本書以Quanser旋轉(zhuǎn)運動系列實驗裝置為基礎(chǔ)，全面系統(tǒng)地介紹了運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案及運動控制設(shè)計理論與方法。全書分6章，第1章介紹Quanser實時仿真控制系統(tǒng)的軟件平臺及硬件接口。第2～6章針對五種典型的旋轉(zhuǎn)運動實驗裝置（QUBE-Servo 2 USB旋轉(zhuǎn)倒立擺、SRV02旋轉(zhuǎn)伺服基本單元、BB01球桿系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)柔性尺、旋轉(zhuǎn)柔性關(guān)節(jié)）編排教程內(nèi)容，包括實驗系統(tǒng)介紹、系統(tǒng)分析與建模、實驗準備、實驗練習、實驗結(jié)果。實驗內(nèi)容涵蓋對象建模、穩(wěn)定性分析、速度與位置控制、經(jīng)典與現(xiàn)代控制算法設(shè)計等。附錄A介紹了SRV02旋轉(zhuǎn)伺服基本單元接口功能的實現(xiàn)方法。書中還結(jié)合具體實驗，針對控制過程中存在的非線性、飽和、噪聲等實際工程問題引導學生展開分析研究。
王海梅，博士，南京理工大學自動化學院實驗中心主任、碩士生導師、主要研究方向：智能信息處理、控制理論及應用。獲國家級、省級高校自制實驗設(shè)備一、二、三等獎各1項。承擔"控制工程基礎(chǔ)”、"過程計算機控制系統(tǒng)”等課程的教學。主持省級以上教改課題3項，獲國家教學成果獎3項、省級教學成果獎1項。主要參與建設(shè)的"控制工程基礎(chǔ)”獲國家級精品資源共享課程（2016.6）和國家精品課程（2004.12）。
目 錄
第1章 QUARC軟件與硬件接口模塊介紹 1
1.1 QUARC實時控制軟件 1
1.2 數(shù)據(jù)采集板 3
1.2.1 設(shè)備簡介 3
1.2.2 主要技術(shù)參數(shù) 4
1.3 功率放大器 6
1.3.1 設(shè)備簡介 6
1.3.2 主要技術(shù)參數(shù) 7
第2章 QUBE-Servo 2 USB旋轉(zhuǎn)倒立擺 8
2.1 系統(tǒng)介紹 8
2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8
2.1.2 主要部件及技術(shù)參數(shù) 10
2.2 系統(tǒng)實驗 13
2.2.1 電機控制基礎(chǔ) 13
2.2.2 信號濾波 15
2.2.3 穩(wěn)定性分析 17
2.2.4 階躍響應法建模 18
2.2.5 機理法建模 21
2.2.6 二階系統(tǒng) 23
2.2.7 PD控制 24
2.2.8 超前校正 27
2.2.9 擺桿轉(zhuǎn)動慣量測量 30
2.2.10 旋轉(zhuǎn)倒立擺測量模型 31
2.2.11 穩(wěn)擺控制 33
2.2.12 狀態(tài)空間法建模 36
2.2.13 起擺控制 38
2.2.14 最優(yōu)LQR控制 41
第3章 SRV02旋轉(zhuǎn)伺服基本單元 45
3.1 系統(tǒng)介紹 45
3.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 45
3.1.2 主要部件及技術(shù)參數(shù) 46
3.1.3 設(shè)備連接 50
3.1.4 部件測試與故障診斷 53
3.2 SRV02建模 54
3.2.1 機理法建模 55
3.2.2 實驗建模 57
3.2.3 建模結(jié)果 62
3.3 SRV02位置控制 62
3.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標 62
3.3.2 控制器設(shè)計 62
3.3.3 實驗準備 64
3.3.4 實驗練習 65
3.3.5 實驗結(jié)果 70
3.4 SRV02速度控制 71
3.4.1 系統(tǒng)設(shè)計指標 71
3.4.2 控制器設(shè)計 71
3.4.3 實驗準備 76
3.4.4 實驗練習 76
3.4.5 實驗結(jié)果 80
第4章 BB01球桿系統(tǒng) 82
4.1 系統(tǒng)介紹 82
4.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 82
4.1.2 主要部件及技術(shù)參數(shù) 83
4.1.3 系統(tǒng)裝配與設(shè)備連接 84
4.2 系統(tǒng)分析與建模 86
4.2.1 機理法建模 86
4.2.2 球桿系統(tǒng)串級控制設(shè)計 89
4.3 實驗準備 92
4.4 實驗練習 93
4.4.1 運用理想PD控制器的串級控制系統(tǒng)仿真 93
4.4.2 運用實際PD控制器、考慮伺服單元的串級控制 97
4.5 實驗結(jié)果 100
第5章 旋轉(zhuǎn)柔性尺 101
5.1 系統(tǒng)介紹 101
5.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 101
5.1.2 柔性尺模塊技術(shù)參數(shù) 102
5.1.3 系統(tǒng)裝配與設(shè)備連接 102
5.2 系統(tǒng)分析與建模 104
5.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學建模 104
5.2.2 實驗準備 108
5.2.3 實驗練習 109
5.2.4 建模實驗結(jié)果 112
5.3 控制系統(tǒng)設(shè)計 112
5.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標 112
5.3.2 系統(tǒng)分析與設(shè)計 113
5.3.3 實驗準備 114
5.3.4 實驗練習 114
5.3.5 實驗結(jié)果 117
第6章 旋轉(zhuǎn)柔性關(guān)節(jié) 119
6.1 系統(tǒng)介紹 119
6.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 119
6.1.2 主要部件及技術(shù)參數(shù) 120
6.1.3 系統(tǒng)裝配與設(shè)備連接 121
6.2 系統(tǒng)分析與建模 123
6.2.1 系統(tǒng)的數(shù)學建模 123
6.2.2 實驗準備 125
6.2.3 實驗練習 125
6.2.4 建模實驗結(jié)果 129
6.3 控制系統(tǒng)設(shè)計 130
6.3.1 系統(tǒng)設(shè)計指標 130
6.3.2 系統(tǒng)分析與設(shè)計 130
6.3.3 實驗準備 132
6.3.4 實驗練習 132
6.3.5 實驗結(jié)果 136
附錄A SRV02接口功能實現(xiàn) 137
A.1 直流電機驅(qū)動 137
A.2 使用電位器測量位置 140
A.3 使用轉(zhuǎn)速計測量速度 142
A.4 使用編碼器測量位置 144
A.5 數(shù)據(jù)保存與曲線繪制 146
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