多轴系统动力学建模与控制
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作者居鹤华,康杰,余萌
出版社北京理工大学出版社
ISBN9787576311433
出版时间2022-03
装帧平装
开本16开
定价68元
货号1202658268
上书时间2024-09-04
商品详情
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目录
第1章绪论
1.1多轴系统
1.1.1测量轴
1.1.2运动轴
1.1.3机器人系统
1.1.4数控加工中心
1.1.5多轴系统的特征
1.2多轴系统的组成
1.2.1外感知系统
1.2.2平台系统
1.2.3数控系统
1.3多轴系统方法论
1.4多体系统
1.5多轴系统理论
1.6本书的读者
第2章多轴系统数理基础
2.1引言
2.2现代集合论基础
2.2.1基本概念
2.2.2序的不变性
2.3矢量与矢量空间
2.3.1基矢量
2.3.2矢量投影
2.3.3位置矢量
2.3.4转动矢量
2.3.5矢量运算
2.3.6矢量空间
2.4定轴转动
2.4.1复数与欧拉公式
2.4.22D转动
2.4.33D转动与四元数
2.4.4四维复数空间与笛卡儿空间
2.5张量
2.6计算机基础
2.6.1矩阵求逆
2.6.2浮点运算与机器误差
2.7轴链公理
2.7.1运动副
2.7.2自然参考轴
2.7.3典型多轴系统拓扑
2.7.4轴链公理及有向Span树
思考题
第3章运动链符号演算系统
3.1引言
3.2运动链拓扑空间
3.2.1轴链有向Span树的形式化
3.2.2有向Span树的建立与维护
3.2.3运动链拓扑符号系统
3.2.4运动链拓扑公理
3.3轴链度量空间
3.3.1轴链接近Span树
3.3.2运动链度量规范
3.3.3自然坐标系与轴不变量
3.3.4自然坐标及自然关节空间
3.3.5固定轴不变量与3D螺旋
3.3.63D螺旋与运动对齐
3.3.7运动链度量公理
3.3.8三大轴链公理中的同构与实例化
3.4基于链符号的3D空间操作代数
3.4.1坐标基性质
3.4.2矢量积运算
3.4.3方向余弦矩阵与投影
3.4.4矢量的一阶螺旋
3.4.5二阶张量的投影
3.4.6运动链的前向迭代与逆向递归
3.4.7转动矢量与螺旋矩阵
3.4.8矢量的二阶螺旋
3.5笛卡儿轴链运动学
3.5.1笛卡儿轴链的逆解问题
3.5.2笛卡儿轴链的偏速度问题
3.5.3“正交归一化”问题
3.5.4极性参考与线性约束求解问题
3.5.5保证求导的问题
3.5.6基于轴不变量的多轴系统研究思路
3.6附录本章公式证明
思考题
第4章基于轴不变量的多轴系统运动学
4.1引言
4.2本章学习基础
4.3基于轴不变量的3D矢量空间操作代数
4.3.1基于轴不变量的零位轴系
4.3.2基于轴不变量的镜像变换
4.3.3基于轴不变量的定轴转动
4.3.4轴不变量的操作性能
4.3.5基于轴不变量的Cayley变换
4.3.6基于轴不变量的3D矢量位姿方程
4.4基于轴不变量的四元数演算
4.4.1四维空间复数
4.4.2Rodrigues四元数
4.4.3欧拉四元数
4.4.4欧拉四元数的链关系
4.4.5基于四元数的转动链
4.5基于轴不变量的3D矢量空间微分操作代数
4.5.1保证导数
4.5.2基的保证导数
4.5.3加速度
4.6多轴系统运动学
4.6.1理想树形运动学计算流程
4.6.2基于轴不变量的迭代式运动学计算流程
4.6.3基于轴不变量的偏速度计算原理
4.6.4轴不变量对时间微分的不变性
4.7轴不变量概念的含义与作用
4.8附录本章公式证明
思考题
第5章基于3D空间操作代数的多体动力学
5.1引言
5.2本章学习基础
5.3质点动力学符号演算
5.3.1质点惯量
5.3.2质点动量与能量
5.3.3质点牛顿-欧拉动力学符号系统
5.4理想体牛顿-欧拉动力学符号系统
5.4.1理想体惯量
5.4.2理想体能量
5.4.3理想体线动量与牛顿方程
5.4.4理想体角动量与欧拉方程
5.4.5理想体的牛顿-欧拉方程
5.5牛顿-欧拉动力学系统
5.5.1关节空间运动约束
5.5.2运动的前向迭代及力的反向迭代
5.5.3动力学系统建模流程
5.5.4CE3巡视器动力学系统
5.6经典分析动力学建模
5.6.1多轴系统的拉格朗日方程推导与应用
5.6.2多轴系统的凯恩方程推导与应用
5.6.3经典分析动力学的局限性
5.7附录本章公式证明
第6章基于轴不变量的多轴系统动力学与控制
6.1引言
6.2基础公式
6.3Ju-Kane动力学预备定理
6.3.1运动链符号与动力学系统
6.3.2Ju-Kane动力学预备定理证明
6.3.3Ju-Kane动力学预备定理应用
6.4树链刚体系统Ju-Kane动力学显式模型
6.4.1外力反向迭代
6.4.2共轴驱动力反向迭代
6.4.3树链刚体系统Ju-Kane动力学显式模型
6.4.4树链刚体系统Ju-Kane动力学建模示例
6.5树链刚体系统Ju-Kane动力学规范型
6.5.1运动链的规范型方程
6.5.2闭子树的规范型方程
6.5.3树链刚体系统Ju-Kane动力学规范方程
6.5.4树链刚体系统Ju-Kane动力学规范方程应用
6.6树链刚体Ju-Kane动力学规范方程求解
6.6.1轴链刚体广义惯性矩阵
6.６.2轴链刚体广义惯性矩阵特点
6.6.3轴链刚体系统广义惯性矩阵
6.6.4树链刚体系统Ju-Kane动力学方程正解
6.６.5树链刚体系统Ju-Kane动力学方程逆解
6.7多轴移动系统的Ju-Kane规范方程
6.8基于轴不变量的多轴系统控制
6.8.1多轴动力学系统的结构
6.8.2运动轴的伺服控制
6.8.3基于逆模补偿器的多轴系统跟踪控制
6.8.4多轴系统变结构控制
6.9多轴动力学系统应用
6.9.1三轮移动动力学系统
6.9.2多轴动力学系统软件及应用
6.10附录本章公式证明
参考文献
内容摘要
多轴系统是以现代光学为基础的、具有多自由度的机械电子系统，既包含传统的多体系统，又包含多自由度的机床、航天器及生物系统。本书重点介绍了多轴系统动力学建模与控制理论，该理论既是以空间操作为核心的、以三维轴为基元的公理化理论系统，又是包含算法结构的迭代式伪代码系统，保证了多轴系统动力学建模与控制的准确性、可靠性及实时性，既能满足传统的多体动力学离线仿真需求，又能满足多轴系统实时建模与控制需求。同构方法论这一基本的理论创新方法是本书理论的基础，贯穿于本书所有知识点，利于读者理解多轴系统理论的精髓。同时，本书秉承“从工程中来，到工程中去”的理念，呈现理论的同时注重工程实现，以自主研发的“嫦娥3号月面巡视器实时动力学软件”为依托，帮助读者巩固和拓展教材内容，培养解决工程问题的能力。本书是“多轴系统”系列书籍的第一本，既可作为高等院校自动化、航空航天等专业学生的教材，又可作为空间机器人、高精度工业机械臂等技术研究人员的参考书。
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