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多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制

包郵 多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制

出版社：北京理工大學(xué)出版社出版時間：2022-05-01
開本： 其他 頁數(shù)： 268
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多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制 版權(quán)信息

多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制 本書特色

本書理論是以三維軸為基元的理論體系，具有符號化、公理化和完全參數(shù)化的特征。 本書以自主研發(fā)的“嫦娥3號月面巡視器實時動力學(xué)軟件”為依托，兼顧基礎(chǔ)理論與工程實現(xiàn) 本書理論是計算機自動建模、自動求解和自動控制的基礎(chǔ)，屬于機器智能研究的前沿領(lǐng)域。

多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制 內(nèi)容簡介

多軸系統(tǒng)是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)的、具有多自由度的機械電子系統(tǒng)，既包含傳統(tǒng)的多體系統(tǒng)，又包含多自由度的機床、航天器及生物系統(tǒng)。本書重點介紹了多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制理論，該理論既是以空間操作為核心的、以三維軸為基元的公理化理論系統(tǒng)，又是包含算法結(jié)構(gòu)的迭代式偽代碼系統(tǒng)，保證了多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制的準(zhǔn)確性、可靠性及實時性，既能滿足傳統(tǒng)的多體動力學(xué)離線仿真需求，又能滿足多軸系統(tǒng)實時建模與控制需求。同構(gòu)方法論這一基本的理論創(chuàng)新方法是本書理論的基礎(chǔ)，貫穿于本書所有知識點，利于讀者理解多軸系統(tǒng)理論的精髓。同時，本書秉承“從工程中來，到工程中去”的理念，呈現(xiàn)理論的同時注重工程實現(xiàn)，以自主研發(fā)的“嫦娥3號月面巡視器實時動力學(xué)軟件”為依托，幫助讀者鞏固和拓展教材內(nèi)容，培養(yǎng)解決工程問題的能力。本書是“多軸系統(tǒng)”系列書籍的**本，既可作為高等院校自動化、航空航天等專業(yè)學(xué)生的教材，又可作為空間機器人、高精度工業(yè)機械臂等技術(shù)研究人員的參考書。

多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制 目錄

第1章緒論

11多軸系統(tǒng)

111測量軸

112運動軸

113機器人系統(tǒng)

114數(shù)控加工中心

115多軸系統(tǒng)的特征

12多軸系統(tǒng)的組成

121外感知系統(tǒng)

122平臺系統(tǒng)

123數(shù)控系統(tǒng)

13多軸系統(tǒng)方法論

14多體系統(tǒng)

15多軸系統(tǒng)理論

16本書的讀者

第2章多軸系統(tǒng)數(shù)理基礎(chǔ)

21引言

22現(xiàn)代集合論基礎(chǔ)

221基本概念

222序的不變性

23矢量與矢量空間

231基矢量

232矢量投影

233位置矢量

234轉(zhuǎn)動矢量

235矢量運算

236矢量空間

24定軸轉(zhuǎn)動

241復(fù)數(shù)與歐拉公式

2422D轉(zhuǎn)動

2433D轉(zhuǎn)動與四元數(shù)

244四維復(fù)數(shù)空間與笛卡兒空間

25張量

26計算機基礎(chǔ)

261矩陣求逆

262浮點運算與機器誤差

27軸鏈公理

271運動副

272自然參考軸

273典型多軸系統(tǒng)拓?fù)?

274軸鏈公理及有向Span樹

思考題

第3章運動鏈符號演算系統(tǒng)

31引言

32運動鏈拓?fù)淇臻g

321軸鏈有向Span樹的形式化

322有向Span樹的建立與維護

323運動鏈拓?fù)浞栂到y(tǒng)

324運動鏈拓?fù)涔?

33軸鏈度量空間

331軸鏈完全Span樹

332運動鏈度量規(guī)范

333自然坐標(biāo)系與軸不變量

334自然坐標(biāo)及自然關(guān)節(jié)空間

335固定軸不變量與3D螺旋

3363D螺旋與運動對齊

337運動鏈度量公理

338三大軸鏈公理中的同構(gòu)與實例化

34基于鏈符號的3D空間操作代數(shù)

341坐標(biāo)基性質(zhì)

342矢量積運算

343方向余弦矩陣與投影

344矢量的一階螺旋

345二階張量的投影

346運動鏈的前向迭代與逆向遞歸

347轉(zhuǎn)動矢量與螺旋矩陣

348矢量的二階螺旋

35笛卡兒軸鏈運動學(xué)

351笛卡兒軸鏈的逆解問題

352笛卡兒軸鏈的偏速度問題

353“正交歸一化”問題

354極性參考與線性約束求解問題

355絕對求導(dǎo)的問題

356基于軸不變量的多軸系統(tǒng)研究思路

36附錄本章公式證明

思考題

第4章基于軸不變量的多軸系統(tǒng)運動學(xué)

41引言

42本章學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

43基于軸不變量的3D矢量空間操作代數(shù)

431基于軸不變量的零位軸系

432基于軸不變量的鏡像變換

433基于軸不變量的定軸轉(zhuǎn)動

434軸不變量的操作性能

435基于軸不變量的Cayley變換

436基于軸不變量的3D矢量位姿方程

44基于軸不變量的四元數(shù)演算

441四維空間復(fù)數(shù)

442Rodrigues四元數(shù)

443歐拉四元數(shù)

444歐拉四元數(shù)的鏈關(guān)系

445基于四元數(shù)的轉(zhuǎn)動鏈

45基于軸不變量的3D矢量空間微分操作代數(shù)

451絕對導(dǎo)數(shù)

452基的絕對導(dǎo)數(shù)

453加速度

46多軸系統(tǒng)運動學(xué)

461理想樹形運動學(xué)計算流程

462基于軸不變量的迭代式運動學(xué)計算流程

463基于軸不變量的偏速度計算原理

464軸不變量對時間微分的不變性

47軸不變量概念的含義與作用

48附錄本章公式證明

思考題

第5章基于3D空間操作代數(shù)的多體動力學(xué)

51引言

52本章學(xué)習(xí)基礎(chǔ)

53質(zhì)點動力學(xué)符號演算

531質(zhì)點慣量

532質(zhì)點動量與能量

533質(zhì)點牛頓-歐拉動力學(xué)符號系統(tǒng)

54理想體牛頓-歐拉動力學(xué)符號系統(tǒng)

541理想體慣量

542理想體能量

543理想體線動量與牛頓方程

544理想體角動量與歐拉方程

545理想體的牛頓-歐拉方程

55牛頓-歐拉動力學(xué)系統(tǒng)

551關(guān)節(jié)空間運動約束

552運動的前向迭代及力的反向迭代

553動力學(xué)系統(tǒng)建模流程

554CE3巡視器動力學(xué)系統(tǒng)

56經(jīng)典分析動力學(xué)建模

561多軸系統(tǒng)的拉格朗日方程推導(dǎo)與應(yīng)用

562多軸系統(tǒng)的凱恩方程推導(dǎo)與應(yīng)用

563經(jīng)典分析動力學(xué)的局限性

57附錄本章公式證明

第6章基于軸不變量的多軸系統(tǒng)動力學(xué)與控制

61引言

62基礎(chǔ)公式

63Ju-Kane動力學(xué)預(yù)備定理

631運動鏈符號與動力學(xué)系統(tǒng)

632Ju-Kane動力學(xué)預(yù)備定理證明

633Ju-Kane動力學(xué)預(yù)備定理應(yīng)用

64樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)顯式模型

641外力反向迭代

642共軸驅(qū)動力反向迭代

643樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)顯式模型

644樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)建模示例

65樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)規(guī)范型

651運動鏈的規(guī)范型方程

652閉子樹的規(guī)范型方程

653樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)規(guī)范方程

654樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)規(guī)范方程應(yīng)用

66樹鏈剛體Ju-Kane動力學(xué)規(guī)范方程求解

661軸鏈剛體廣義慣性矩陣

6６2軸鏈剛體廣義慣性矩陣特點

663軸鏈剛體系統(tǒng)廣義慣性矩陣

664樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)方程正解

6６5樹鏈剛體系統(tǒng)Ju-Kane動力學(xué)方程逆解

67多軸移動系統(tǒng)的Ju-Kane規(guī)范方程

68基于軸不變量的多軸系統(tǒng)控制

681多軸動力學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

682運動軸的伺服控制

683基于逆模補償器的多軸系統(tǒng)跟蹤控制

684多軸系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制

69多軸動力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用

691三輪移動動力學(xué)系統(tǒng)

692多軸動力學(xué)系統(tǒng)軟件及應(yīng)用

610附錄本章公式證明

參考文獻


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多軸系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制 作者簡介

居鶴華 南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院、機械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室教授，博士生導(dǎo)師，“六大人才高峰”高層次人才選拔培養(yǎng)人選及江蘇省“雙創(chuàng)”人才。長期開展深空探測器的自主導(dǎo)航與控制研究，主持研制了“嫦娥3號月面巡視器任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)”、“嫦娥3號月面巡視器機械臂就位探測規(guī)劃系統(tǒng)” “月面環(huán)境模擬及巡視器動力學(xué)解算系統(tǒng)”，于2013.12月成功完成我國嫦娥3號月面巡視器的遙操作任務(wù)，榮獲航天五院授予的“嫦娥3號月面巡視器遙操作優(yōu)秀團隊”稱號。經(jīng)過長期工程凝練及深入理論研究，首創(chuàng)了“基于軸不變量的多軸系統(tǒng)建模與控制”理論，出版了《運動鏈符號演算與自主行為控制》專著，形成了相關(guān)的國家及國際發(fā)明專利群。

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