第六章 运动控制
施耐德运动控制概述motion_guide
第六章. 运动控制6.1 运动控制的定义6.2 运动控制的组成6.2.1 同步伺服电机6.2.2 步进电机6.2.3 驱动器6.2.4 控制器6.3 运动控制系统的结构6.4 运动控制要解决的问题6.5 伺服电机的选型计算6.6 典型应用6.1 运动控制的定义运动控制是指动作的单元以非常精确的设定速度在规定时间到达准确位置的可控运动. 运动单元的运动有如下特点:路径: 有一个初始位置有一个终点位置稳定的速度和上升,下降斜率动作: 静态和动态响应非常精确运动响应很快运动很稳定位置: 有绝对位置有相对位置根据不同的应用工艺, 我们把运动分为有限轴运动和无限轴运动.有限轴运动是指运动体的运动在一定范围内, 如机械手的运动在设计范围内抓取工件. 无限轴运动是指运动体连续不断的向一个方向运动,没有边界. 如传送带的运动.6.2 运动控制的组成运动控制的组成离不开以下4个单元,如图:运动控制器: 控制运动按照设定的轨迹动作,不断计算位置和速度的匹配驱动器: 把普通电能转化为向电机提供运动的动力电机: 产生对负载推动的扭矩位置传感器: 提供电机轴实时的位置和速度所以, 运动控制要完成可控的动作, 主要对3个变量进行控制.即: 电机的力矩, 速度, 位置如图所示6.2.1 同步伺服电机首先让我们看一下运动控制中的执行器: 伺服电机电机是把电枢电流转化为电机轴输出力矩的一种装置.从技术角度, 我们通常把电机分为异步电机, 同步电机和步进电机. 从运动形式来分,可分为旋转电机和直线电机。
如图所示：在运动控制系统中，用到的电机通常为同步无刷电机。
6.2.1.2 无刷伺服电机的工作原理：集成有位置编码器的电机（位置测量）,其转子是永久磁铁, 定子是与异步电机一样的线圈绕组.当定子线圈通上交变电流, 就会在转子周围产生旋转磁场,而转子的磁场就会与定子产生的磁场相互作用, 驱动器根据位置反馈情况, 来调整定子磁场,使转子磁场与定子磁场成90度角,使力矩最大.同时,位置传感器测量出电机轴的旋转角度. 这里,转子的磁场是恒定的(由永久磁铁产生). 而定子的磁场是变化的, 它取决于通到线圈绕组电流的变化频率. 这样转子的转动就跟随着定子的旋转磁场一起运动. 即转子与旋转磁场同步.集成的位置传感器一般为电压分解器形式, 耐用且够一定精度.6.2.1.3 同步伺服电机的特性电机的输出力矩与定子电流( Is )成正比T=C1x Is C1: 为常数电机的转速与定子电流的频率(Freq.Is)成正比S=C2 x Freq.Is C2: 为常数电机在一定重量下,力矩的大小取决于转子的磁性材料的特性,如磁性材料为钕铁硼,或钐钴等.从上式可以看出, 磁通量越大, 轴输出力矩也越大.力矩/速度曲线,电机与驱动器组合通过力矩/速度曲线, 我们可以看出无刷伺服电机,有着低速高转矩,高过载力矩的特性.因此,这种电机能够胜任高精度,高动态响应的运动任务.6.2.2 步进电机.步进电机原理: 步进电机的定子是带有若干对磁极的永久磁铁. 定子是至少有两相绕组的线圈. 当一个绕组线圈通电时,产生磁场,转子被吸到一个磁极, 当另一个绕组通电时,产生另一个磁场,把转子吸到另一个磁极, 就这样定子线圈分步通电, 转子就被吸着一步一步转动了. (如图所示)所以,步进电机不需要位置反馈. 运动方式是开环的.6.2.3 位置传感器位置传感器集成在电机轴上,用来反馈电机旋转的位置和速度.通常有3种位置传感器1.电压分解器型2.增量编码器型3.绝对编码器型位置传感器的特性由3个参数来定义, 这3个参数是:分辨率, 精度和一致性分辨率是指测量一个位置的最小单元. 通常是一转多少脉冲。
运动控制技术在机器人领域中的应用
运动控制技术在机器人领域中的应用第一章：引言随着科技的快速发展，机器人已经在我们的生活中扮演越来越重要的角色。
从简单的工业机器人到复杂的人工智能机器人，它们都离不开一个核心技术，即运动控制技术。
运动控制技术是机器人能够实现精准的运动和操作的关键，本文将探讨运动控制技术在机器人领域中的应用。
第二章：机器人的运动控制技术分类机器人的运动控制技术可以分为两类：开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过预先设定的命令来控制机器人的运动，而不考虑实际的反馈信息。
闭环控制则是基于实时的反馈信息来调整机器人的运动。
两种控制方式各有优劣，根据机器人的不同应用场景，选择合适的控制方式是至关重要的。
第三章：运动控制技术在工业机器人中的应用工业机器人是最早应用运动控制技术的机器人之一。
通过精确的运动控制，工业机器人可以完成各种重复性的任务，如焊接、装配、搬运等。
运动控制技术可以实现机器人的高速度、高精度和高稳定性，提高生产效率和产品质量。
第四章：运动控制技术在服务机器人中的应用随着人工智能技术的发展，服务机器人逐渐进入人们的日常生活。
运动控制技术在服务机器人中起到了至关重要的作用。
例如，在餐厅中，服务机器人需要准确地、平稳地搬运食物；在医院中，服务机器人需要精细地控制自己的手臂来给病人提供照顾；在家庭中，服务机器人需要能够准确地感知环境，避免与人或物发生碰撞。
运动控制技术的应用使得服务机器人能够更好地适应不同的使用场景并且提供更好的服务。
第五章：运动控制技术在智能制造中的应用智能制造是未来工业的发展方向，而运动控制技术是实现智能制造的关键。
智能制造需要机器人能够根据实时的工况信息来调整自己的运动以及与其他机器人协同工作。
运动控制技术可以实现机器人的自主导航、路径规划和动作协调，提高生产线的柔性化和自适应性。
第六章：运动控制技术在医疗机器人中的应用医疗机器人是一种融合了机器人技术和医疗技术的新型设备。
运动控制技术在医疗机器人中的应用使得手术更加精准和安全。
电机与运动控制系统第二版教学设计
电机与运动控制系统第二版教学设计研究背景随着现代工业的不断发展，机电一体化技术的应用越来越广泛，其中电机和运动控制系统更是核心技术。
为了适应市场需求，电机与运动控制系统的知识也不断发展和更新。
目前，电机与运动控制是机电一体化领域的重要组成部分，而教育界也在逐步更新电机与运动控制系统的教学内容，以满足社会需求。
在此背景下，本文旨在针对电机与运动控制系统的第二版教学设计进行研究。
教学目标本教学设计的目标是培养学生的技能，能够熟练掌握电机及运动控制原理、控制技术及其应用，并在实际项目中应用所学知识，为社会和企业服务。
课程内容本课程包括以下内容：第一章：电机控制概述1.1 电机控制的定义1.2 电机控制的作用1.3 常见的电机驱动控制技术第二章：电机基础知识2.1 电机结构简介2.2 电机参数2.3 电机转换基本方程式第三章：电机控制器3.1 电机控制器的功能3.2 基于控制器的电机控制3.3 常见的电机控制器第四章：运动控制概述4.1 运动控制的定义4.2 运动控制的作用4.3 运动控制的基础知识第五章：运动控制技术5.1 速度控制技术5.2 位置控制技术5.3 运动控制器的种类和应用第六章：电机和运动控制系统的应用6.1 电机和运动控制系统在工业领域的应用6.2 电机和运动控制系统在智能化生产中的应用6.3 电机和运动控制系统在新能源行业的应用教学方法本课程将采用以下教学方法：1. 讲授通过讲授，将基础理论和实际应用紧密结合，深入浅出地讲解电机和运动控制相关知识和技术，使学生能够理解和掌握相关理论和技术。
2. 实践通过实践，学生将能够实际操作和应用电机和运动控制，不仅能够掌握理论知识，而且更能够熟练掌握实际应用技巧，培养学生的实际操作能力。
3. 课程设计通过课程设计，将深入贯彻理论和实际操作，使学生能够将所学知识应用于实际项目中，培养学生协同工作的能力和团队合作精神。
教学评价本课程的评价将以以下几个方面进行：1. 学生自我评价帮助学生了解自己的成长，提高自我认知并对自己的表现进行评价和总结。
第六章 排华运动
第四、种族、文化、宗教等方面的差异也都 是排华反华浪潮形成的因素之一。首先应是印 尼政府种族歧视政策错误的责任，但也不能说 与印度尼西亚华人社会中一度普遍存在的那种 民族优越感的过分张扬和民族沙文主义的流露 对当地人的刺激不无一点关系。
第五、参政维权意识薄弱也是印尼华人容易 受到伤害的原因之一。
到了二十世纪五十年代末，在印度尼西亚出生 的华裔占该国华人总人口的比例达到80%， 绝大多数华人家庭都已在印度尼西亚居住生活 了至少三代。
在苏加诺时代，印尼政府出台的限制、排斥 华侨经济的法案达30个左右，对华商经营的国 内贸易、进口企业、汽车商行、碾米业、木材 业等加以限制和监督，并禁止华侨在乡村从事 零售业。 特别是苏加诺政府于1959年颁布的第10 号总统令，明令从1960年起禁止华侨在印度 尼西亚县级以下地区经商。这道法令被印尼某 些地区的军事掌权者发展为不准华侨在县级以 下地区居住，结果造成印度尼西亚50多万华侨 失去生计，有的甚至流离失所，10多万华侨遭 遣返。
1882年的《排华法案》出台过程： 1881 年中美“规定华人移民美国的条约” ( 即“续 修条约” ) 的签订，标志着所谓“自由移民”时期的终 结。 1882 年美国第 47 届国会通过了“排华法案”，成 为美国历史上第一个禁止华人移民入境的法令。 该法令有十五款，主要内容有： (1)停止华工入美10年。(2)1880年11月17日以前 已经在美国居留并获得海关证明文件的华工，暂时出境 后，准予重入美国；本法令通过后 90 天内来美的华工 不在禁止之列。 (3)任何伪造身份者处以1000美元以 内罚款，或是不超过5年的监禁。(4)未持有适当执照进 入美国的华侨将被遣送回原处。 (5) 州和联邦法院均不 得准许华侨归化为美国公民，与本法相抵触的所有法律 一律作废。(6)从外国将华工运入美国的船只，每运1名 华工，船主处以不超过 500 美元的罚款和不超过 1年约
运动控制系统第6章位置随动系统
2）定位精度与速度控制范围 定位精度是评价位置随动系统控制准确度的性能指标。系统最终定 位点与指令目标值间的静止误差定义为系统的定位精度。 位置伺服系统，应当能对位置输入指令输入的最小设定单位（1脉 冲当量），作出相应的响应。为了实现这一目标，一是要采用分辨 率足够高的位置检测器，二是要求系统的速度单元具有足够宽的调 速范围，也就是说速度单元要有较好的低速运行性能。 图6-3为速度控制单元的输入输出特性
2. 交流伺服电动机
在现代伺服系统中，更多的采用交流伺服电动机。交流伺服电动机可 以是异步电动机或者永磁同步电动机。
交流异步伺服电动机有下述特点：
1）采用二相结构，电动机定子上布置有空间相差90º电角度的二相绕组， 一相称励磁绕组，一相称控制绕组，分别施加相位差90º的交流电压；
2）励磁绕组电压不变控制绕组电压为零时，旋转磁场变成了静止脉动磁 场，电动机立即停止转动，克服了普通异步电动机失电时的“自转”现象， 符合机床的要求；
6.2.4 数控机床的轨迹控制原理及其实现
1. 数控插补概述 以数控机床为例，其控制的目标是被加工的曲线或曲面，在加工过程
中要随时根据图纸参数求解刀具的运动轨迹，其计算的实时性有时难 以满足加工速度的需求。因此实际工程中采用的方法是预先通过手工 或自动编程，将刀具的连续运动轨迹分成若干段，而在执行程序的过 程中实时地将这些轨迹段用指定的具有快速算法的直线、圆弧或其它 标准曲线予以逼近。 插补是一个实时进行的数据密化过程。轨迹插补与坐标轴位置伺服是 数控机床的二个主要环节。 插补必须实时完成，因此除了要保证插补运算的精度外,还要求算法简 单。一般采用迭代算法。 就目前普遍应用的算法而言，可以分为两大类：脉冲增量插补，数据 采样插补。
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
运动技能的学习与控制第六章
麻省理工学院比齐实验：
训练猴子用手指着一串灯中亮的一盏，但是 不会指。在猴子学会按要求准确的指出亮 着的灯以后，做外科传入神经阻滞术，即 不能获得来自指灯手的运动本体感觉反馈 信息。再次让猴子指出点亮的灯，它能够 在失神经状态下准确的放置肢体与训练时 不同的指点动作。。
跑的过程。 • 通过6次跳远系列中，每位运动员助跑
和接触起跳板的步长变化，观察几个 重要的步伐模式特征。 • 一位奥林匹克水平运动员的结果—图 6.6
上图：
• 前5-6步中的步长以一个相对不变的频 率增加；7-12步在6次跳远中相对保持 一致；最后六步做出了步长的调整， 最后一步的调整，几乎占了调整的 50﹪。
视觉在结束阶段的作用
• 从目标击中前开始到目标击中时结束
• 视觉起到提供信息的作用，这些信息 帮助他做调整，是肢体击中目标
介绍
• 手动瞄准过程中视觉和手运动的相互 协调
• ----眼动跟踪仪
视觉和抓握
• 抓握和手动瞄准的不同： • 抓握动作的物体操作目的，
• 视觉控制在抓握动作和手动瞄准控制 中的作用是相似的。
• 视觉功能有两部分组成：中央视觉与 周围视觉。
• 水平延伸200度，垂直延伸160度 • 中央视觉----观察很小范围的信息，2-5
度的范围。 周围视觉----除上以外的范围
视觉和动作控制
• 我们感觉-知觉中的视觉优势的例子 • 例１：初学跳舞者和脑卒中初学走路
者， 总是看着脚，好像不这样不能完成
视本体感觉，结果做出不必要的姿 势调整。
视觉和动作控制
• １、视觉和手动瞄准 • 2、视觉和抓握 • 3、视觉和书写 • 4、视觉和移动 • 5、视觉和抓住动作
运动控制系统的建模与控制设计
运动控制系统的建模与控制设计第一章引言运动控制系统是现代工业中不可或缺的关键技术之一。
它广泛应用于机械加工、自动化生产、机器人技术等领域，对提高生产效率、降低成本、提高产品质量起着重要作用。
本文将讨论运动控制系统的建模与控制设计，以提供一个全面了解该主题的视角。
第二章运动控制系统的建模运动控制系统的建模是研究其控制性能的基础。
首先，我们需要确定系统中的各个元件，如传感器、执行器、控制器等。
然后，利用物理方程和数学模型描述它们之间的相互关系。
例如，对于一个简单的伺服电机系统，我们可以考虑电机的动力学方程、传动装置的特性以及负载的影响等。
第三章运动控制系统的控制设计运动控制系统的控制设计主要是为了实现系统的期望性能。
常见的设计方法包括经典控制方法（如PID控制器）、现代控制方法（如模糊控制、自适应控制）以及优化控制方法（如最优控制、鲁棒控制）等。
选择合适的方法要考虑系统的特点、控制要求以及设计成本等因素。
第四章运动控制系统的性能评价在控制系统设计完成后，我们需要对其性能进行评价。
常见的性能指标包括稳定性、跟踪性能、鲁棒性等。
稳定性是控制系统最基本的要求，它可以通过系统传递函数的极点位置来评估。
跟踪性能能够反映系统对于不同输入信号的响应能力。
鲁棒性则考虑了系统参数的变化对控制性能的影响。
第五章运动控制系统的应用案例运动控制系统广泛应用于各个领域。
以机械加工为例，我们可以通过控制系统来实现加工过程的精确控制和自动化操作。
在自动化生产中，运动控制系统可以帮助实现生产线的高效率运行和产品的质量保证。
此外，运动控制系统在机器人技术中也扮演着重要角色，通过对机器人的运动进行精确控制，可以实现各种复杂任务的自动化完成。
第六章运动控制系统的发展趋势随着科技的不断进步，运动控制系统也在不断发展和创新。
未来的运动控制系统将更加智能化和高效化。
例如，通过人工智能技术和大数据分析，可以实现对运动控制系统的自适应控制和优化控制。
《运动控制系统》教案
《运动控制系统》教案第一章：运动控制系统概述1.1 运动控制系统的定义1.2 运动控制系统的作用1.3 运动控制系统的发展历程1.4 运动控制系统的应用领域第二章：运动控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 驱动器2.5 运动控制器与执行器的接口第三章：运动控制算法3.1 PID控制算法3.2 模糊控制算法3.3 神经网络控制算法3.4 自适应控制算法3.5 预测控制算法第四章：运动控制系统的性能评估4.1 动态性能评估4.2 静态性能评估4.3 稳态性能评估4.4 鲁棒性评估4.5 节能性能评估第五章：运动控制系统的应用案例5.1 运动控制5.2 数控机床运动控制5.3 电动汽车运动控制5.4 无人机运动控制5.5 生物医学运动控制第六章：运动控制系统的建模与仿真6.1 运动控制系统的数学建模6.2 运动控制系统的计算机仿真6.3 仿真软件的选择与应用6.4 系统建模与仿真的实际案例6.5 建模与仿真在运动控制系统设计中的应用第七章：运动控制系统的故障诊断与容错控制7.1 运动控制系统的常见故障及诊断方法7.2 故障诊断算法及其在运动控制系统中的应用7.3 容错控制策略及其在运动控制系统中的应用7.4 故障诊断与容错控制在提高运动控制系统可靠性方面的作用7.5 故障诊断与容错控制的实际案例分析第八章：运动控制系统的优化与调整8.1 运动控制系统的性能优化方法8.2 控制器参数的整定方法8.3 系统调整过程中的注意事项8.4 优化与调整在提高运动控制系统性能方面的作用8.5 运动控制系统优化与调整的实际案例第九章：运动控制系统在工业中的应用9.1 运动控制系统在制造业中的应用9.2 运动控制系统在自动化生产线中的应用9.3 运动控制系统在技术中的应用9.4 运动控制系统在电动汽车技术中的应用9.5 运动控制系统在其他工业领域中的应用第十章：运动控制系统的发展趋势与展望10.1 运动控制系统技术的发展趋势10.2 运动控制系统在未来的应用前景10.3 我国运动控制系统产业的发展现状与展望10.4 运动控制系统领域的研究热点与挑战10.5 面向未来的运动控制系统教育与人才培养重点和难点解析重点一：运动控制系统的作用和应用领域运动控制系统在现代工业和科技领域中起着至关重要的作用。
运动控制期末考试题浓缩版
第一章1 直流调速方法（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通（3）改变电枢回路电阻R2 常用的可控直流电源有以下三种（1）旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
（2）静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
3 由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流if即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n 。
这样的调速系统简称G-M系统。
4 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。
5 抑制电流脉动的措施(1)设置平波电抗器；(2)增加整流电路相数；采用多重化技术6 P WM系统的优点（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
7 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。
89 对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：（1）调速（2）稳速（3）加、减速。
10 调速指标(1)调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即 (2)静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落n N，与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即式中n N = n0 -n N对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。
运动训练学(第六章)
（二）体能训练的意义
传统观念：体能是基础，技术是关键l & Mental Training 心理训练
（高难度技术的掌握、 战术打法的设计等）
2、大负荷训练的保障 3、心理
Tactical Training 战术训练
Technical Training 技术训练
2）大强度法
（1）负荷强度：85％以上 （协调、体积） （2）次数与组数：1-3次；6-8组。 （3）间歇：3`
3）极限大强度法
（1）强度：100%以上（2次后增加）
训
练
（2）次数与组数：少。
方
（3）间歇：基本恢复
法
4）极限次数法
（1）含义：强调次数到极限
（2）强度：中
（3）作用：增大肌肉体积
训 练
注意不同的敏感期、负重轻、动力性为主、全面
处理好负荷与恢复的关系
1 在一个训练阶段中，负荷安排应大中小结合，循序渐进
2 在小周期训练中，应使各种不同性质的力量训练交替进 行。
3 隔日安排同一肌群的力量训练比天天训练效果更好。实 验显示，隔日力量训练增长率为77.6%，而连日力量训练 只增长了74%。在运动训练实践中，教练员多逐日采用机
力量训练的基本手段
1负重抗阻练习 2对抗性训练 3力量训练器械练习 4克服弹性物体的练习 5克服外界环境阻力的练习 6克服自身体重的训练
四、力量训练的基本要求
（一）注意不同肌群力量的对应发展 （二）选择有效的训练手段 （三）处理好负荷与恢复的关系 （四）注意激发练习的兴趣 （五）儿童少年力量训练应注意的事项
四、身体形态训练的基本要求
（一）发育程度 （二）专项（耐力项目、艺术体操、跳高） （三）遗传 （四）其它多种手段（饮食、营养等）
伺服驱动与控制建模与Matlab仿真分析
2
(6) 最终求得该系统的开环传递函数模型G(s)为
G (s) K e s
e 0.35s
(T 1s1 )(T 2s1 ) (s1 )(0.352s1 )
统计模型法 —— 系统辨识法
系统辨识方法是现代控制理论中常用的方法，可根据系统的输入输出 响应估计系统的动态模型。响应信号包括：频率响应、阶跃响应、伪随机 响应、白噪声响应等。下图为系统辨识原理框图。
d2x F Fx m0 dt2
精确模型：
& x& (Jml2)F(Jlmm (Jl2)(m ml2)m si0n)m & 22l2cm os2l22gsincos & & mlcosFm2lm 2c2lo2ss2inc(oJs m & l22)(m (m 0m 0m ))mlgsin
若只考虑在工作点附近 0 0 附近100100
（2）机理建模实例 —— 一阶倒立摆
一阶倒立摆结构原理图
运动学与动力学分析建模：
1)摆杆绕其重心的转动方程为
J& & F ylsinF xlcos
2)摆杆重心的水平运动可能描述为
Fx
d2 m
dt2
(xlsin)
3)摆杆中心在垂直方向上的运动可描述为
Fy mgmddt22(lcos)
4)小车水平方向运动可描述为
m , r 为待定系数
通过实验可以获取对象的频率响应特性 G ˆ(j)Pi jQi
其中i为采样点， P , Q 为采样点处的幅值与相位
（1）Levy法对连续系统的模型进行辨识
问题：如何确定待定系数？ 从幅频特性的角度考虑所假定的对象传递函数，则有：
G (j )1 0 1j 1j L L m r (( jj)) m r B A 1 1 j jB A 2 2
运动控制第5版 第6章 异步电动机稳态控制1
图6-10 异步电动机变压变频调 速的控制特性
34
6.3.2 变压变频调速时的机械特性
基频以下采用恒压频比控制, 异步电动机机 械特性方程式(6-5)改写为
Te
3n
p
Us
1
2
R 'T 2
P = sP = 1 e ?
re
s
m
n p
3n
p
骣 çççç桫Uw1s
2
÷÷÷÷
与转速无关，故称作转差功率不变型。
37
基频以上调速
电压不能从额定值再向上提高，只能保持 不变，机械特性方程式(6-5)可写成
Te
3npUsN 2
1
(sRs
Rr' )2
sRr'
s212 (Lls
L'lr )2
6.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通
1. 异步电动机的调速方法 所谓调速，就是人为地改变机械特性
的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有 特性，工作在人为机械特性上，以达到调 速的目的。
13
由异步电动机的机械特性方程式
Te
1
sRs
3npU
2 s
Rr'
s
Rr'
2
s
2 2 1
Lls L'lr
临界转矩可写为
Tem
3 2
n
pU
sN
2
1
Rs
1
Rs2
12 (Lls
L'lr )2
38
临界转差律与(6-6)相同:
06-第六章运动控制
重力作用
持续轻微 牵拉伸肌
骨骼肌处于持续地轻微的收缩状态
12
γ环的作用
13
2.牵张反射的反射弧
膝跳反射弧：
叩击肌腱 ↓
肌肉受到牵拉刺激 ↓
肌梭兴奋性↑ ↓
Ia类和Ⅱ类 N纤维传入
↓ α运动Ｎ元兴奋
↓ 梭外肌收缩
14
膝跳反射
15
3．腱器官反射
当肌受到牵拉时，首先兴奋肌梭的感受装置 发动牵张反射，引起受牵拉的肌收缩以对抗牵拉， 当牵拉力量进一步加大时，则可兴奋腱器官使牵 张反射受抑制，以避免被牵拉的肌受到损伤。
在肌紧张的平衡调节中占优势
28
(二)去大脑强直
上述易化系统和抑 制系统对肌紧张的影响， 可用去大脑强直实验加 以说明：
在动物中脑上下丘 之间切断脑干，动物出 现伸肌过度紧张现象， 表现为四肢伸直、头尾 昂起、脊柱挺硬，称为 去大脑强直。
横断脑干切线
29
●去大脑强直的发生机制：
是因为较多的抑制系 统被切除，特别是来自皮层 和纹状体等部位的抑制性联 系，造成脑干网状结构抑制 区和易化区之间的失衡，易 化区的活动明显占优势的结 果。 临床:中脑受压(血肿、肿 瘤)、病毒性脑炎,也可出 现类似去大脑强直现象。
意义：对侧肢体的伸 直，防止歪倒，以维 持身体姿势的平衡。
18
（三）节间反射
节间反射:指脊髓某一节段神经元发出的轴突 与邻近节段的神经元发生联系，通过上、下节段 之间神经元的协同活动而发生的反射。
如：刺激脊动物腰背皮肤，可引起后肢发生 一系列节奏性骚爬动作，称为骚爬反射。
19
（四）脊休克
概念:指人和动物的脊髓与高位中枢之间离断 后反射活动能力暂时丧失而进入无反应状态的现 象。
第6章 船舶运动控制系统建模应用
第6章船舶运动控制系统建模应用6.1 引言数学模型化(mathematical modelling)是用数学语言(微分方程式)描述实际过程动态特性的方法。
在船舶运动控制领域，建立船舶运动数学模型大体上有两个目的：一个目的是建立船舶操纵模拟器(ship manoeuvring simulator)，为研究闭环系统性能提供一个基本的仿真平台；另一个目的是直接为设计船舶运动控制器服务。
船舶运动数学模型主要可分为非线性数学模型和线性数学模型，前者用于船舶操纵模拟器设计和神经网络控制器、模糊控制器等非线性控制器的训练和优化，后者则用于简化的闭环性能仿真研究和线性控制器(PID, LQ, LQG, H∞鲁棒控制器)的设计。
船舶的实际运动异常复杂，在一般情况下具有6个自由度。
在附体坐标系内考察，这种运动包括跟随3个附体坐标轴的移动及围绕3个附体坐标轴的转动，前者以前进速度(surge velocity)u、横漂速度(sway velocity)v、起伏速度(heave velocity)w表述，后者以艏摇角速度(yaw rate)r、横摇角速度(rolling rate)p及纵摇角速度(pitching rate)q表述；在3个空间位置,,zyx(或3个空间运动速度和(rolling(或3[4](6.1.1)。
显然T],,[wvu和T],,[zyx以及,,[ϕψ[4]。
但这并不等于说，我们要把这6个自由度上的运动全部加以考虑。
数学模型是实际系统的简化，如何简化就有很大学问。
太复杂和精细的模型可能包含难于估计的参数，也不便于分析。
过于简单的模型不能描述系统的重要性能。
这就需要我们建模时在复杂和简单之间做合理的折中。
对于船舶运动控制来说，建立一个复杂程度适宜、精度满足研究要求的数学模型是至关重要的。
图6.1.1的坐标定义如下：0ZYXO-是惯性坐标系(大地参考坐标系)位置，0OX指向正北，OY指向正东，OZ指向地心；o-xyz正北为零度，沿顺时针方向取0︒～360︒；舵角δ以右舵为正。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末复习重点第6章
与直流调速系统相比，以异步电动机作为执行机构，更加难于理解。
但实际上基于异步电动机的调速系统的基本结构和直流调速系统是一致的。
由于转矩是通电导体在磁场中受力产生的，为了控制转矩，必须兼顾电流和磁场，为了能使电机输出尽量大的转矩，提高带载能力，磁通要工作在接近饱和状态。
因此整个第六章、第七章交流调速部分都是围绕这一问题展开的，如何在维持磁通恒定的情况实现一般性能的转速调节和高性能的转速调节。
第六章基于稳态模型的异步电动机调速系统1. 以异步电动机调压调速为例说明异步电动机调速控制中维持磁通恒定的必要性由机械特性易理解调速原理，但如何解释调压时机械特性变软，临界转矩随电压成平方下降：需结合磁通分析，调压时磁通随电压成反比下降，调压时定子电流也会近似反比下降。
导致电机转矩随着电压下降快速下降。
2. 异步电动机变压变频调速的基本原理（重点，难点）➢异步电动机从额定转速向下调速时，如果单电机频率，显然电机磁通会增加，需要更大的激磁电流。
➢磁通表示单位面积通过的磁力线的多少，为了使电机在整个转速胃内出力最大，总是希望用足铁芯，即使电机调速时磁通一直接近饱和状态，磁通超过饱和状态时会使激磁电流过大，导致损耗过大，磁通增加又很少，为了使电机在整个调速范围内都能输出足够的电磁转矩，最好保持电机气隙磁通恒定，一直接近饱和状态。
➢如何保持气隙磁通恒定？可以从磁通与反电动势关系入手，即式6-11，而电机反电动势不能直接测量，忽略定子绕组和漏抗压降，可以得到式6-12，从而引出恒压频比控制。
并据此分析异步电动机采用恒压频比（书中也称变压变频调速）控制时电压、频率、磁通的变化规律。
3. 异步电动机采用恒压频比（变压变频）控制时的机械特性（重点，难点）➢表征异步电动机机械特性的几个关键参数包括：同步转速、临界转矩（表征最大带载能力）、起动转矩（表征起动带载能力）、线性段斜率（表征机械特性硬度）。
分析变压变频调速时机械特性曲线变化也关注以上方面。
机器人运动控制系统的设计与仿真
机器人运动控制系统的设计与仿真第一章：引言近年来，机器人技术的发展日新月异，机器人已经广泛应用于制造业、医疗领域、航空航天等诸多领域。
机器人的运动控制是机器人系统中的重要组成部分，对于实现机器人的精准运动控制和协调动作具有重要意义。
本文将着重讨论机器人运动控制系统的设计与仿真。
第二章：机器人运动控制系统的组成机器人运动控制系统主要由传感器、执行器和控制器三个部分组成。
其中，传感器负责感知机器人周围环境和其内部状态，执行器负责执行机器人的动作命令，控制器则是控制整个运动系统的核心。
第三章：传感器设计与仿真传感器在机器人运动控制系统中起到了关键的作用，常用的传感器包括光敏传感器、力传感器、位移传感器等。
本节将重点介绍传感器的设计与仿真。
在设计传感器时，需要考虑传感器的工作原理、灵敏度、精度和抗干扰性等因素。
而在仿真过程中，可以使用虚拟环境和仿真软件模拟不同的传感器工作场景，评估其性能指标。
第四章：执行器设计与仿真执行器是机器人运动控制的执行部分，常用的执行器包括电机、液压缸等。
在设计执行器时，需要考虑其承载能力、速度和精度等特性。
同时，还需考虑执行器的控制方式，如开环控制和闭环控制。
在仿真过程中，可以使用动力学仿真软件对不同的执行器进行建模和测试，以预测和评估其运动性能。
第五章：控制器设计与仿真控制器是机器人运动控制系统的核心组成部分，在控制器的设计中，常用的方法包括PID控制、模糊控制和遗传算法等。
本章将介绍各种控制方法及其在机器人运动控制中的应用。
同时，还将介绍控制器的仿真方法，包括MATLAB/Simulink、LabVIEW等仿真软件的使用，以及硬件仿真平台的搭建和验证。
第六章：机器人运动控制系统整体仿真机器人运动控制系统是一个涉及多个组成部分的复杂系统，为了验证整个系统的稳定性和性能，需要进行整体仿真。
本章将介绍如何利用现有的仿真软件和工具，对机器人运动控制系统进行整体仿真。
在仿真过程中，可以考虑不同的工作场景和运动任务，评估机器人的精准性、稳定性和可靠性等指标。
第六章 注意与运动技能的控制
案例分析：
一名网球运动员发球前的例行动作 1.决定站位与脚的位置。 2.决定发球的方式与落点。 3.调整握拍与球。 4.做个深呼吸。 5.反弹球以感受节奏。 6.表象并感受到完美的发球。 7.聚集于并将球发至上述决定的落点
理论局限：过滤器理论存在很大的局限性，它无法解 释人对有意义材料的信息加工和注意分配等现象。
二、有限容量理论
在大多数情况下，注意是一种非常有限的认 知资源，当个体同时操作两个或两个以上的任 务时，一旦所需资源超过了总资源量，将导致 其中的一个任务成绩下降或几个任务成绩同时 下降，个体必须在任务之间进行注意资源的调 整分配，并且快速进行转移，这就是注意资源 的有限性
第一节 注意概述
一、注意与意识 （一）什么是注意
注意是心理活动或意识对一定信息的指向和集中。具有两个基本特 征：选择性和集中性。注意的对象既可以是外部世界的对象和现象， 也可以是我们自己的身体、行为和观念。被我们注意到的刺激能清 晰地被我们意识到，而同时作用着的其他的刺激或者被模糊地意识 到或者没有被意识到。注意和编码是人脑信息加工的第一步，所以 人一旦失去了注意能力，心理活动将没有办法进行下去
思考题
什么是心理不应期？举例说明 比较choking现象和逆效应的不同。ห้องสมุดไป่ตู้ 以篮球和足球为例说明熟练者在完成这些
动作技能时的视觉搜索有什么特点。
你觉得技能学习中有哪些是自动加工的？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 一、低位中枢对肌紧张的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 一、低位中枢对肌紧张的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 一、低位中枢对肌紧张的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 一、低位中枢对肌紧张的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制
各级神经 大脑皮层 基底节 小脑 中脑 脑干 脑桥 主要功能 随意运动，高级脑功能 运动的设计及肌张力控制 运动中的平衡、协调、肌张 力 瘫痪类 康复治 型 疗方法
上运动 神经元 瘫痪
神经促 技术 动 通 元 为主 并 经 动 元
延髓
翻正反射（四肢支撑）、平 衡反应（双足支撑） 上运 神经 或合 状态反射，翻正反射 脑神 下运 神经 咽喉、舌肌运动，内脏运动 瘫痪
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论 运动模式化理论
3.模式化运动：运动形式固定、有节奏和连 续性运动、主观意识控制运动开始与结束 由中枢模式调控器（central pattern generator，CPG）调控。 除了CPG机制外，模式化运动已知与锥体外 系和小脑系统的机能相关，出现下意识的 横纹肌自动节律性收缩来“控制”。 步行是典型的模式化运动。
运动控制与障碍
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 划圈步态
运动控制与障碍
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 跨阈步态
运动控制与障碍
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 共济失调
运动控制与障碍
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 蹲伏步态
运动控制与障碍
第六章 运动控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 3.我们在对异常姿势控制患者进行治疗时应 给予患者多个不同的任务和环境。患者在 某一体位下运动功能重新获得不能替代其 他体位下的运动能力，动作快速度完成能 力不能替代慢速完成能力，所以设计多体 位、不同速度、不同角度、不同力量、不 同姿势、不同目的治疗应贯穿运动控制障 碍治疗的全过程。
第六章 运动控制 马萍 侯莹
第六章引言：运动控制理论 运动模式化理论
中枢模式激动环路 Central Pattern Generation
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论
运动模式化理论
儿童的运动发育过程是沿着反射性运动-模式 化运动-随意运动的顺序发展。而上运动神 经元综合征的患者也是沿着类似的路径恢 复。 高级运动功能则是从随意运动开始，通过专 项的训练向模式化运动发展，最高境界是 进入某种“反射性”运动的状态。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 脑瘫患儿 单腿站立姿势
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 脑瘫患儿 坐痊姿势
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 偏瘫患者 立位冠状面 对线
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 划圈步态
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 四、运动控制的调节
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 五、影响运动控制的因素
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 治疗中如何利用环境和任务引导患者进行治疗：
1、运动控制障碍时应以任务为导向，将复杂的、分解 的运动整合成容易理解的、任务明确的运动，对于有 认知障碍的成人或儿童患者尤其适用。例如：坐位下 训练患者的骨盆前后倾时，当我们以“骨盆前后倾” 或“收腹、挺胸”之类的词语作为任务导向时往往达 不到目的，当我们用“拔高，降下”这样的任务时患 者就能很容易地完成了；
运动学基础
第六章 运动控制
苏州工业园区娄葑医院 侯莹
学习目标
1. 掌握：不同级别神经系统对姿势与运动的 控制，损伤后的运动控制障碍特征；理想姿 势；理想上肢运动特点；理想步态特点；膀 胱控制障碍。 2. 熟悉：运动控制理论；各级中枢参与的反 射；去大脑僵直与去皮层僵直；异常姿势、 步态及上肢运动；运动控制参与系统；直肠 控制障碍。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论
等级控制理论
Arnold Gesell（1940） 正常动作发展源自中枢神经系统的逐渐皮层 化，皮层化使高级控制中心具有控制低级 反射的能力。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
神经等级控制理论对姿势发育的解释
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论
系统论
基于系统运动控制的理论，在理念运动的本质 时，我们更应该注重身体所受的外力及内力， 用生物力学知识对动作进行分析，并用来指导 运动控制障碍的治疗。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章引言：运动控制理论
系统论
系统论将整个个体看成一个有质量的机械系统， 易受外力如重力和内力的影响，包括惯性和运动 依赖的力。人体由多个关节组成，所以在运动中 具有很多的自由度，而运动的协调则是运动机体 控控制过多自由度的过程。协同在解决自由度问 题上发挥了重要的作用，通过限制特定的肌肉， 使它们作为一个整体来工作。他还提出假设，尽 管协同肌不多，但是它们制造了所有几乎我们所 知道的动作种类，简单的协同肌是运动、姿势和 呼吸协同肌。
马萍
侯莹
第二节
二、步态控制 足内翻步态
第六章 运动控制 马萍 侯莹
第六章目录
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 一、低位中枢对肌紧张的控制 二、脑干对肌紧张和姿势反射的控制 三、高级中枢对姿势和随意运动的控制 四、运动控制的调节 五、影响运动控制的因素
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第六章目录
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 二、步态控制 三、上肢运动控制 第三节 自主神经对括约肌的控制 一、自主神经的结构与功能 二、膀胱控制 三、直肠控制
马萍 侯莹
第六章 运动控制
第六章引言：运动控制理论
系统论
俄国科学家Nicolai Bernstein跟踪用凿子砸金属的 运动轨迹，进而发现几乎所有的运动都是沿着最 小的轨迹进行的，并且任务小的变化都会影响整 个运动。1926年Bernstein开始研究人体步行，并 研究了成年人、老人及大脑损伤的患者。最终， Bernstein建立了系统的运动控制理论。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 脑瘫儿童 立位异常对线
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍
一、姿势控制 脑瘫儿童 立位异常对线
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 核心肌群力量 不足引起坐位 姿势异常
第六章 运动控制
马萍
侯莹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 核心肌群 力量不足 引起立位 姿势异常
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 理想矢状位对线
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 偏瘫患者立 位异常对线
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 偏瘫患者 坐位脊柱侧弯
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第二节 运动控制与障碍 一、姿势控制 偏瘫患者 坐位脊柱侧弯背面观
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 二、脑干对肌紧张和姿势的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 二、脑干对肌紧张和姿势的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 三、高级中枢对姿势和随意运动的控制
第六章 运动控制
马萍
侯莹
系统论
Bernsten （1967） 运动控制因人而异，根据个体需求、环境和目标而 不断改变。 感觉、认知和活动三者之间相互作用。中枢神经系 统并不发出直接指令，而是各部分整体互动，系 统地进行整合。
动作控制要以达成动作功能为目标； 确认身体其他系统对动作控制的影响； 动作控制需要考虑外在环境因素影响； 动作本身也遵循力学定律，相互影响。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
第一节 神经系统对姿势与运动的控制 2.在立位下进行重心转移训练时，如果我们 的任务是“把重心移到另外一只脚上来” 时，患者往往不知道该如何执行，当我们 换成要求患者尽量伸手够不同方向较远的 物体时，患者就可以间接实现重心向所要 求的方向的转移；治疗儿童患者也时应将 各种治疗融入到不同的游戏中，使患儿产 生兴趣并完成。
第六章 运动控制
马萍
侯莹
学习目标
3. 了解：脊休克、脊髓神经元的活动；脊髓 与脑干损伤后的综合征；自主神经系统；各 级运动控制缺失后的康复治疗。 4. 能具有判断正常及异常姿势与运动控制的 基本能力，定位常见运动控制障碍。 5. 能对患者运动功能受损情况与家属、康复 治疗组成员进行沟通；能分析运动控制障碍 类型，确定治疗思路；能向运动控制障碍患 者与家属做康复健康教育。