了得網工業技術_智能控制基礎（盧明明）

內容簡介

本書是“高等院校智能制造應用型人纔培養繫列教材”之一，全書共7章，內容涵蓋控制繫統建模的理論基礎、控制繫統的信號與性能分析基礎、智能控制算法基礎、機械臂的智能控制應用案例分析、AGV小車的智能應用案例分析、智能控制技術未來的發展等。本教材重點概述或闡述了智能控制相關的基礎概念、發展歷程和趨勢，對智能控制的基礎理論和關鍵技術進行了簡明而生動的闡述、歸納與總結。本教材內容豐富，適合作為機械類（機械制造及其自動化、機械電子、機械設計、智能制造等）專業核心課程的教材，也可作為研究生的專業基礎課程教材或相關工程技術人員的參考資料。

作者簡介

盧明明，長春工業大學教授。吉林省微納與精密制造重點實驗室骨干成員，中國機械工程學會特種加工分會理事，吉林省增材制造學會理事，吉林省撥尖創新人纔，長春工業大學優秀青年學者。一直從事振動輔助切削、微納與精密加工等方向的研究，目前為止主持國家自然科學基金項目1項，吉林省重點研發項目1項，吉林省自然科學基金主題科學家專項1項，青年基金1項。作為科研骨干參與國家自然科學基金項目4項、國家重點研發計劃1項、省部級科研項目10餘項。近五年，成果獲吉林省科學技術獎技術發明類一等獎2 項、自然科學學術成果獎二等獎1項、發明專利授權11 件、發表SCI檢索論文50餘篇。在參與科研項目的過程中申請人對基於FTS的金剛石車削技術、精密CNC車床運動軸的誤差動態補償技術、三維橢圓振動輔助切削技術等方面進行了深入的研究，取得了階段性理論研究成果和實用技術。主要講授機械控制工程基礎、液壓與氣壓傳動、難加工材料高效加工技術、智能制造導論等專業課程。

第1章緒論11.1 智能控制的起源21.1.1 智能控制的提出31.1.2 智能控制的概念41.1.3 智能控制的發展51.1.4 智能控制的特點61.2 工業控制對智能控制技術的需求61.3 智能控制技術要求與實施方案71.4 智能控制的主要內容91.4.1 控制繫統建模與分析91.4.2 智能控制算法基礎91.4.3 智能控制算法在工業控制中的應用91.5 本章小結10課後習題10第2章控制繫統建模的理論基礎112.1 基本定義與概念122.1.1 控制繫統的基本控制方式132.1.2 控制繫統的類型152.1.3 控制繫統的性能要求162.1.4 典型輸入信號172.2 控制繫統的微分方程192.2.1 列寫微分方程的一般方法192.2.2 線性繫統的基本特性212.2.3 線性微分方程的求解212.3 拉氏變換及其應用212.3.1 拉氏變換的定義222.3.2 常見拉氏變換222.3.3 拉氏變換定理232.3.4 拉氏反變換262.3.5 用拉氏變換求解微分方程292.4 控制繫統的傳遞函數302.4.1 傳遞函數的定義302.4.2 傳遞函數的性質和含義312.4.3 典型環節的傳遞函數322.5 控制繫統的結構圖與信號流圖372.5.1 繫統結構圖的組成和繪制372.5.2 結構圖的等效變換和簡化402.5.3 信號流圖的組成及性質422.5.4 信號流圖的繪制432.5.5 梅森增益公式442.6 控制繫統建模實例462.7 本章小結53課後習題55第3章控制繫統的信號與性能分析基礎573.1 控制繫統的信號分析基礎583.2 控制繫統的時域分析593.2.1 定義與概念593.2.2 一階時域繫統分析603.2.3 二階時域繫統分析633.2.4 高階時域繫統分析703.2.5 基於Matlab的機床多軸運動控制繫統時域分析733.3 控制繫統的頻域分析743.3.1 定義與概念743.3.2 開環輻相頻率特性曲線（極坐標圖）繪制813.3.3 開環對數頻率特性曲線（Bode圖）繪制863.3.4 基於Matlab的機床振動信號頻域分析933.3.5 閉環繫統的頻域分析943.4 控制繫統的穩定性分析與誤差分析963.4.1 控制繫統的性能分析基礎963.4.2 控制繫統的勞斯穩定判據993.4.3 控制繫統的奈奎斯特穩定判據1053.4.4 控制繫統的穩態誤差分析1153.4.5 控制繫統穩定性分析實例1243.5 本章小結132課後習題133第4章智能控制算法基礎1384.1 PID控制1394.2 模糊控制1414.2.1 模糊控制原理1414.2.2 模糊控制繫統的工作原理1444.2.3 模糊規則的描述1454.3 神經網絡控制1484.3.1 神經網絡控制的歷史1484.3.2 神經網絡理論基礎及原理1494.3.3 神經網絡的分類1514.3.4 神經網絡學習算法1524.3.5 神經網絡的特點1544.3.6 典型神經網絡1554.4 仿生智能算法1614.4.1 數學基礎1624.4.2 仿人智能算法1664.4.3 仿動物群智能算法1764.4.4 仿植物智能算法1854.4.5 仿自然智能算法1904.4.6 進化算法2004.5 Hough變換與傅裡葉變換2084.5.1 變換思維意識概述2084.5.2 Hough變換2094.5.3 傅裡葉變換2174.6 PWM電機控制算法2224.6.1 概述2224.6.2 PWM控制的基本原理2244.6.3 PWM逆變電路及其控制算法2264.6.4 直流電機的PWM控制2304.7 本章小結234課後習題236第5章機械臂的智能控制應用案例分析2375.1 機械臂控智能控制算法應用2385.1.1 速度輸入下的位置控制2395.1.2 轉矩輸入下的位置控制2415.2 機械臂末端圖像智能控制算法應用2455.2.1 圖像處理2455.2.2 位姿獲取2485.3 機械臂用伺服電機智能控制算法應用2505.3.1 線性伺服繫統理論2505.3.2 穩定裕度與靈敏度2525.3.3 基於位置的視覺伺服2535.3.4 基於圖像的視覺伺服2555.3.5 復合視覺伺服2565.4 機械臂整機簡單智能控制算法應用2575.4.1 機械臂獨立PD控制2575.4.2 基於模糊補償的機械臂模糊自適應滑模控制2595.5 本章小結263課後習題264第6章 AGV小車的智能應用案例分析2656.1 AGV基本概述2666.1.1 AGV的發展現狀2666.1.2 AGV的繫統構成2676.2 AGV控智能控制算法應用2716.2.1 AGV動力電池2716.2.2 AGV電機與電機2746.3 ROS繫統2816.4 視覺導引的AGV智能控制2826.5 AGV定位繫統2846.5.1 室內定位技術概述2846.5.2 UWB定位技術的歷史2856.5.3 UWB技術優勢2856.6 本章小結286課後習題286第7章未來與展望2877.1 機遇與問題2887.1.1 機遇2887.1.2 問題2887.2 智能控制技術目前的應用2897.2.1 5G技術2897.2.2 工業大數據技術2927.3 展望2937.4 本章小結294附錄295附錄1295附錄2298附錄3299附錄4301附錄5302附錄6303參考文獻304

前言

科技基礎能力是國家綜合科技實力的重要體現，是國家創新體繫的重要基石，是實現高水平科技自立自強的戰略支撐。黨的二十大報告指出，要加強科技基礎能力建設。制造業決定了一個國家的綜合實力和國際競爭力，是我國經濟命脈所繫，是立國之本、強國之基。而在新一代科技革命和產業變革日新月異的大背景下，智能制造是我國制造業高質量發展並構建國際競爭新優勢的主攻方向和堅實根基。智能控制是實現智能制造的核心技術，也是工業4.0的基礎技術。通過智能控制，能夠實現生產率、可靠性和能效性的全面均衡。對於大量智能制造領域的技術開發人員，重點需要掌握的，往往是智能控制的應用，這就需要具備相關的基礎知識，知其然，亦可繼而索之，知其所以然。基於此，本書從更便於自學的角度，力求按教學規律來闡述智能控制的基礎知識。本書主要內容包括：智能控制的內涵，控制繫統的建模、信號與性能分析，智能控制算法，智能控制的經典應用案例，智能控制的發展方向等。本書可作為普通高等學校機械、電氣、自動化、計算機等專業本科生的專業核心課教材，也可供從事智能控制技術研究工作的科技人員參考。本書由盧明明、李明達、宋盾蘭主編，陳逸達、齊升參編。分工如下：第1、3、5章由盧明明、陳逸達編寫，第2章由宋盾蘭、齊升編寫，第4、7章由李明達、宋盾蘭編寫，第6章由李明達編寫。在本書的編寫過程中，編者參閱和引用了不少國內外的學術文獻，已在書中的參考文獻中列出，在此表示感謝！同時，侯彥斌、劉宇強、邱令偉、李昊、朱家鑫、崔航、郭洪鑫、王卓識、王銘等研究生做了大量的文字和圖表的處理工作，特此表示感謝。智能控制技術作為智能制造的重點，涉及面廣，書中難免存在不足之處，懇請讀者給予批評指正，感激不盡！編者

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