面向光电跟踪系统的先进运动控制 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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任彦 著

图书标签:

• 运动控制
• 光电跟踪
• 太阳能
• 控制系统
• 算法
• 优化
• 机器人
• 自动化
• 嵌入式系统
• 跟踪技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030521781

版次：01

商品编码：12212192

包装：平装

开本：32开

出版时间：2017-06-01

页数：200

正文语种：中文

内容简介

光电跟踪伺服系统的研究具有重要的战略意义，是国内外研究的热点。这类系统中存在视轴能否实现稳定跟的问题，这类问题严重影响了成像系统的成像质量和跟踪精度。传统的研究方法对此类问题解决途径相对独立，通用性较低，因此成像和跟踪效果不理想。本书立足于国防技术前沿，以光电稳定平台为研究对象，从伺服控制角度出发，将视轴稳定和目标跟踪归结为两类控制问题，分别以干扰抑制和跟踪控制为突破点进行研究，为这一研究课题的进一步实用化提供了丰富的理论知识和技术储备。作为一类典型的高精度伺服控制系统，应用于光电稳定平台的控制方法可以推广到大型数控加工、重型车载设备、雷达及机器人等领域，具有较广泛的实用价值。

目录

前言

第1章 绪论
1.1 概述
1.2 光电跟踪技术的价值与意义
1.2.1 应用需求
1.2.2 理论意义
1.3 国内外发展与研究现状
1.3.1 光电跟踪系统的结构形式与发展
1.3.2 光电跟踪系统伺服控制问题
1.3.3 已有研究存在的问题
1.4 本书内容安排

第2章 相关预备知识
2.1 相关基础数学知识
2.2 系统稳定性理论
2.2.1 Lyapunov定义下的稳定
2.2.2 Lyapunov稳定性的判别定理
2.3 有限时间稳定系统
2.3.1 有限时间稳定的概念
2.3.2 齐次系统的概念
2.4 加性分解理论
2.5 等效输入干扰
2.6 本章小结

第3章 光电跟踪稳定平台的建模与分析
3.1 光电跟踪系统的组成及功能
3.1.1 光电跟踪伺服系统的组成
3.1.2 光电跟踪伺服系统的功能
3.2 两轴稳定平台建模与分析
3.2.1 坐标系的定义
3.2.2 坐标变换
3.2.3 两轴稳定平台的运动学模型分析
3.2.4 两轴稳定平台的动力学模型分析
3.3 机电模型的分析
3.3.1 采用直流力矩电机驱动的系统数学模型
3.3.2 影响机械谐振模态的主要因素
3.4 基于加性分解理论的稳定平台模型分析
3.4.1 系统模型描述的等效问题
3.4.2 光电稳定平台系统基于加性分解原理的分析
3.5 本章小结

第4章 基于加性分解的鲁棒内回路控制
4.1 干扰观测器
4.1.1 基本原理
4.1.2 滤波器的设计与分析
4.2 滑模干扰观测器
4.2.1 状态观测器的基本原理
4.2.2 滑模干扰观测器的基本原理
4.2.3 矩阵L和矩阵K的求解方法
4.2.4 低通滤波器的设计
4.2.5 干扰估计的仿真验证
4.3 基于模型分解的滑模干扰观测器复合控制策略
4.3.1 模型的加性分解
4.3.2 系统控制器和辅系统补偿器的设计
4.3.3 光滑化的设计
4.3.4 状态分解观测器的设计
4.4 实验验证
4.4.1 实验设置
4.4.2 实验结果及分析
4.5 本章小结

第5章 基于NNESO干扰补偿的离散滑模控制
5.1 扩张状态观测器
5.1.1 线性高增益扩张状态观测器
5.1.2 非线性扩张状态观测器
5.1.3 基于有限时间收敛的非线性扩张状态观测器设计
5.2 离散滑模控制
5.2.1 问题描述
5.2.2 离散全局滑模控制的设计和分析
5.2.3 仿真实验与结果分析
5.3 基于NNESO干扰补偿的离散滑模控制
5.3.1 控制系统的组成结构
5.3.2 实验验证
5.4 本章小结

第6章 基于有限时间收敛的虚拟复合轴控制
6.1 虚拟复合轴控制的基本理论
6.1.1 复合轴控制系统
6.1.2 虚拟复合轴控制结构
6.1.3 虚拟复合轴伺服系统的实现
6.2 基于虚拟复合轴的干扰补偿方法
6.2.1 速度干扰观测器的实现方法
6.2.2 近似微分法
6.3 虚拟复合轴主、子系统控制器的设计
6.3.1 设计目标
6.3.2 子系统设计
6.3.3 主系统设计
6.4 实验验证
6.4.1 实验设置
6.4.2 实验结果及分析
6.5 本章小结
结束语
参考文献

《面向光电跟踪系统的先进运动控制》 引言 在现代科学技术飞速发展的浪潮中，光电跟踪系统以其精准、高效的特性，在军事、航空航天、工业自动化、医学成像等众多关键领域扮演着至关重要的角色。无论是精确锁定高速移动的目标，还是在复杂环境中稳定捕捉微小信号，其核心能力都离不开对运动的精细化控制。而“面向光电跟踪系统的先进运动控制”这一主题，正是聚焦于如何突破传统运动控制的界限，通过引入前沿理论与创新技术，为光电跟踪系统赋予前所未有的智能化、鲁棒性与高性能。 本书深入探讨了光电跟踪系统在运动控制层面所面临的挑战与机遇，并系统性地梳理了当前最先进的运动控制理论、算法及工程实现方法。它不仅仅是对现有技术的汇集，更是一种对未来发展方向的深度探索与引领，旨在为相关领域的研究人员、工程师以及高等院校的师生提供一套全面、深入且具有实践指导意义的参考。 第一章：光电跟踪系统概述与运动控制基础 本章首先对光电跟踪系统的基本原理、构成要素及典型应用场景进行全面介绍。我们将从光电信号的捕获、目标识别与定位，到控制指令的生成与执行，勾勒出光电跟踪系统的完整工作流程。在此基础上，本章将详细回顾运动控制领域的基础理论，包括PID控制、状态空间方法、反馈线性化等经典控制策略。我们将分析这些传统方法的优势与局限性，特别是它们在应对光电跟踪系统所特有的高精度、快速响应、抗干扰等需求时可能遇到的瓶颈。此外，本章还会初步介绍光电跟踪系统中常见的执行机构（如伺服电机、压电陶瓷驱动器等）及其动力学特性，为后续的先进控制算法设计奠定理论基础。 第二章：先进运动控制理论在光电跟踪系统中的应用 本章将是本书的核心，重点聚焦于那些能够显著提升光电跟踪系统性能的先进运动控制理论。我们将详细阐述模型预测控制（MPC）在处理系统约束、优化控制性能方面的独特优势，如何通过滚动优化实现对目标运动的精准预测与提前干预。接着，我们将深入研究自适应控制理论，包括基于参数辨识和模型更新的自适应控制器，探讨如何应对光电跟踪系统在工作过程中可能出现的模型参数变化、外部扰动等不确定性因素。 鲁棒控制理论也将是本章的重要组成部分。我们将介绍H∞控制、LMI（线性矩阵不等式）方法等，以保证光电跟踪系统在存在模型不确定性和外部噪声的情况下，仍能保持稳定且高性能的跟踪表现。此外，本章还将探讨滑模变结构控制（SMC）在实现高鲁棒性与快速动态响应方面的潜力，分析其如何通过引入“滑模”概念来克服参数变化和干扰的影响。对于一些特殊的跟踪需求，如零速或低速跟踪，本书还将引入相应的先进控制方法，例如基于力矩补偿的精确伺服控制。 第三章：智能控制方法与光电跟踪系统 随着人工智能技术的蓬勃发展，智能控制方法为光电跟踪系统带来了革命性的突破。本章将重点介绍神经网络（NN）和模糊逻辑（FL）在运动控制中的应用。我们将详细讲解如何利用神经网络逼近复杂的非线性系统模型，或者直接作为控制器来学习最优控制策略，从而实现对难以建立精确数学模型的跟踪对象的有效控制。 模糊逻辑控制因其直观的推理方式和对人类专家知识的融合能力，在处理主观性和不确定性方面表现出色。本章将阐述如何构建模糊规则库，设计模糊控制器，使其能够根据传感器输入的跟踪误差和误差变化率，生成平滑且有效的控制指令。 此外，本章还将探讨混合智能控制策略，即将神经网络、模糊逻辑与传统控制方法相结合，以发挥各自的优势，例如将模糊逻辑用于自适应参数整定，或将神经网络用于系统辨识和模型补偿。我们将重点分析这些智能控制方法如何提升光电跟踪系统的自学习能力、环境适应性以及应对复杂工况下的鲁棒性。 第四章：光电跟踪系统的多目标优化与协同控制 现代光电跟踪系统往往需要同时满足多个性能指标，例如高精度、高带宽、低功耗、低振动等。本章将聚焦于多目标优化控制策略，介绍如何运用多目标优化算法（如遗传算法、粒子群优化等）来设计能够同时优化多个性能指标的控制器。我们将讨论如何构建合适的评价函数，以及如何在复杂的性能权衡中找到最佳的控制参数。 协同控制的概念在多自由度或多单元协同工作的光电跟踪系统中尤为重要。本章将深入研究分布式控制、协同博弈等理论，探讨如何设计多个独立的控制器，使其能够通过信息共享和协调，共同完成对目标的高效跟踪。例如，在阵列式光学成像系统中，如何协同控制多个光学单元以实现更广阔的视场和更高的分辨率。我们将分析协同控制在提高系统整体性能、增强系统容错能力以及实现复杂任务分解方面的作用。 第五章：高精度执行机构的建模与控制 光电跟踪系统的核心在于其执行机构能够精确地将控制指令转化为物理运动。本章将深入探讨光电跟踪系统中常用的高精度执行机构，如精密伺服电机、压电陶瓷驱动器、音圈电机等。我们将详细介绍这些执行机构的非线性特性，如摩擦、间隙、饱和效应、迟滞等，以及如何建立精确的数学模型来描述其动力学行为。 基于建立的模型，本章将设计相应的先进控制策略来克服执行机构的非线性与不确定性。例如，针对摩擦力，我们将介绍摩擦补偿算法，如达林圈模型、布里斯辛模型等。对于间隙和迟滞，我们将讨论如何利用模型补偿或鲁棒控制技术来减小其对跟踪精度的影响。此外，本章还将介绍一些特殊驱动技术，例如基于磁悬浮或空气轴承的超精密驱动，并探讨相关的控制方法。 第六章：传感器融合与估计技术在运动控制中的应用 在复杂的光电跟踪场景中，单一传感器往往难以提供足够的信息来准确估计目标的状态。本章将深入探讨传感器融合技术，介绍如何整合来自不同传感器（如摄像头、激光雷达、陀螺仪、加速度计等）的数据，以获得更全面、更准确的目标状态估计。 我们将详细讲解卡尔曼滤波（KF）及其各种变种，如扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），它们在处理线性或非线性系统中的状态估计问题方面具有广泛应用。此外，本章还将介绍粒子滤波（PF）等蒙特卡洛方法，以应对更复杂的概率分布和非高斯噪声环境。 本章还将探讨诸如目标运动模型（TMM）的辨识与更新，以及如何将这些估计结果有效地反馈给运动控制器，以实现更精准、更鲁棒的跟踪。我们将分析不同传感器融合策略对跟踪系统性能的影响，并提供在实际应用中进行传感器选择与融合方案设计的指导。 第七章：光电跟踪系统的实时性与系统集成 先进的运动控制算法需要强大的实时计算能力来支撑。本章将重点关注光电跟踪系统的实时性问题，包括算法的计算复杂度分析、实时操作系统（RTOS）的选择与配置、以及硬件加速技术（如DSP、FPGA、GPU）的应用。我们将探讨如何对复杂的控制算法进行量化与优化，使其能够在严格的时间约束下完成计算。 系统集成是实现光电跟踪系统功能的重要环节。本章将从整体架构的角度，讨论如何将光学传感器、图像处理单元、运动控制器、执行机构等各个子系统有机地集成起来。我们将介绍接口协议、数据通信、时序同步等关键技术，并分析不同集成方式对系统性能的影响。此外，本章还将简要介绍系统级仿真与测试的重要性，以及如何利用仿真平台来验证控制算法的有效性和系统的整体性能。 第八章：未来展望与挑战 在本书的最后一章，我们将对面向光电跟踪系统的先进运动控制的未来发展趋势进行展望。我们将探讨诸如深度强化学习在运动控制中的潜在应用，如何利用其强大的学习能力来应对更加复杂和动态的环境。此外，本书还将讨论网络化协同控制、自主学习与决策、以及与更高层次任务规划的融合等前沿方向。 同时，本章也将理性分析当前和未来可能面临的挑战，包括计算资源限制、模型不确定性的进一步减小、大规模系统的实时协同、以及信息安全与隐私保护等问题。我们将鼓励读者在理解现有技术的基础上，不断探索新的理论与方法，以推动光电跟踪技术向着更智能、更自主、更高效的方向发展。 结论 “面向光电跟踪系统的先进运动控制”是一项充满挑战但也极具潜力的研究领域。本书通过系统性地梳理与阐述，旨在为读者提供一个全面而深入的知识框架，帮助他们理解和掌握光电跟踪系统运动控制的最新进展。我们相信，本书将成为您在该领域深入研究与创新实践的有力助手。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《面向光电跟踪系统的先进运动控制》这个书名时，脑海里立刻闪过无数个关于未来科技的画面。想象一下，那些部署在太空中的望远镜，如何精确地追踪遥远的星系；那些在战场上应用的无人机，如何稳定地锁定高速移动的目标；抑或是那些先进的安防系统，如何全天候地监控重要的区域。这些都离不开强大的光电跟踪技术和精妙的运动控制算法。这本书的题目，直指这些核心技术，让我充满了探索的欲望。我很好奇，书中会对“先进”这个词给出怎样的定义，它是否意味着引入了最新的AI技术，比如强化学习或神经网络，来提升跟踪的鲁棒性和精度？还是会深入探讨一些经典但经过优化的控制方法，例如史密斯预测器在延迟系统中的应用，或者各种最优控制理论的实践？无论如何，我都期待这本书能够提供一些令人耳目一新的见解，帮助我更深入地理解这一复杂而迷人的技术领域。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书的封面设计就充满了科技感！深邃的蓝色背景，上面点缀着流动的光线和精密的几何图形，隐约勾勒出一个动态的跟踪轨迹。光是看着就让人对接下来的内容充满了期待。我一直对那些能够实时捕捉并预测物体运动的系统非常着迷，尤其是那些涉及光电技术的。想象一下，精准的光学传感器如何在复杂多变的环境中捕捉目标的微小变化，然后与高性能的运动控制算法无缝衔接，最终实现丝滑、精确的跟踪。这本书的名字《面向光电跟踪系统的先进运动控制》，听起来就直击要害，似乎能揭示这一切背后的奥秘。我尤其好奇书中会如何讲解“先进”的运动控制策略，是全新的PID变种，还是更复杂的模型预测控制，抑或是融合了机器学习的智能控制？这些技术在机器人、自动驾驶、以及军事侦察等领域都有着极其重要的应用。我希望这本书能够深入浅出地剖析这些先进技术，让我这个对光电跟踪和运动控制都有着浓厚兴趣的读者，能够获得更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字让我立刻联想到了很多我一直好奇的工程难题。光电跟踪，顾名思义，就是要用光学的手段来“看见”并“锁定”目标，但实际操作起来肯定远不止这么简单。环境光的变化、目标自身的光学特性、以及各种干扰因素，都会给精确跟踪带来极大的挑战。而“先进的运动控制”这几个字，则暗示了书中会探讨如何克服这些挑战。我脑海中浮现出的是各种复杂的算法和反馈回路，它们是如何协同工作的，才能让系统在毫秒级的时间内做出反应，并持续修正自身的姿态，始终将目标牢牢地“盯”在视野中心。书中是否会涉及一些非常前沿的控制理论，比如自适应控制、鲁棒控制，或者甚至是非线性控制的最新发展？我非常期待书中能够提供一些具体的案例分析，例如无人机对高机动目标的跟踪，或者光学望远镜对遥远星体的精确对准。这样的技术细节，往往是理解一个领域精髓的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，对于我来说，就像是一扇通往高性能工程世界的门。光电跟踪系统，听起来就充满了挑战性，因为它需要在复杂多变的环境中，利用光学的原理捕捉并锁定目标。而“先进的运动控制”则暗示了本书不仅仅是介绍基础的跟踪机制，更是要探讨如何通过更高级、更智能的控制策略来提升系统的整体性能。我特别好奇书中是否会深入剖析那些能够应对高速、高动态目标，甚至是具有复杂运动模式目标的控制算法。例如，对于一些突发的机动动作，系统能否在极短的时间内做出反应并重新锁定？是否会介绍一些基于模型预测控制（MPC）的先进方法，或者将机器学习与传统控制理论相结合的混合控制策略？这样的内容，对于我理解现代机器人技术、自动化系统乃至航空航天领域的最新进展，都将具有极其重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，瞬间就点燃了我对精密工程的求知欲。光电跟踪系统，本身就融合了光学、电子、机械以及信息技术等多个学科的精华。而“先进的运动控制”更是为这个系统注入了灵魂。我设想，书中会从最基础的光电原理讲起，然后逐步深入到如何设计高效的光学传感器，以及如何将采集到的信号进行有效处理。但最吸引我的，还是如何用“先进”的控制算法来驱动整个跟踪系统。这不仅仅是简单的“跟着走”，而是需要在复杂的动态环境中，考虑到惯性、延迟、噪声等诸多不利因素，依然能够保持极高的精度和响应速度。我尤其希望书中能详细介绍一些能够提升跟踪性能的创新方法，比如如何利用深度学习来预测目标的运动轨迹，或者如何设计出能够自适应外部环境变化的控制策略。这些内容，对我理解现代自动化和智能制造的发展方向至关重要。