本书以Quanser旋转运动系列实验装置为基础，全面系统地介绍了运动控制系统结构方案及运动控制设计理论与方法。全书分6章，第1章介绍Quanser实时仿真控制系统的软件平台及硬件接口。第2～6章针对五种典型的旋转运动实验装置（QUBE-Servo 2 USB旋转倒立摆、SRV02旋转伺服基本单元、BB01球杆系统、旋转柔性尺、旋转柔性关节）编排教程内容，包括实验系统介绍、系统分析与建模、实验准备、实验练习、实验结果。实验内容涵盖对象建模、稳定性分析、速度与位置控制、经典与现代控制算法设计等。附录A介绍了SRV02旋转伺服基本单元接口功能的实现方法。书中还结合具体实验，针对控制过程中存在的非线性、饱和、噪声等实际工程问题引导学生展开分析研究。
王海梅，博士，南京理工大学自动化学院实验中心主任、硕士生导师、主要研究方向：智能信息处理、控制理论及应用。获国家级、省级高校自制实验设备一、二、三等奖各1项。承担"控制工程基础”、"过程计算机控制系统”等课程的教学。主持省级以上教改课题3项，获国家教学成果奖3项、省级教学成果奖1项。主要参与建设的"控制工程基础”获国家级精品资源共享课程（2016.6）和国家精品课程（2004.12）。
目 录
第1章 QUARC软件与硬件接口模块介绍 1
1.1 QUARC实时控制软件 1
1.2 数据采集板 3
1.2.1 设备简介 3
1.2.2 主要技术参数 4
1.3 功率放大器 6
1.3.1 设备简介 6
1.3.2 主要技术参数 7
第2章 QUBE-Servo 2 USB旋转倒立摆 8
2.1 系统介绍 8
2.1.1 系统结构 8
2.1.2 主要部件及技术参数 10
2.2 系统实验 13
2.2.1 电机控制基础 13
2.2.2 信号滤波 15
2.2.3 稳定性分析 17
2.2.4 阶跃响应法建模 18
2.2.5 机理法建模 21
2.2.6 二阶系统 23
2.2.7 PD控制 24
2.2.8 超前校正 27
2.2.9 摆杆转动惯量测量 30
2.2.10 旋转倒立摆测量模型 31
2.2.11 稳摆控制 33
2.2.12 状态空间法建模 36
2.2.13 起摆控制 38
2.2.14 最优LQR控制 41
第3章 SRV02旋转伺服基本单元 45
3.1 系统介绍 45
3.1.1 系统结构 45
3.1.2 主要部件及技术参数 46
3.1.3 设备连接 50
3.1.4 部件测试与故障诊断 53
3.2 SRV02建模 54
3.2.1 机理法建模 55
3.2.2 实验建模 57
3.2.3 建模结果 62
3.3 SRV02位置控制 62
3.3.1 系统设计指标 62
3.3.2 控制器设计 62
3.3.3 实验准备 64
3.3.4 实验练习 65
3.3.5 实验结果 70
3.4 SRV02速度控制 71
3.4.1 系统设计指标 71
3.4.2 控制器设计 71
3.4.3 实验准备 76
3.4.4 实验练习 76
3.4.5 实验结果 80
第4章 BB01球杆系统 82
4.1 系统介绍 82
4.1.1 系统结构 82
4.1.2 主要部件及技术参数 83
4.1.3 系统装配与设备连接 84
4.2 系统分析与建模 86
4.2.1 机理法建模 86
4.2.2 球杆系统串级控制设计 89
4.3 实验准备 92
4.4 实验练习 93
4.4.1 运用理想PD控制器的串级控制系统仿真 93
4.4.2 运用实际PD控制器、考虑伺服单元的串级控制 97
4.5 实验结果 100
第5章 旋转柔性尺 101
5.1 系统介绍 101
5.1.1 系统结构 101
5.1.2 柔性尺模块技术参数 102
5.1.3 系统装配与设备连接 102
5.2 系统分析与建模 104
5.2.1 系统的数学建模 104
5.2.2 实验准备 108
5.2.3 实验练习 109
5.2.4 建模实验结果 112
5.3 控制系统设计 112
5.3.1 系统设计指标 112
5.3.2 系统分析与设计 113
5.3.3 实验准备 114
5.3.4 实验练习 114
5.3.5 实验结果 117
第6章 旋转柔性关节 119
6.1 系统介绍 119
6.1.1 系统结构 119
6.1.2 主要部件及技术参数 120
6.1.3 系统装配与设备连接 121
6.2 系统分析与建模 123
6.2.1 系统的数学建模 123
6.2.2 实验准备 125
6.2.3 实验练习 125
6.2.4 建模实验结果 129
6.3 控制系统设计 130
6.3.1 系统设计指标 130
6.3.2 系统分析与设计 130
6.3.3 实验准备 132
6.3.4 实验练习 132
6.3.5 实验结果 136
附录A SRV02接口功能实现 137
A.1 直流电机驱动 137
A.2 使用电位器测量位置 140
A.3 使用转速计测量速度 142
A.4 使用编码器测量位置 144
A.5 数据保存与曲线绘制 146
书单推荐
