機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真:基本設計方法/電子信息與電氣工程技術叢書
定 價:69 元
- 作者:劉金琨 著
- 出版時間:2016/12/1
- ISBN:9787302456964
- 出 版 社:清華大學出版社
- 中圖法分類:TP24
- 頁碼:306
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真:基本設計方法(電子信息與電氣工程技術叢書)》系統(tǒng)地介紹了機械手控制的幾種先進設計方法,是作者多年來從事機器人控制系統(tǒng)教學和科研工作的結晶,同時融入了國內外同行近年來所取得的*新成果。
本書以機械手的控制為論述對象,共包括10章,分別介紹了先進PID控制、神經網絡自適應控制、模糊自適應控制、迭代學習控制、反演控制、滑?刂、自適應魯棒控制、末端軌跡及力控制、重復控制設計方法。每種方法都給出了算法推導、實例分析和相應的MATLAB仿真設計程序。
本書各部分內容既相互聯系又相互獨立,讀者可根據自己的需要選擇學習。本書適用于從事生產過程自動化、計算機應用、機械電子和電氣自動化領域工作的工程技術人員閱讀,也可作為高等院校工業(yè)自動化、自動控制、機械電子、自動化儀表、計算機應用等專業(yè)的教學參考書。
本書是在原有《機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真》基礎上撰寫而成,并刪除、增加和更新了部分內容。全書共分為兩冊,本書為上冊,即“基本設計方法”部分。本書共分10章,包括先進PID控制、神經網絡自適應控制、模糊自適應控制、迭代學習控制、反演控制、滑?刂、自適應魯棒控制、末端軌跡及力控制及重復控制設計方法。每種方法都給出了算法推導、實例分析和相應的MATLAB設計仿真程序。本書特色如下:
(1) 控制算法重點置于基礎理論分析,針對機械手基本控制算法進行了深入剖析。
(2) 針對每種控制算法,均給出了完整的MATLAB仿真程序,同時也給出了程序的說明 和仿真結果,具有很強的可讀性。
(3) 從應用的角度出發(fā),理論聯系實際,面向廣大工程技術人員,具有很強的工程性和實用性。
(4) 書中介紹的各種控制算法及應用實例非常完整,程序結構設計簡單明了,便于自學和進一步開發(fā)。
程序下載:全部仿真代碼可到清華大學出版社網站本書頁面下載。
有關機器人控制理論及其工程應用,近年來已有大量的論文發(fā)表。作者多年來一直從事控制理論及應用方面的教學和研究工作,為了促進機器人控制和自動化技術的進步,反映機器人控制設計與應用中的最新研究成果,并使廣大研究人員和工程技術人員能了解、掌握和應用這一領域的最新技術,學會用MATLAB語言進行各種機器人控制算法的分析和設計,作者編寫了這本書,以拋磚引玉,供廣大讀者學習參考。
本書是在總結作者多年研究成果的基礎上,進一步理論化、系統(tǒng)化、規(guī)范化、實用化而成的,特點如下:
(1)控制算法取材新穎,內容先進,重點置于學科交叉部分的前沿研究和介紹一些有潛力的新思想、新方法和新技術,取材著重于基本概念、基本理論和基本方法。
(2)針對每種控制算法給出了完整的MATLAB仿真程序,并給出了程序的說明和仿真結果,具有很強的可讀性。
(3)著重從應用領域角度出發(fā),突出理論聯系實際,面向廣大工程技術人員,具有很強的工程性和實用性。書中有大量應用實例及結果分析,為讀者提供了有益的借鑒。
(4)所給出的各種控制算法完整,程序設計結構設計力求簡單明了,便于自學和進一步開發(fā)。
(5)所介紹的方法不局限于機械手的控制,同時也適合解決運動控制領域其他背景的控制問題。
本書主要以機器人力臂為被控對象,此外,為了介紹一些新的運動控制方法,本書還以機械系統(tǒng)、電機、倒立擺為被控對象來輔助說明。
本書是在原有《機器人控制系統(tǒng)的設計與MATLAB仿真》基礎上撰寫而成的,并增加、修改和刪除了部分內容。全書共分為上下冊,本書作為上冊,共包括10章。第1章為緒論,介紹機械手的幾種控制方法及模型特性;第2章介紹機械手PID控制的幾種基本設計方法,通過仿真和分析進行了說明;第3章介紹機械手神經網絡自適應控制的幾種設計方法;第4章介紹基于LMI的模糊魯棒控制方法和幾種機械手模糊自適應控制器的設計方法;第5章介紹機械手迭代學習控制和重復控制的設計方法;第6章介紹機械手反演控制的設計方法;第7章介紹機械手滑?刂苹驹O計方法;第8章介紹機械手自適應魯棒控制方法,包括魯棒控制器和自適應控制器的設計;第9章介紹機械手末端軌跡及力控制設計方法;第10章介紹重復控制的基本原理及設計方法。
本書介紹的控制方法有些選自于高水平國際雜志和著作中的經典控制方法,并對其中的一些算法進行了修正或補充。通過對一些典型控制器設計方法進行詳細的理論分析和仿真分析,使一些深奧的控制理論易于掌握,為讀者的深入研究打下基礎。
本書是基于英文版MATLAB環(huán)境下開發(fā)(書中仿真圖的圖字均為英文)。書中各章節(jié)的內容具有很強的獨立性,讀者可以結合自己的方向深入地進行研究。
作者在研究過程中,東北大學徐心和教授和薛定宇教授在機器人控制及仿真等方面給予作者很多的指點,北京航空航天大學爾聯潔教授給予作者在控制理論方面多年的指導,在此深表感謝。
由于作者水平有限,書中難免存在一些不足和錯誤之處,真誠歡迎廣大讀者批評指正。若讀者有指正或需與作者商討,或對控制算法及仿真程序有疑問,請通過電子郵件與作者聯系。作者相信,通過與廣大同行的交流,可以得到許多有益的建議,從而再版時將本書完善。
劉金琨2016年12月于北京航空航天大學
劉金琨,1965年生,遼寧省大連市瓦房店人。分別于1989年、1994年和1997年獲東北大學工學學士、碩士和博士學位。1997—1999年在浙江大學工業(yè)控制技術研究所從事博士后研究工作。現為北京航空航天大學控制理論與控制工程專業(yè)教授、博士生導師。主要從事控制理論與應用的研究和教學工作。自從從事研究工作以來,主持國家自然基金等科研項目10余項,發(fā)表學術論文100余篇,出版著作10部。
前言Ⅰ
仿真程序使用說明Ⅲ
第1章緒論
1.1機器人控制方法簡介
1.1.1機器人常用的控制方法
1.1.2不確定機器人系統(tǒng)的控制
1.2機器人動力學模型及其結構特性
1.3基于S函數的Simulink仿真
1.3.1S函數簡介
1.3.2S函數使用步驟
1.3.3S函數的基本功能及重要參數設定
1.3.4S函數描述實例
第2章機械手PID控制
2.1機械手獨立PD控制
2.1.1控制律設計
2.1.2收斂性分析
2.1.3仿真實例
2.2基于重力補償的機械手PD控制
2.2.1控制律設計
2.2.2控制律分析
2.3基于模型補償的機械手PD控制
2.3.1系統(tǒng)描述
2.3.2控制器的設計
2.3.3仿真實例
參考文獻
第3章機械手神經網絡自適應控制
3.1一種簡單的RBF網絡自適應滑模控制
3.1.1問題描述
3.1.2RBF網絡原理
3.1.3控制算法設計與分析
3.1.4仿真實例
3.2基于RBF網絡逼近的機械手自適應控制
3.2.1問題的提出
3.2.2基于RBF神經網絡逼近的控制器
3.2.3針對f(x)中各項分別進行神經網絡逼近
3.2.4仿真實例
參考文獻
第4章機械手模糊自適應控制
4.1單力臂機械手直接自適應模糊控制
4.1.1問題描述
4.1.2模糊控制器的設計
4.1.3自適應律的設計
4.1.4仿真實例
4.2單力臂機械手間接自適應模糊控制
4.2.1問題描述
4.2.2自適應模糊滑?刂破髟O計
4.2.3穩(wěn)定性分析
4.2.4仿真實例
4.3單級倒立擺的監(jiān)督模糊控制
4.3.1模糊系統(tǒng)的設計
4.3.2模糊監(jiān)督控制器的設計
4.3.3穩(wěn)定性分析
4.3.4仿真實例
4.4基于模糊補償的機械手自適應模糊控制
4.4.1系統(tǒng)描述
4.4.2基于傳統(tǒng)模糊補償的控制
4.4.3基于模型信息已知的模糊補償控制
4.4.4仿真實例
4.5基于線性矩陣不等式的單級倒立擺TS模糊控制
4.5.1基于LMI的TS型模糊系統(tǒng)控制器設計
4.5.2LMI不等式的設計及分析
4.5.3不等式的轉換
4.5.4LMI設計實例說明
4.5.5單級倒立擺的TS模型模糊控制
參考文獻
第5章機械手迭代學習控制及重復控制
5.1迭代學習控制的數學基礎
5.1.1矩陣的跡及初等性質
5.1.2向量范數和矩陣范數
5.2迭代學習控制方法介紹
5.2.1迭代學習控制基本原理
5.2.2基本的迭代學習控制算法
5.2.3迭代學習控制主要分析方法
5.2.4迭代學習控制的關鍵技術
5.3機械手軌跡跟蹤迭代學習控制仿真實例
5.3.1控制器設計
5.3.2仿真實例
5.4線性時變連續(xù)系統(tǒng)迭代學習控制
5.4.1系統(tǒng)描述
5.4.2控制器設計及收斂性分析
5.4.3仿真實例
5.5任意初始狀態(tài)下的迭代學習控制
5.5.1問題的提出
5.5.2控制器的設計
5.5.3仿真實例
參考文獻
第6章機械手反演控制
6.1簡單反演控制器設計
6.1.1基本原理
6.1.2仿真實例
6.2單關節(jié)機械手的反演控制
6.2.1系統(tǒng)描述
6.2.2反演控制器設計
6.2.3仿真實例
6.3雙耦合電機的反演控制
6.3.1系統(tǒng)描述
6.3.2反演控制器設計
6.3.3仿真實例
參考文獻
第7章機械手滑模控制
7.1機械手動力學模型及特性
7.2基于計算力矩法的滑?刂
7.2.1系統(tǒng)描述
7.2.2控制律設計
7.2.3仿真實例
7.3基于輸入輸出穩(wěn)定性理論的滑?刂
7.3.1系統(tǒng)描述
7.3.2控制律設計
7.3.3仿真實例
7.4基于LMI的指數收斂非線性干擾觀測器的控制
7.4.1非線性干擾觀測器的問題描述
7.4.2非線性干擾觀測器的設計
7.4.3LMI不等式的求解
7.4.4計算力矩法的滑模控制
7.4.5仿真實例
7.5欠驅動兩桿機械臂Pendubot滑?刂
7.5.1Pendubot控制問題
7.5.2Pendubot機械臂建模
7.5.3Pendubot動力學模型
7.5.4Pendubot模型的分析
7.5.5滑?刂坡稍O計
7.5.6閉環(huán)穩(wěn)定性分析
7.5.7基于Hurwitz的參數設計
7.5.8仿真實例
參考文獻
第8章機械手自適應魯棒控制
8.1單力臂機械系統(tǒng)的魯棒自適應控制
8.1.1問題描述
8.1.2魯棒模型參考自適應控制
8.1.3仿真實例
8.2二級倒立擺的H∞魯棒控制
8.2.1系統(tǒng)的描述
8.2.2基于LMI的控制律的設計
8.2.3二級倒立擺系統(tǒng)的描述
8.2.4仿真實例
參考文獻
第9章機械手末端軌跡及力的連續(xù)切換滑?刂
9.1基于雙曲正切函數切換的滑?刂
9.1.1雙曲正切函數的特性
9.1.2仿真實例
9.1.3基于雙曲正切函數的滑?刂
9.1.4仿真實例
9.2基于位置動力學模型的機械手末端軌跡滑?刂
9.2.1工作空間直角坐標與關節(jié)角位置的轉換
9.2.2機械手在工作空間的建模
9.2.3滑模控制器的設計
9.2.4仿真實例
9.3基于角度動力學模型的機械手末端軌跡滑?刂
9.3.1機械手在工作空間的建模
9.3.2工作空間直角坐標與關節(jié)角位置的轉換
9.3.3滑?刂破鞯脑O計
9.3.4仿真實例
9.4工作空間中雙關節(jié)機械手末端的阻抗滑模控制
9.4.1問題的提出
9.4.2阻抗模型的建立
9.4.3滑?刂破鞯脑O計
9.4.4仿真實例
9.5受約束條件下雙關節(jié)機械手末端力及關節(jié)角度的滑?刂
9.5.1問題的提出
9.5.2模型的降階
9.5.3控制律的設計
9.5.4穩(wěn)定性分析
9.5.5仿真實例
參考文獻
第10章重復控制基本原理及設計方法
10.1重復控制的基本原理
10.1.1重復控制的理論基礎
10.1.2基本的重復控制系統(tǒng)結構
10.1.3基本重復控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
10.1.4仿真實例
10.2一種具有多路周期指令信號的數字重復控制
10.2.1系統(tǒng)的結構
10.2.2重復控制器的設計
10.2.3仿真實例
參考文獻