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要

键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和

伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早

的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现

机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以

及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编

程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促

进智能机器人的实现。

当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、

比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响

应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地

纠正系统。

PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍

然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等

先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti

和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单

元，但比例控制单元是必不可少的。

关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

I

录

摘要I

第1章绪论-1-

-1-

1.2机器人控制的关键技术-1-

第2章机器人PID控制-2-

2.1PID控制器的组成-2-

2.2PID控制器的研究现状-2-

2.3PID控制器的不足-3-

第3章PID控制的原理和特点-4-

3.1PID控制的原理-4-

3.2PID控制的特点-5-

第4章PID控制器的参数整定-5-

后记-6-

II

1章绪论

1.1机器人控制系统

器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、

操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在

线操作提示和使用方便等特点。

1.2机器人控制的关键技术

关键技术包括：

(1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人

控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。

机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主

计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理

等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。

(2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作

系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器

软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功

能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组

成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，

并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器

人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场

总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，

便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

2章机器人PID控