Dynamika i sterowanie układami mechanicznymi
Wydawnictwo PWN przedstawia wyjątkową na polskim rynku pozycję akademicką dotyczącą technik podstawowych i zaawansowanych modelowania i sterowania obiektami mechanicznymi.
Dynamika i sterowanie układami mechanicznymi obejmuje zagadnienia sterowania i modelowania ruchem m.in.:
- pojazdów kołowych i podwodnych
- bezzałogowe obiekty latające
- satelity i manipulatory kosmiczne.
Podręcznik wychodzi poza tradycyjnie rozumiane modelowanie i sterowanie zw. z metodami liniowymi (automatyka), która jest najczęściej wykładanym zakresem metod sterowania w wyższych uczelniach technicznych.
Podręcznik Dynamika i sterowanie układami mechanicznymi omawia współcześnie stosowane metody modelowania, zakresy ich zastosowań oraz dobór metod sterowania dla różnych obiektów zależnie od celu sterowania.
Podręcznik powstał na bazie zajęć – wykładów, ćwiczeń, zadań projektowych prowadzonych przez Autorkę na PW w Instytucie Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej. Powstał też z potrzeby wsparcia studentów i doktorantów jedną pozycją, w której są współczesne metody modelowania i sterowania – obecnie w rozproszonych publ. naukowych.
Podręcznik Dynamika i sterowanie układami mechanicznymi został tak skonstruowany, aby dostarczyć zbioru narzędzi do umiejętności zbudowania dynamiki złożonego układu, np. satelity i zaprojektowania dla niego algorytmu reorientacji na orbicie.
Publikacja jest kierowana z jednej strony:
- do studentów studiów inżynierskich różnych kierunków, np. mechanika, mechatronika, automatyka i robotyka i pokrewnych, ale również
- do inżynierów mechaników, automatyków czy projektantów układów mechanicznych.
Przedmowa 9
1. Wprowadzenie 11
1.1. Podstawowe reguły i etapy modelowania 12
1.2. Wybór parametrów do opisu ruchu modelu układu rzeczywistego 13
1.3. Więzy krepujące układy materialne 22
1.4. Skutki linearyzacji modelu nieliniowego 23
1.5. Skutki założeń modelowych – przykład – koło sztywne i koło ogumione 25
2. Klasyfikacje modeli kinematyki i dynamiki dla układów mechanicznych 27
2.1. Klasyfikacja więzów 27
2.2. Modele układów holonomicznych – przykłady 31
2.3. Modele układów nieholonomicznych – przykłady 32
2.4. Klasyfikacja modeli układów z punktu widzenia zadań sterowania 37
3. Metody modelowania nieliniowych układów holonomicznych 43
3.1. Równania Lagrange’a II rodzaju 43
3.2. Kanoniczne równania Hamiltona 47
3.3. Manipulator wieloczłonowy – budowa i analiza modelu dynamiki 51
3.3.1. Sformułowanie celu modelowania i założeń fizycznych 52
3.3.2. Model fizyczny manipulatora 53
3.3.3. Modele matematyczne trójczłonowego manipulatora płaskiego 56
3.3.4. Weryfikacja modelu matematycznego trójczłonowego manipulatora płaskiego 62
4. Metody modelowania nieliniowych układów nieholonomicznych 71
4.1. Kinematyczne i dynamiczne modele układów nieholonomicznych 71
4.2. Równania Lagrange’a z mnożnikami 72
4.3. Równania Maggiego 73
4.4. Równania Boltzmanna-Hamela 79
4.5. Roller-racer – pojazd z kołami biernymi – przykład budowy modelu dynamiki 86
4.6. Pojazd kołowy z kołami czynnymi – przykład budowy modelu dynamiki 89
4.7. Snake-board – pojazd z kołami biernymi – przykład budowy modelu dynamiki 94
4.8. Pojazd z przyczepą – przykład modelowania z wykorzystaniem quasi-współrzędnych 98
4.9. Pojazd podwodny – przykład budowy modelu dynamiki 101
4.10. Układ biomechaniczny – przykład budowy modelu dynamiki robaka z łuską 108
4.11. Robot typu wąż – model inspirowany ruchem organizmu żywego 111
4.12. Model manipulatora kosmicznego – przykład budowy modelu dynamiki 113
4.13. Model satelity serwisowego – przykład budowy modelu dynamiki z wykorzystaniem kwaternionów 118
5. Reprezentacja równań więzów w analizie numerycznej modeli nieliniowych i aspekty numeryczne rozwiązywania równań ruchu układów mechanicznych 123
6. Wprowadzenie do teorii sterowania nieliniowego – podstawowe narzędzia stosowane w nieliniowej teorii sterowania (NTS) 137
6.1. Rodzaje zadań sterowania i etapy projektowania sterowania nieliniowego 137
6.2. Sterowalność lokalna, globalna oraz narzędzia jakościowego i ilościowego badania sterowalności modeli nieliniowych 139
6.3. Metody linearyzacji nieliniowych modeli sterowania w pętli sprzężenia zwrotnego – linearyzacja zupełna i częściowa, linearyzacja wejście-stan, wejście-wyjście 151
6.4. Stateczność i badanie stateczności modelu sterowania w pętli sprzężenia zwrotnego 155
7. Strategie i algorytmy sterowania dla modeli nieliniowych holonomicznych i nieholonomicznych na poziomie kinematyki 169
8. Strategie i algorytmy sterowania nieliniowego oparte na modelach dynamicznych 179
8.1. Klasyfikacje modeli oraz strategii i algorytmów sterowania nieliniowego 179
8.2. Metody sterowania nieadaptacyjnego na poziomie dynamiki – przykłady algorytm—w sterowania dla modeli układów holonomicznych 180
8.3. Metody sterowania nieadaptacyjnego na poziomie dynamiki – przykłady algorytm—w sterowania dla modeli układów z więzami holonomicznymi inieholonomicznymi 184
8.4. Metody sterowania adaptacyjnego na poziomie dynamiki – przykłady algorytmów 191
8.5. Metody sterowania dla układów niedosterowanych 195
8.6. Metody sterowania typu learning, repetitive iinne metody sterowania na poziomie dynamiki 204
8.7. Inne współczesne metody sterowania – wybrane przykłady 207
8.7.1. Metoda sterownia typu backstepping 208
8.7.2. Sterowanie typu flatness based oparte na własności płaskości różniczkowej 212
9 Badania eksperymentalne w zakresie zastosowania i oceny efektywności algorytm—w sterowania nieliniowego 221
9.1. Specyfikacja techniczna i oprogramowanie robota Pioneer 3-DX 222
9.2. Model sterowania robota Pioneer 3-DX 224
9.3. Implementacja algorytmu śledzącego wśrodowisku ARIA 224
9.4. testy w symulatorze MobileSim 226
9.5. Testy eksperymentalne na robocie Pioneer 3-DX 228
