機(jī)器人技術(shù)第九章機(jī)器人控制系統(tǒng)-425-7(編輯修改稿)
2025-02-03 20:56 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 誤差驅(qū)動(dòng)信號(hào) E(s) 與實(shí)際位移 之間的開環(huán)傳遞函數(shù)： 由此得 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)： 上式表明關(guān)節(jié)機(jī)器人的比例控制器是一個(gè) 二階系統(tǒng) 。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)均為正時(shí)，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。 系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo) :機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制p PID控制是機(jī)器人控制中最常用的控制算法，在 PID控制的名稱中， P指 proportional (比例）， I指 integral（積分）， D指derivative（微分），這意味著可利用 偏差，偏差的積分值，偏差的微分值 來控制。 PID控制基本形式框圖r機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制 PID控制p 如果用 e=(ry)表示偏差，則 PID控制變?yōu)椋菏街校?kP稱為 比例增益 ； kI稱為 積分增益 ； kD稱為 微分增益 。它們是影響控制規(guī)律特性的參數(shù)， 統(tǒng)稱為反饋增益 。而 TI(=kP/kI) 稱為 積分時(shí)間 ，TD(=kD/kP) 稱為 微分時(shí)間 ，分別具有時(shí)間量綱。 PID控制規(guī)律的傳遞函數(shù)可表示為 : 或p PID控制規(guī)律的離散形式為 :式中， T為采樣周期； e(n)為第 n次采樣的偏差值； e(n1)為第 n1次采樣時(shí)的偏差值。機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制p （ 1）比例控制器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可調(diào)增益的放大器。在控制系統(tǒng)中，增大 kP可 加快響應(yīng)速度 ，但過大 容易出現(xiàn)振蕩 ；p （ 2）積分控制器 能消除或減弱穩(wěn)態(tài)偏差 ，但它的存在會(huì)使系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間變長(zhǎng)，限制系統(tǒng)的快速性；p （ 3）微分控制規(guī)律能 反映輸入信號(hào)的變化趨勢(shì) ，相對(duì)比例控制規(guī)律而言 具有預(yù)見性 ，增加了系統(tǒng)的阻尼程度，有助于減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的跟蹤速度，但對(duì)輸入信號(hào)的噪聲很敏感。PID控制器的三個(gè)參數(shù)有不同的控制作用：機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服控制機(jī)器人的位置控制位置控制是在預(yù)先指定的坐標(biāo)系上 ,對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器（ end effecter）的位置和姿態(tài)（方向）的控制。如右圖所示，末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)是在三維空間描述的，包括三個(gè)平移分量和三個(gè)旋轉(zhuǎn)分量，它們分別表示末端執(zhí)行器坐標(biāo)在參考坐標(biāo)中的空間位置和方向（姿態(tài)）。因此，必須給它指定一個(gè)參考坐標(biāo)，原則上這個(gè)參考坐標(biāo)可以任意設(shè)置，但為了規(guī)范化和簡(jiǎn)化計(jì)算，通常以機(jī)器人的基坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)。機(jī)器人的基坐標(biāo)位置控制（ Position Control）end effecterXXYYZZ機(jī)器人操作手O的設(shè)置也不盡相同，如日本的 Movemaster－ Ex系列機(jī)器人，它們的基坐標(biāo)都設(shè)置在腰關(guān)節(jié)上，而美國(guó)的 Stanford機(jī)器人和 Unimation公司出產(chǎn)的 PUMA系列機(jī)器人則是以肩關(guān)節(jié)坐標(biāo)作為機(jī)器人的基坐標(biāo)的。p 直角坐標(biāo)位置控制： 是對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)在參考坐標(biāo)中的位置和姿態(tài)的控制。通常其空間位置主要由腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)確定，而姿態(tài)（方向）由腕關(guān)節(jié)的兩個(gè)或三個(gè)自由度確定。通過解逆運(yùn)動(dòng)方程，求出對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)位姿的各關(guān)節(jié)位移量，然后驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)使末端執(zhí)行器到達(dá)指定的目標(biāo)位置和姿態(tài)。（左圖）p 關(guān)節(jié)坐標(biāo)位置控制： 直接輸入關(guān)節(jié)位移給定值，控制伺服機(jī)構(gòu)。（右圖）機(jī)器人的位置控制主要有 直角坐標(biāo)空間 和 關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間 兩種控制方式機(jī)器人的位置控制p 現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人一般采用右圖（關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間）所示的控制結(jié)構(gòu)。該控制結(jié)構(gòu)的期望軌跡是關(guān)節(jié)的位置、速度和加速度，因此易于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的伺服控制。p 但這種機(jī)構(gòu)的主要問題是 ：n （ 1）控制過程中忽略了各關(guān)節(jié)間的安裝制造誤差；n （ 2）為實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤，需將機(jī)械手末端的期望軌跡經(jīng)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算變換為關(guān)節(jié)空間期望軌跡。機(jī)器人的位置控制p （ 1） 分解位置 控制 RMPC （ Resolved Motion Position Control）1972年由 Richard P. Paul提出機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)路徑和直角坐標(biāo)路徑兩種軌跡控制方法，其代表作為：R P Paul. Modeling, Trajectory Calculation and Serving of a Computer Controlled Arm. Stanford Artificial Intelligence Lab., Stanford University, Stanford, CA. A. I. Memo 177, Sept. 1972R P Paul. Manipulator Cartesian Path Control. IEEE Trans. On Sys. Man, Cyberics, Vol. SMC9, Nov. 1979, 從 70年代初開始，專家們提出了各種各樣的位置控制方法和相應(yīng)的控制算法，其中比較有代表性的是 分解運(yùn)動(dòng)控制 ，其主要包括有：機(jī)器人的位置控制分解運(yùn)動(dòng)控制p （ 2） 分解速度 控制 RMRC （ Resolved Motion Rate Control）1969年由 D. E. Whitney提出。代表作是：D E Whitney. Resolved Motion Rate Control of Manipulators and Human, Prostheses IEEE Trans. on ManMach. system. Vol. MMS10, , June 1969, p （ 3） 分解加速度 控制 RMAC ( Resolved Motion Acceleration Control )1980年由美籍華人科學(xué)家陸?zhàn)B生（ J. Y. S. Luh）提出。其代表作為：J Y S Luh, M W Walker, and R P Paul. Resolved Acceleration control of Mechanical Manipulators. IEEE Trans. on Auto. Control , Vol. AC25, , June 1980, pp468474機(jī)器人的位置控制p （ 4） 分解運(yùn)動(dòng)力 的控制 RMFC ( Resolved Motion Force Control )1982年由吳清華（ Wu C. H.）和 R. P. Paul提出。其代表作為：C H Wu and R P Paul. Resolved Motion Force Control of Robot Manipulators. IEEE Trans. on Sys. Man and Cyberics, Vol. SMC－ 12，, May/June, 1982機(jī)器人的位置控制
規(guī)章制度相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1