电路分析实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吕伟锋，董晓聪 编

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• 电路分析
• 实验
• 电子技术
• 电路原理
• 高等教育
• 理工科
• 实验教学
• 模拟电路
• 基础实验
• 大学教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030273376

版次：1

商品编码：11172422

开本：16开

出版时间：2010-05-01

页数：161

编辑推荐

吕伟锋、董晓聪主编的这本《电路分析实验》包括5章和2个附录。首先介绍电路实验的基础知识；然后介绍实验内容，分为三大模块，即直流电阻电路与基本测量、动态电路及其响应和正弦稳态交流电路，共包含13个基础实验项目，内容几乎涵盖了电路理论课程所有的重要知识点；为了加深电路应用能力和综合应用所学电路知识的能力，本书增加了综合性实验部分；附录是常用电子测量仪器和Multisim8仿真软件的介绍。本书内容全面，实验设计软、硬件相结合，实验项目从原理和实际应用出发，侧重实验思路和实验设计方法，采用自主式、多层式的实验设计理念，可适应不同层次学生的需要。

内容简介

吕伟锋、董晓聪主编的这本《电路分析实验》是与“电路分析”或“电路原理”等课程相配套的实践环节与实验设计教程，全书包括5章和2个附录，内容涵盖电路实验测试基本知识、直流电阻电路与基本测量、动态电路、正弦稳态电路、综合性实验、常用电子仪器设备，以及Multisim8仿真软件介绍。《电路分析实验》内容全面，软、硬件相结合，每个实验从原理和实际应用出发，侧重实验思路和实验设计方法，采用自主式、多层式的实验设计理念，可适应不同层次学生的需要，以此培养学生的电路应用意识、实践设计能力和严谨的科学作风。
《电路分析实验》可作为高等院校电类专业本、专科生的电路实验设计教材，也可作为相关教学研究人员和工程技术人员的电路实验参考书。

目录

前言
第1章 实验测试基本知识
1.1实验的基本要求和指导
1.2测量的基本概念及方法
1.3测量数据与误差的处理
第2章 直流电阻电路与基本测量
2.1常用实验设备及仪表使用
2.2元件伏安特性及电源外特性的测试
2.3叠加原理及基尔霍夫定律
2.4戴维南定理与诺顿定理
2.5受控源电路的设计与研究
第3章 动态电路及其响应
3.1一阶动态电路及其响应
3.2二阶动态电路及其响应
第4章 正弦稳态交流电路
4.1交流电路元件参数的测量方法
4.2正弦稳态网络函数频率特性的测量方法
4.3交流电路元件阻抗特性的观测及电路参数的测量
4.4正弦稳态电路相量的研究
4.5三相交流电路的研究
4.6RC选频网络的研究
4.7互感电路观测
第5章 综合性实验
5.1综合性实验概述
5.2最大功率传递定律的研究
5.3正弦交流电路功率因数的提高
5.4RLC串联谐振电路的研究
5.5负阻抗变换器的仿真与设计
5.6回转器的仿真与设计
附录A常用电子测量仪器介绍
A1电工电路实验台
A2CS-4125A双踪示波器
A3DS1022C数字双踪示波器
A4SP1631A型函数信号发生器
A5UT803型数字台式万用表
A6CDM-8045A型数字万用表
A7AS2173系列交流毫伏表
附录B电路仿真软件Multisim8简介
B1Multisim8的工作界面
B2Multisim8的基本操作
参考文献

前言/序言

机械臂运动学与动力学仿真建模及控制策略研究 引言 在现代工业自动化与智能制造领域，机器人技术扮演着日益重要的角色。其中，机械臂作为最常见的机器人形态之一，其精确高效的运动控制是实现复杂任务的关键。理解并掌握机械臂的运动学与动力学特性，并在此基础上设计有效的控制策略，对于提升机械臂的性能、拓展其应用范围至关重要。 本书旨在深入探讨机械臂的运动学与动力学建模方法，详细阐述基于这些模型的仿真技术，并研究适用于不同应用场景的先进控制策略。本书内容力求理论与实践相结合，既包含扎实的理论基础，也提供实际的仿真案例分析，旨在为读者提供一个全面而深入的机械臂系统研究框架。 第一章：机械臂运动学基础 本章将从最基础的概念出发，系统性地介绍机械臂的运动学。运动学主要研究的是机械臂的几何关系，即描述机械臂末端执行器（手爪）的位置、姿态与各关节变量之间的关系，而不考虑引起运动的力与力矩。 1.1 机械臂结构与自由度 我们将首先介绍典型机械臂的结构组成，包括连杆（links）、关节（joints）以及末端执行器。接着，我们将深入理解自由度（degrees of freedom, DoF）的概念，并探讨不同自由度配置对机械臂运动能力的影响。我们将学习如何对机械臂进行连杆参数化，为后续建模奠定基础。 1.2 齐次坐标变换与运动学链 本节将引入齐次坐标（homogeneous coordinates）的概念，这是一种能够统一表示平移和旋转的数学工具，在机器人学中应用极其广泛。我们将学习如何使用齐次变换矩阵来描述一个连杆相对于另一个连杆的位姿。在此基础上，我们将建立机械臂的运动学链（kinematic chain），理解如何通过连续的齐次变换来描述从基座到末端执行器的整体运动学关系。 1.3 正运动学 正运动学（forward kinematics, FK）是指给定机械臂各关节变量的值，求解末端执行器在空间中的位置和姿态。我们将详细推导不同类型关节（如旋转关节、移动关节）的齐次变换矩阵，并采用连杆坐标系（Denavit-Hartenberg, DH 参数法）系统地建立机械臂的正运动学模型。我们将通过具体的机械臂模型，演示如何通过连乘齐次变换矩阵来计算末端执行器的位姿。 1.4 逆运动学 逆运动学（inverse kinematics, IK）是与正运动学相反的问题，即给定末端执行器期望在空间中的位置和姿态，求解满足条件的各关节变量的值。逆运动学问题通常比正运动学更复杂，可能存在多解、无解或奇异解。本章将介绍两种主要的逆运动学求解方法： 几何解析法： 对于结构简单的机械臂（如平面二关节臂、PUMA 560 型机械臂），可以利用几何关系直接求解。我们将详细推导典型机械臂的几何逆解。 数值迭代法： 对于结构复杂的机械臂，几何解析法可能难以实现。我们将介绍基于雅可比矩阵的数值迭代方法，如牛顿-拉夫逊法，来近似求解逆运动学。我们将讨论算法的收敛性、收敛速度以及如何处理奇异点。 1.5 雅可比矩阵及其应用 雅可比矩阵（Jacobian matrix）是连接关节速度与末端执行器线速度、角速度的线性映射。本章将详细推导机械臂的雅可比矩阵，并探讨其在以下方面的应用： 速度和加速度分析： 利用雅可比矩阵，我们可以计算末端执行器的速度和加速度。 奇异性分析： 雅可比矩阵的奇异点对应着机械臂的奇异构形，在这些构形下，机械臂的某些运动自由度会丧失，导致控制困难。我们将分析奇异性的成因和影响。 动力学建模的预备： 雅可比矩阵在动力学分析中扮演着重要角色。 第二章：机械臂动力学建模 本章将深入研究机械臂的动力学。动力学不仅考虑了机械臂的运动学关系，更重要的是分析了驱动机械臂运动的力和力矩以及由此产生的运动。理解动力学模型对于进行精确的轨迹规划和高效的控制至关重要。 2.1 动力学建模的基本概念 我们将回顾牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程等经典力学理论，并介绍它们在机器人动力学建模中的应用。我们将定义惯性（inertia）、科里奥利力和离心力（Coriolis and centrifugal forces）、重力（gravity）以及关节摩擦（friction）等对机械臂运动产生影响的因素。 2.2 基于牛顿-欧拉方法的动力学建模 牛顿-欧拉方法是一种递推算法，它从机械臂的基座开始，逐一计算每个连杆的力和力矩，直到末端执行器，然后再从末端执行器反向递推回基座，最终得到整个机械臂的动力学方程。本节将详细介绍牛顿-欧拉方法的推导过程，并给出算法的具体实现步骤，使其便于编程实现。 2.3 基于拉格朗日方法的动力学建模 拉格朗日方法是一种能量守恒原理的应用，它通过构建机械臂系统的拉格朗日函数（动能减去势能），并利用欧拉-拉格朗日方程来推导动力学方程。相比于牛顿-欧拉方法，拉格朗日方法通常能够直接得到全局形式的动力学方程。本节将详细介绍拉格朗日函数的构建以及利用欧拉-拉格朗日方程求解动力学方程的过程。 2.4 结构化动力学方程 通过牛顿-欧拉或拉格朗日方法推导出的动力学方程通常可以表示为以下形式： $M(q)ddot{q} + C(q, dot{q})dot{q} + G(q) = au$ 其中： $q, dot{q}, ddot{q}$ 分别是关节位置、速度和加速度向量。 $M(q)$ 是对称正定的惯性矩阵（mass matrix）。 $C(q, dot{q})$ 是科里奥利力和离心力矩阵。 $G(q)$ 是重力向量。 $ au$ 是关节力矩向量。 本章将深入分析这几个矩阵和向量的构成，以及它们与机械臂结构参数和运动状态的关系。我们将探讨如何高效地计算这些项，以便于后续的仿真和控制。 2.5 关节摩擦模型 摩擦是机械臂系统中普遍存在且影响较大的因素。本节将介绍几种常见的关节摩擦模型，包括： 库仑摩擦模型（Coulomb friction model）： 模拟摩擦力方向与运动方向相反，大小恒定。 粘滞摩擦模型（Viscous friction model）： 摩擦力与速度成正比。 布里辛模型（Bristle model）： 结合了静止摩擦和运动摩擦的特性。 我们将分析不同摩擦模型对机械臂动力学行为的影响，并讨论如何在动力学模型中纳入摩擦项。 第三章：机械臂运动仿真 本章将重点介绍如何利用前面章节建立的运动学和动力学模型，对机械臂的运动进行仿真。仿真技术是验证模型准确性、设计控制策略以及评估系统性能的重要手段。 3.1 仿真平台选择与环境搭建 我们将简要介绍几种常用的机器人仿真平台，如MATLAB/Simulink Robotics System Toolbox、ROS (Robot Operating System) 配合 Gazebo 仿真器、 CoppeliaSim (V-REP) 等。我们将探讨这些平台在机械臂仿真中的优势和适用场景，并指导读者如何搭建基本的仿真环境。 3.2 基于运动学模型的仿真 正运动学仿真： 模拟给定关节轨迹下末端执行器的运动轨迹。 逆运动学仿真： 模拟机械臂如何通过关节运动来跟踪期望的末端执行器轨迹。我们将演示如何将逆运动学求解结果与运动学链相结合，生成仿真数据。 3.3 基于动力学模型的仿真 直接仿真（Forward Simulation）： 给定关节力矩，通过求解动力学方程（如式 $M(q)ddot{q} + C(q, dot{q})dot{q} + G(q) = au$）来预测机械臂的运动轨迹。我们将讨论求解二阶常微分方程组的数值积分方法，如欧拉法、龙格-库塔法等。 逆仿真（Inverse Simulation）： 给定期望的关节轨迹，计算驱动该轨迹所需的关节力矩。这对于规划最优控制输入非常重要。 3.4 轨迹规划 在本节中，我们将介绍几种常用的轨迹规划方法，以生成平滑、可执行的关节或末端执行器轨迹： 多项式插值（Polynomial Interpolation）： 利用低阶或高阶多项式在给定的时间和位置约束下进行插值。 三次样条插值（Cubic Spline Interpolation）： 确保轨迹在连接点处具有连续的速度和加速度，从而获得更平滑的运动。 梯形速度规划（Trapezoidal Velocity Profile）： 常用的一种速度规划方式，使得在运动过程中速度变化更加平稳。 3.5 仿真案例分析 我们将通过具体案例，例如一个工业机器人手臂的拾取-放置任务，来演示如何综合运用运动学、动力学模型和轨迹规划技术进行仿真。我们将展示如何设置仿真场景、定义任务、执行仿真，并对仿真结果进行分析和可视化。 第四章：机械臂控制策略 本章将聚焦于机械臂的控制策略研究。控制系统的目标是使机械臂能够按照预定的轨迹精确、稳定地运动，并抵抗外部干扰。 4.1 PID 控制 PID（比例-积分-微分）控制器是一种经典且广泛应用的反馈控制方法。我们将详细介绍 PID 控制器的原理，包括比例项、积分项和微分项的作用，以及如何根据机械臂的特性整定 PID 参数。我们将分析 PID 控制在机械臂跟踪控制和抗扰方面的性能。 4.2 逆动力学控制 逆动力学控制（Inverse Dynamics Control, IDC）是一种更为先进的控制方法，它利用机械臂的动力学模型来计算所需的关节力矩，以抵消模型中的非线性项（如科里奥利力和重力），从而使得机械臂表现出近似线性的行为。本节将详细推导逆动力学控制器的结构，并分析其优点和局限性。 4.3 阻抗控制 阻抗控制（Impedance Control）旨在控制机械臂与环境之间的相互作用力，使其表现出特定的机械阻抗特性（如质量、阻尼和刚度）。这对于需要与物体进行物理交互的任务（如装配、打磨）至关重要。我们将介绍阻抗控制的基本思想，以及如何将其应用于机械臂的末端执行器控制。 4.4 自适应控制与鲁棒控制 自适应控制（Adaptive Control）： 当机械臂的动力学参数未知或随时间变化时，自适应控制可以通过在线估计参数来调整控制器，以维持良好的控制性能。 鲁棒控制（Robust Control）： 鲁棒控制旨在设计控制器，使其在存在模型不确定性和外部干扰的情况下，仍能保证系统的稳定性和性能。我们将介绍一些基本的鲁棒控制技术，如 $mathcal{H}_infty$ 控制。 4.5 仿真与实验验证 我们将结合仿真平台，对不同控制策略进行仿真比较。此外，如果条件允许，我们将探讨如何将设计的控制算法部署到实际的机械臂硬件上进行实验验证，并分析仿真结果与实验结果的差异及原因。 结论 本书系统地阐述了机械臂的运动学与动力学建模、仿真方法以及多种先进的控制策略。通过对本书的学习，读者将能够深入理解机械臂的工作原理，掌握建立和分析机械臂模型的技术，并能够设计和实现有效的控制系统。这为进一步研究更复杂的机器人系统和应用奠定了坚实的基础。 参考文献 （此处将列出相关学术文献、书籍和技术报告，以供读者进一步参考和深入研究。）

评分☆☆☆☆☆

这本《电路分析实验》给我的最大感受就是它的“实践性”。书中的每一个实验都紧密结合了理论知识，让你在动手操作中巩固和加深理解。我记得有一个关于“频率响应”的实验，作者设计得非常巧妙，通过调整信号源的频率，观察电路输出信号的变化，从而直观地理解了电路在不同频率下的表现。这本书的实验设计很注重安全性和可行性，很多实验都可以用常见的仪器设备来完成，非常适合学生在校期间进行学习和实践。而且，书中的数据处理和结果分析部分也写得很详细，能够指导读者如何正确地解读实验数据，并得出有意义的结论。读完这本书，我感觉自己对电路分析这门学科有了更深刻的认识，也更加期待在未来的学习和工作中，能够运用这些知识去解决实际问题。这本书真的不仅仅是一本教材，更像是一本“电路工程师的成长指南”。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本《电路分析实验》的时候，感觉像是打开了一个全新的世界。书中的案例分析部分给我留下了深刻的印象。作者并没有直接给出答案，而是引导读者一步步地思考，分析问题的根源，然后找到最优的解决方案。我特别喜欢其中一个关于“滤波电路”的章节，它通过一个实际的例子，生动地展示了滤波电路在信号处理中的重要作用。作者的讲解非常细腻，从理论到实践，层层递进，让原本抽象的概念变得触手可及。我甚至能想象到，如果我在实验室里遇到类似的问题，这本书中的方法一定能帮我快速定位问题所在。这本书的语言风格也很朴实，没有华丽辞藻，但句句切中要害。读起来让人感觉很踏实，很有信服力。即使是那些我不太熟悉的专业术语，在作者的解释下，也变得容易理解多了。总的来说，这是一本非常实用、非常有价值的书，我相信它能帮助很多读者在电路分析的道路上走得更远。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常合理，逻辑性很强。从基础概念的引入，到复杂的电路模型分析，再到实验的验证，整个过程衔接得非常自然。我尤其欣赏它在讲解每一个实验时，都附带了详细的实验步骤和注意事项。这对于初学者来说，简直是福音。不用再为一点小小的疏忽而导致实验失败而感到沮丧。书中关于“瞬态分析”的讲解，更是让我大开眼界。我以前总觉得，电路一旦通电，就应该立刻进入稳定状态，但这本书让我明白，瞬态过程才是电路行为最真实、最动态的体现。作者通过一些图示和表格，将瞬态过程中电压和电流的变化曲线描绘得淋漓尽致。读完这部分，我仿佛亲身经历了一次电路的“生命周期”，感受到了它从“诞生”到“成熟”的每一个瞬间。这本书的插图质量也很高，清晰明了，为理解抽象的电路概念提供了极大的便利。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很朴实，没有那些花哨的插画，一看就是一本扎实的专业书籍。我翻了几页，发现里面的文字信息量真的很大，每一句话都似乎蕴含着深刻的含义。虽然我不是学电的，但出于好奇心，我还是试着去理解里面的内容。那些公式和图表看得我有点头疼，不过，我能感受到作者在编写这本书时付出的心血。看得出来，他们是在尽力将复杂的知识点解释得清晰易懂。有时候，我会停下来，想象一下那些实验室里的场景，学生们穿着白大褂，在操作台前专注地进行实验，而这本书就是他们最得力的助手。我猜想，对于那些真正热爱电子工程的学生来说，这本书一定能带给他们无穷的启迪和帮助，让他们在探索电的奥秘时，少走弯路，多一份自信。这本书的排版也很舒服，字体大小适中，页边距也恰到好处，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我喜欢这种沉甸甸的书，它不仅仅是一本工具书，更像是一位无声的导师，静静地陪伴在读者身边，指引方向。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究一些关于“非线性电路”的内容，偶然翻到了这本《电路分析实验》。这本书在这一块的内容虽然不多，但讲解得非常透彻。它没有回避非线性电路的复杂性，而是用一种非常系统的方式，将其分解成若干个可以理解的部分。作者通过一些图示，展示了非线性元件的特性曲线，并解释了这些特性如何影响电路的整体行为。我特别喜欢书中关于“谐波分析”的讲解，它让我明白了为什么一个简单的正弦信号，在经过非线性电路后，会产生那么多奇奇怪怪的“杂音”。这本书的语言风格比较严谨，但又不失生动，能够很好地抓住读者的注意力。我感觉，这本书不仅仅是教你如何进行电路分析，更是在培养你分析问题的思维方式。它让你学会从更深层次去理解电路，而不仅仅是停留在表面的计算。