机器人技术及其应用.ppt

2．位置和速度反馈增益的确定对于一个二阶系统的特征方程具有以下标准形式：为了安全起见，我们希望系统具有临界阻尼或过阻尼，即要求系统的阻尼比ξ≥1，可得，系统的阻尼比系统的无阻尼自然频率由闭环系统的特征方程可得第62页,共89页，星期六，2024年，5月在确定位置反馈增益时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率，它与操作臂的结构、尺寸、质量分布和制造装配质量有关。在确定位置反馈增益时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率因此速度反馈增益第63页,共89页，星期六，2024年，5月令关节的等效刚度为，则恢复力矩为，它与电机的惯性力矩相平衡，得微分方程系统结构的共振频率为第64页,共89页，星期六，2024年，5月因为在建立控制系统模型时，没有将结构的共振频率考虑进去，所以把它称为非模型化频率。一般来说，关节的等效刚度大致不变，但是等效惯性矩随末端手爪中的负载和操作臂的姿态而变化。如果在已知的惯性矩之下测出的结构共振频率为，则在其它惯性矩时的结构共振频率为第65页,共89页，星期六，2024年，5月为了不至于激起结构的振盈和系统的共振，Paul于1981年建议：闭环系统无阻尼自然频率必须限制在关节结构共振频率的一半之内，即根据这一要求来调整反馈增益上式可写为第66页,共89页，星期六，2024年，5月求出后，相应的速度反馈增益3．稳态误差及其补偿系统误差定义为拉普拉斯变换第67页,共89页，星期六，2024年，5月对于一个幅值为A的阶跃输入，即可得稳态误差第68页,共89页，星期六，2024年，5月五、PID控制按照偏差的比例(P,proportional）、积分（I,integral）、微分（D,derivative）进行控制的PID控制到目前仍是机器人控制的一种基本的控制算法。它具有原理简单、易于实现、鲁棒性强和适用面广等优点。1．理想微分PID控制下图所示为理想PID控制的基本形式，理想PID控制的表达式为，第69页,共89页，星期六，2024年，5月拉普拉斯变换第70页,共89页，星期六，2024年，5月由于机器人的控制系统采用的是计算机控制，因此以下着重讨论数字实现的算法。为了便于计算机实现，需要将积分式和微分式离散化，即第71页,共89页，星期六，2024年，5月2．实际微分PID控制由于上述原因，以一惯性环节代替微分环节，即分别将比例、积分和微分环节用差分方程离散化，得到实际编程用的增量型算式，第72页,共89页，星期六，2024年，5月第73页,共89页，星期六，2024年，5月第六节交流伺服电机的调速由于直流电机本身在结构上的缺陷，它的机械接触式换向器不但结构复杂，制造费时，价格昂贵，而且在运行中容易产生火花，以及换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等问题，在运行中需要有经常性的维护检修，对环境的要求也比较高。交流电机，特别是鼠笼型异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，可以用于恶劣环境，因此近年来在机器人领域得到了广泛的应用和推广。第74页,共89页，星期六，2024年，5月一、交流电机的调速方法交流电机的调速方法很多，有调压调速，斩波调速，转子串电阻调速，串级调速，滑差调速，变频调速等。第75页,共89页，星期六，2024年，5月二、异步电动机的变频调速系统1．电压型转差频率控制变频调速系统第76页,共89页，星期六，2024年，5月2.转矩和磁通通道独流的转差频率控制变频调速系统第77页,共89页，星期六，2024年，5月3．电流型转差频率控制的变频调速系统第78页,共89页，星期六，2024年，5月4．电流跟踪变频调速系统第79页,共89页，星期六，2024年，5月第七节机器人控制系统的硬件结构及接口一、机器人控制系统的硬件结构在控制结构上，现在大部分工业机器人都采用二级计算机控制。第一级担负系统监控、作业管理和实时插补任务，由于运算工作量大，数据多，所以大都采用16位以上微型计算机。第一级运算结果作为伺服位置信号，控制第二级。第二级为各关节的伺服系统，有两种可能方案：1）采用一台微型计算机控制高速脉冲发生器2）使用几个单片机分