作者的讲解方式非常接地气，常常能联系到实际的工业场景，让我感觉像是在和经验丰富的工程师交流。这本书的排版也很好，代码和图例都清晰可见，不会出现印刷模糊或者难以辨认的情况。总而言之，这本书对于想快速掌握 PLC 应用的基层技术人员来说，绝对是一本不可多得的宝藏。

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作为一名对嵌入式系统感兴趣的学生，我一直想了解工业自动化中“幕后英雄”的角色。所以，我选择了《可编程控制器原理及应用教程》这本书。我之前对 PLC 的印象就是比较古老，但读完这本书，我发现它在现代工业中依然扮演着至关重要的角色，而且其应用范围远超我的想象。书中的前半部分详细介绍了 PLC 的基本原理，包括硬件构成、指令系统、编程语言等，这些内容对于我理解其工作机制非常有帮助。我尤其对书中关于不同类型 PLC 的比较分析很感兴趣，了解了它们在性能、成本和应用领域的差异。但最让我激动的是后半部分的“应用教程”部分。书中列举了大量的实际工程案例，从简单的工业照明控制，到复杂的机器人协作，再到数据采集与监控系统，这些都让我看到了 PLC 的强大生命力。书中对这些案例的分析非常透彻，不仅讲解了控制原理，还涉及到了相关的通信协议和上位机软件的应用，这让我能够更全面地理解整个自动化系统的构成。虽然我目前还没有机会实际操作 PLC，但这本书已经为我打下了坚实的理论基础，并激发了我进一步学习和实践的兴趣。我觉得这本书的作者对 PLC 领域有着深刻的理解，并将这些知识以一种易于理解的方式呈现出来。

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这本书简直是打开了我新世界的大门！我一直对工业自动化领域充满了好奇，尤其是那些在生产线上默默工作的“大脑”——可编程控制器。之前也零散地看过一些资料，但总觉得碎片化，不够系统。当拿到这本《可编程控制器原理及应用教程》时，我真的有种相见恨晚的感觉。首先，它的内容组织非常清晰，从最基础的 PLC 概念、基本指令集，到复杂的梯形图、顺序功能图，再到各种应用案例，循序渐进，逻辑性极强。我之前一直对 SCL 语言有点望而生畏，但书里用了大量生动的例子，将抽象的概念变得具体易懂，让我花了不到一个晚上就掌握了它的基本用法。更让我惊喜的是，书中并没有局限于理论知识，而是花了相当大的篇幅讲解了实际应用，比如在传送带控制、电机启停、液位控制等场景下的具体实现，看得我跃跃欲试，恨不得立刻找台设备来实践一下。而且，书中的插图和图表也恰到好处，让复杂的原理图不再是枯燥的线条，而是生动的流程，极大地降低了学习门槛。这本书的语言也十分亲切，不像很多技术书籍那样板着脸，而是带着一股探索的乐趣，让我读起来丝毫不会感到枯燥。我原本以为学习 PLC 会是一件很艰难的事情，但这本书彻底改变了我的看法。它不仅是一本教程，更像是一位耐心的老师，引导我一步步走进 PLC 的奇妙世界。

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说实话，我一直认为 PLC 编程是程序员的专属领域，跟我们这些做电气设计的没太大关系，直到我翻开这本《可编程控制器原理及应用教程》。我本来是抱着随便看看的心态，没想到越看越入迷。书中的内容，特别是关于梯形图和指令表逻辑的分析，让我豁然开朗。我之前设计电气图纸，对于一些复杂的逻辑控制，总是在脑子里打转，不知道如何转化为可执行的指令。这本书用非常直观的方式，将这些抽象的逻辑步骤一步步拆解，并且用图示和代码相结合的方式呈现，让我一下子就明白了。让我印象深刻的是，书中对一些常用的编程指令，比如定时器、计数器、比较指令等，都进行了详细的解释，并且给出了不同场景下的应用示例。我甚至还学会了如何利用这些指令来编写一些简单的程序，用来模拟一些控制逻辑，这对我今后的电气设计非常有帮助。而且，书中的“常见故障诊断与排除”章节，简直是及时雨。很多时候，设备出现问题，我们只能靠经验去猜，效率很低。这本书给出了系统性的排查思路和方法，让我感觉更有底气了。这本书的语言风格非常严谨，但又不失生动，让我感觉是在和一个经验丰富的导师在对话，而不是在死记硬背。

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我是一名对机械自动化领域充满热情的爱好者，平时会自己动手做一些小型的机械装置，比如自动喂食器、遥控小车等。最近我希望将我的作品提升到一个新的高度，于是我开始关注可编程控制器。在朋友的推荐下，我购买了《可编程控制器原理及应用教程》这本书，这真是一次非常棒的学习体验。这本书的特点是“由浅入深，由表及里”。它从最基础的 PLC 概念讲起，比如它和微处理器的区别，以及它在自动化控制中的核心地位。然后，逐步深入到各种编程语言，例如梯形图、指令表、结构化文本等，并且作者非常细致地讲解了每种语言的优缺点以及适用场景。让我感到特别受用的是，书中不仅仅讲解了如何编写程序，更重要的是讲解了“如何思考”来解决实际问题。例如，在讲到状态机设计时，作者用一个生动的例子，将复杂的流程拆解成一个个清晰的状态，让我一下子就明白了如何构建一个高效且易于维护的控制逻辑。书中还提供了大量的实例，从简单的传感器输入输出控制，到复杂的多轴运动控制，这些都为我提供了宝贵的参考。这本书的语言风格非常鼓励读者去思考和实践，而不是被动接受信息，这让我感觉自己不仅仅是在读书，而是在和作者一起进行一场知识的探索。

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