【正文】 知多自由度機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型為： 且各項(xiàng) 均可精確計(jì)算。 )(),()()( qGqqHqqDt ??? ???? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法 具有前饋補(bǔ)償?shù)? 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的性能 取決于本體和控制對(duì) 象的動(dòng)力學(xué)模型的估 算準(zhǔn)確性。當(dāng)?shù)貌坏? 準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型或 是環(huán)境變動(dòng)超出系統(tǒng) 反饋補(bǔ)償范圍時(shí)，控 制性能就會(huì)改變。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法 選取控制規(guī)律為： 式中， ——關(guān)節(jié)控制的輸入力（矩）向量； ——關(guān)節(jié)速度誤差反饋系數(shù)； ——關(guān)節(jié)位置誤差反饋系數(shù)； ——希望跟蹤的關(guān)節(jié)速度和位移； ——實(shí)際的關(guān)節(jié)速度和位移。 )(),()]()()[()( qGqqHqqkqqkqqDt uuepeveuu ??????? ??????)(tu?vkp ee qq ,? qq,? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法 假定選取 ，則有： 由于慣性矩陣 可逆，所以可得誤差微分方程為： 式中， ——關(guān)節(jié)位移誤差； 分別為關(guān)節(jié)速度和加速度的誤差。只要選取合適的 和 值，就可使關(guān)節(jié)變量的各項(xiàng)誤差漸趨于零。 )(),( tete ??? )()()。,(),()。()( qGqGqqHqqHqDqD uuu ??? ?? )]()())[(()()( qqkqqkqqqDtt epeveu ??????? ???????? )(qD 0)()()( ??? tektekte pv ??? )()( qqte e ?? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法 這種控制方法是基于關(guān)節(jié)變量加速度的前饋和速度、位移誤差的反饋以及對(duì)耦合力項(xiàng)和重力項(xiàng)的補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)的，其考慮的主要是位移和速度的誤差對(duì)慣性力項(xiàng)的影響，所以適合于低速、重載的機(jī)器人。 它的缺點(diǎn)是計(jì)算 的工作量大，且控制的精度主要依賴(lài)于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的精確度。 )(),()( qGqqHqD 、 ? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 線(xiàn)性多變量控制方法是利用機(jī)器人在工作點(diǎn) p0 附近的線(xiàn)性模型工作的。 對(duì)任一多自由度機(jī)器人，其在工作點(diǎn)處的初始關(guān)節(jié)控制力（矩）向量與該點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)位移、速度和加速度之間的動(dòng)力學(xué)模型為： )(),()()( 000000 qGqqHqqDt ??????? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 當(dāng)機(jī)器人在工作點(diǎn)處有一微小擾動(dòng)時(shí)，上述動(dòng)力學(xué)模型就變?yōu)椋? 式中， ——關(guān)節(jié)控制輸入力（矩）的微小變化； ——關(guān)節(jié)位移的微小變化； ——關(guān)節(jié)速度的微小變化； ——關(guān)節(jié)加速度的微小變化。 )(),())(()(000000qqGqqqqHqqqqDt??????????????? ??????????q?q?? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 在工作點(diǎn)附近應(yīng)用臺(tái)勞級(jí)數(shù)將 和 展開(kāi)，并忽略展開(kāi)式中 及 的二階及二階以上的各次高階項(xiàng)，且假定它們足夠小，則上式可改寫(xiě)為： ),( 00 qqqqH ???? ?? )( 0 qqG ??q???qqGqGqqHqqHqqHqqqDtppp??????????????????????000)(),())(()(000000????????? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 若令 則得： 該式即為機(jī)器人在工作點(diǎn)附近的增量線(xiàn)性定常模型。 000,),( 0 ppp qGqHCqHBqDA ?????????? ? qCqBqA ?????????? ???? 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 若再令 、 、 則得： 對(duì)耦合線(xiàn)性定常微分方程應(yīng)用以下的反饋控制律： 式中， ——關(guān)節(jié)位移誤差； ——關(guān)節(jié)速度誤差； )(tqq ?? )(tqq ?? ?? )(tqq ???? ?? )()()()( tCqtqBtqAt ??? ???? )()()( tektekt pv ?? ?? )()( qqte e ?? )()( te ??? ee qq ,? q,——反饋的關(guān)節(jié)速度和位移； ——設(shè)定的關(guān)節(jié)速度和位移。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 線(xiàn)性多變量控制方法 對(duì)控制律兩邊求拉普拉氏變換可得 則其傳遞函數(shù)為： 由此可以看出，線(xiàn)性多變量控制選用的是一個(gè)比例微分 （ PD） 控制器，其考慮的主要是位移和速度的誤差對(duì)耦合力項(xiàng)和重力項(xiàng)的影響，所以適合于高速、輕載機(jī)器人的控制。 )()()( seksesks pv ?????? pv ksksG ??)( 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制就是指機(jī)器人根據(jù)傳感器對(duì)外界環(huán)境和對(duì)象物的感知，利用人工智能中的各種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)，對(duì)外界信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，然后對(duì)自己行為作出自主決策以自動(dòng)地完成任務(wù)的控制方式。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 自適應(yīng)控制 理想自適應(yīng)控制是 在基于模型控制的基礎(chǔ) 上，增添自適應(yīng)控制規(guī) 律，不斷觀測(cè)機(jī)器人各 個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)和伺服誤 差，驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)算法，重新調(diào)整或更新非線(xiàn)性模型參數(shù)，直至伺服誤差消失為止。由此可見(jiàn)，這種控制方法對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能具有自我調(diào)整功能，并且可以達(dá)到全局的穩(wěn)定。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 自學(xué)習(xí)控制 自學(xué)習(xí)控制是近年來(lái)提出的一種智能控制方法，它可利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的控制器實(shí)現(xiàn)高精度的控制。 目前人們提出的自學(xué)習(xí)控制方案主要有： ?迭代自學(xué)習(xí)控制 ?重復(fù)自學(xué)習(xí)控制。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 自學(xué)習(xí)控制 迭代自學(xué)習(xí)控制： 迭代自學(xué)習(xí)控制是以數(shù)學(xué)模型模仿人類(lèi)在每次操作均在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，且在期望值給定的條件下重復(fù)進(jìn)行一件同樣的工作為基本思路，若每次操作開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)的初始值已知，每次輸出值可測(cè)，則輸出與輸入的誤差信號(hào)就可作為下一次的控制輸入，用簡(jiǎn)單的迭代律更新存入存儲(chǔ)裝置的控制輸入，從而改善系統(tǒng)在輸入作用下的輸出，直至獲得期望的控制結(jié)果。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制 自學(xué)習(xí)控制 重復(fù)自學(xué)習(xí)控制： 重復(fù)自學(xué)習(xí)控制同樣適用于進(jìn)行重復(fù)操作的機(jī)器人，但它與迭代自學(xué)習(xí)控制不同，它不是簡(jiǎn)單的生成期望的前饋控制信號(hào)，而是利用 “內(nèi)模原理 ”，在穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個(gè)可以產(chǎn)生與參考輸入同周期的內(nèi)部模型，從而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外周期信號(hào)的跟蹤。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 機(jī)器人語(yǔ)言 世界上最早開(kāi)展機(jī)器人語(yǔ)言研究的是美國(guó)斯坦福 大學(xué)、麻省理工學(xué)院以及英國(guó)的一些大學(xué)，他們?cè)?20 世紀(jì) 60年代初期就著手這方面的工作。 1973年斯坦福大學(xué)人工智能研究室研制出實(shí)用的 WAVE 語(yǔ)言，這是第一個(gè)機(jī)器人語(yǔ)言。 WAVE 語(yǔ)言具有動(dòng)作的描述、力和接觸的控制， 配合視覺(jué)系統(tǒng)可以完成手眼協(xié)調(diào)編程。 運(yùn)動(dòng)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 機(jī)器人語(yǔ)言 之后斯坦福大學(xué)人工智能研究室在 WAVE語(yǔ)言的 基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出了 AL 語(yǔ)言。 AL語(yǔ)言不僅能用來(lái)描述機(jī)器人手爪的操作，而且 還能記憶作業(yè)環(huán)境以及環(huán)境內(nèi)各個(gè)對(duì)象物之間的相對(duì) 位置，