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| 內容簡介： |
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本书介绍了机器人的建模、仿真和控制方法，主要内容包括：线性系统、机械系统、伺服电动机的建模，非线性系统的计算机仿真，线性系统及其稳定性和状态控制器，线性控制系统的能控性与能观性，线性化控制及非线性系统的稳定性等。本书适合作为自动控制相关专业的教材，也可以作为机器人方面专业人士的参考书。
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| 關於作者： |
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Luc Jaulin，机器人学教授，就职于ENSTA-Bretagne（ENSTA为法国高等科技学院，Bretagne为法国国立海军工程学院，是ENSTA的一个组成部分，隶属于法国国防部，位于法国西北部欧洲海洋科技的中心港口布雷斯特市），在Technopole Brest-Iroise旗下STICC实验室从事水下机器人和航海机器人相关的研究工作。
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| 目錄：
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目录
Automation for Robotics
译者序
前言
第1章建模
11线性系统
12机械系统
13伺服电动机
14习题
15习题解答
第2章仿真
21向量场的概念
22图形表示
221模式
222旋转矩阵
223齐次坐标
23仿真
231欧拉法
232龙格库塔法
233泰勒法
24习题
25习题解答
第3章线性系统
31稳定性
32拉普拉斯变换
321拉普拉斯变量
322传递函数
323拉普拉斯变换
324输入输出关系
33状态方程与传递函数的关系
34习题
35习题解答
第4章线性控制
41能控性和能观性
42状态反馈控制
43输出反馈控制
44小结
45习题
46习题解答
第5章线性化控制
51线性化
511函数的线性化
512动态系统的线性化
513工作点附近的线性化
52非线性系统的稳定性
53习题
54习题解答
术语表
参考文献
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| 內容試閱：
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前言Automation for RoboticsⅠ1状态表达式与我们紧密相关的生物、经济和机械系统通常都可以用如下微分方程来描述：
x·t=fxt+utyt=gxt+ut假设该系统的时间t是连续的［JAU 05］， ut是系统的输入（或控制）向量，yt是以一定精度检测出的系统输出向量。向量xt称为系统的状态，它表示系统的记忆，或者说当系统输入为ut时预测系统结果所需的信息。方程组中的第一个方程称为演化方程，该方程是一个微分方程，它给出了t时刻的状态向量xt的当前值和施加的控制向量ut。第二个方程称为观测方程，它用来计算t时刻在已知状态和控制时的输出向量yt。注意，观测方程不同于演化方程，由于它不包含导数项，因此它不是微分方程。这两个方程构成了系统的状态表达式。
有时我们用离散时间k来描述上面的状态方程，这里k∈Z，Z是整数集，例如计算机就是一个离散时间系统，它的离散时间k与微处理器的时钟同步。离散时间系统通常用下述递归方程描述：
xk+1=fxk+ukyk=gxk+uk本书的第一个目的是通过多做习题来了解状态表达的概念。为此，我们在第1章安排了各种各样的习题来揭示如何得到状态表达式，第2章对这些已知系统的状态表达式进行计算机仿真。
本书的第二个目的是提出由状态方程描述的系统的控制方法。换句话说，我们试图构建自动机械系统（人除了给出命令或设定点外，并不包含在系统中），控制器能够使系统按人的意愿进行控制（按人的需要对系统的行为进行改变）。为此，控制器将根据输出yt（或多或少有噪声）和设定点wt计算系统的输入ut（见图Ⅰ1）。
图Ⅰ1闭环控制系统概念图从用户的角度来看，具有输入wt和输出yt的闭环系统将产生合适的行为，这样就可以说我们控制了该系统。为了实现这个控制目标，首先来看看线性系统，也就是说，函数f和g假定是线性的。因此在连续时间的情况下，系统的状态方程可写成如下形式：
x·t=Axt+Butyt=Cxt+Dut在离散时间情况下，它可写为xk+1=Axk+Bukyk=Cxk+Duk矩阵A、B、C、D分别称为演化、控制、观测和直接矩阵。系统的详细分析将在第3章进行，第4章将介绍如何使这些系统稳定，最后在第5章将像线性系统分析一样介绍工作点附近的非线性系统行为。对于那些工作点附近的非线性系统，可以采用与线性系统相同的方法进行稳定性的分析。
与本书有关的许多MATLAB程序可从以下网址得到：
http：wwwenstabretagnefrjaulinisteautohtmlⅠ2习题习题Ⅰ1——水下机器人法国国立布列塔尼高等先进技术学校（SNSAT）的水下机器人Saucisse控制系统［JAU 09］的照片如图Ⅰ2所示。该系统包含1台计算机、3个螺旋桨、1台摄像机、1个罗盘和1台声呐装置。什么是该系统对应的输入向量u、输出向量y、状态向量x和设定点w？计算机位于控制回路的什么位置？图Ⅰ2水下机器人的控制习题Ⅰ2——帆船机器人图Ⅰ3是法国海洋开发研究所（FRIES）和SNSAT的帆船机器人Vaimos控制系统［JAU 12a, JAU 12b］。该系统能够自主跟踪航线，它有1台安装在桅杆顶部的风速仪、1个罗盘和1台全球定位系统（GPS）。请给出该系统对应的输入向量u、输出向量y、状态向量x和设定点w。
图Ⅰ3Vaimos依据风帆逆风行驶路线形成的曲折多变的航迹Ⅰ3习题解答习题Ⅰ1的解答输入向量u∈R3为3个螺旋桨的给定电压，输出向量yt包括罗盘、声呐数据和摄像机获取的图像，状态向量x对应机器人的位置、方向和速度，设定点w由操作者选定。例如，如果我们要进行航线控制，那么设定点w就是机器人的期望速度和路径。控制器是由计算机执行的程序。
习题Ⅰ2的解答输入向量u∈R2为帆船的长度δmaxv和船舵的角度δg，输出向量y∈R4包含GPS的数据m、超声风速仪（桅杆上的风速仪）ψ和罗盘θ，设定点w对应要跟踪的航线段ab。图Ⅰ4显示了该控制回路。操作者（未出现在图中）以机器人跟踪期望路径的方式分段跟踪航线序列（这里由12条线段形成一个方形路线，然后返回港口）。
图Ⅰ4帆船机器人的控制回路
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