【正文】 過(guò)轉(zhuǎn)矩指令 T*的增減 ,力圖使速度指令與實(shí)際速度達(dá)到一致 。 圖 速度控制系統(tǒng) 采用以測(cè)速發(fā)電機(jī)和編碼器為代表的速度傳感器 ,可以檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 。 反之 , 當(dāng)轉(zhuǎn)矩減小時(shí) , 加速度變?yōu)樨?fù)值 , 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度下降 。 為了提高 i對(duì) Δi的跟蹤特性 , 可增大三角波的頻率 ,根據(jù)斷路器開(kāi)關(guān)元件的不同 , 通常其頻率限制在數(shù)千赫到十幾千赫范圍內(nèi) 。 斷路器的開(kāi)信號(hào)依據(jù)下列規(guī)律發(fā)生 : ???????開(kāi)信號(hào)不發(fā)生開(kāi)信號(hào)發(fā)生::WWSiSi () 因此 , 在 (1)的期間 ,如果 i小于 i*, 則 Δi增加 , 其結(jié)果是在 (2)的期間斷路器信號(hào)的流通率增大 ,電動(dòng)機(jī)外加電壓上升 ,i增大 。 因此 ,如圖 , 可以把由電流傳感器檢測(cè)得到的實(shí)際電動(dòng)機(jī)電流 i與電流指令 i*比較 , 得到電流誤差 : 圖 力控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖 在這種方法中 ,根據(jù)圖 (a)中表示的三角波信號(hào) SW 和Δi的大小關(guān)系 , 生成斷路器的開(kāi)／關(guān)信號(hào) 。 圖 成原理圖 。 為了得到期望的轉(zhuǎn)矩 , 需采用電流傳感器 。 但要得到性價(jià)比高 、 體積小 、 頻率特性好的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)器則比較困難 。 此外 , 在確定電動(dòng)機(jī)時(shí) , 應(yīng)該根據(jù)式 ()在大范圍內(nèi)設(shè)定加減速時(shí)的電流 , 其結(jié)果是增大了電力變換器的容量 。 這時(shí) ,運(yùn)動(dòng)方程式可以根據(jù)式 ()和式 ()得到 , 并且可以表示成 LT TIIKtJ ??? )(dd0co nmm? () 將上式從時(shí)間 t1到時(shí)間 t2進(jìn)行積分 , 得到關(guān)系式 )()( 120co nT12 ttJ TIIK L ???????() 圖 電動(dòng)機(jī)的加減速 這里考慮從 0速度到額定速度 ωr的啟動(dòng)時(shí)間 TS,于是在式()中 , 當(dāng)設(shè) ω1=0時(shí) , 可以得到 LTrS TIIKJT???)( 0c o n? () 當(dāng)希望機(jī)器人進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)而選定電動(dòng)機(jī)時(shí) , 選擇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小且轉(zhuǎn)矩系數(shù)大的電動(dòng)機(jī)比較好 。 2. 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止 圖 。 因此 ,這時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和黏性摩擦系數(shù)應(yīng)分別進(jìn)行相加 , 并且必須對(duì)式 ()中的 J、 D進(jìn)行設(shè)置 。 現(xiàn)在如果設(shè)換算到電動(dòng)機(jī)軸上的全部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J, 黏性摩擦系數(shù)為 D, 負(fù)載力矩為 TLm,則這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式可以由下式給出 : mmmddLL TTDtJ ??? ??() 圖 減速器 多數(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都采用了如圖 。 反之 ,則會(huì)產(chǎn)生減速運(yùn)動(dòng) 。 另外 , 作為一種電壓控制方法 , 可以先接通 S1和 S4, 隨后接通 S2和 S3, 根據(jù)適當(dāng)?shù)牧魍?, 重復(fù)地進(jìn)行上述接通操作 。 這里定義斜線位置上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)一同接通的時(shí)間 T1, 與周期 T的比為 流通率 d, 即 TTd 1?() 圖 ,S1和 S2決定端子上電壓的極性 , S3和 S4決定流通率 。 S2和 S4接通時(shí) ,端子上的電壓為 0。 當(dāng) S1與 S3處于接通狀態(tài)時(shí) , P、 Q點(diǎn)上的電位相同 , 端子上的電壓為 0。 圖 四象限短路器原理圖 。 在圖 , 速度和轉(zhuǎn)矩都用相對(duì)于額定值的百分率來(lái)表示 。 圖 直流電動(dòng)機(jī)速度與轉(zhuǎn)矩特性 2. 前面我們用式 ()給出了表 B的速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 。 另外 , 直流電動(dòng)機(jī)存在著電刷與整流子的維護(hù)以及防止火花的問(wèn)題 。 將這些值代入式 (), 即可求出這個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與速度的關(guān)系 , 其形式為 mm??? TU? () 因此 , 當(dāng)用這個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂 , 并且希望產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為 另外 , 在表 , 它們是一些具有代表性的產(chǎn)品 。m/A)時(shí) , 可求得轉(zhuǎn)矩為 Tm=KT(II0) 式中 ,I0為軸等零件上承受的摩擦轉(zhuǎn)矩的換算值 , 多數(shù)情況下可以忽略不計(jì) ,但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出比較小時(shí) , 就不能忽略不計(jì) 。 另一方面 , 對(duì)于轉(zhuǎn)矩 Tm(N 現(xiàn)在我們根據(jù)電機(jī)學(xué)原理 ,當(dāng)設(shè)電動(dòng)機(jī)的速度為 ωm(rad／ s), 電動(dòng)機(jī)電樞的電壓 、 電流 、 電阻分別為 U(V)、 I(A)、 R(Ω), 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為 KE時(shí) , 它們之間滿足下列關(guān)系 : EKVIRU bm???? () 式中 ,Vb稱為電刷電壓降 , 通常為 2～ 3V, 多數(shù)情況下可以忽略不計(jì) 。 ij kkjijkiaiijiji DqqDqJqDT ???? ???? ??616161?????? 機(jī)器人的位置控制 多關(guān)節(jié)位置控制器 1. 直流電動(dòng)機(jī)的速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 直流電動(dòng)機(jī)依據(jù)圖 同 ,有他激 、 并激 、 串激和復(fù)激電動(dòng)機(jī)等類型 。 2）這時(shí)各關(guān)節(jié)的位置和速度會(huì)互相作用，因此，必須進(jìn)行附加補(bǔ)償。 r?ImrrmIn KJRKJRKK??????? 4,2/2???tetIrmmIteImKkKKBJRKJRKKKKkKBR//)/(12/)]([11?????????? ?1/ KK? 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 控制參數(shù)確定與穩(wěn)態(tài)誤差 （ 2）穩(wěn)態(tài)誤差 根據(jù)控制理論，在控制系統(tǒng)框圖中，計(jì)算得到 E(s),即可得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置誤差、速度誤差和加速度誤差。 lmlmammmBBBJJJJBJT22??????????? ??? 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 單關(guān)節(jié)控制器的傳遞函數(shù) 因此可得其傳遞函數(shù)（同電樞控制直流伺服電機(jī)） ? ?)()()()(2IemmmmImmKkBRsBLJRJsLsKsVs??????)]()([)()()()()()(ttKtVtttttesdmmssd???????? ?????)]()([)()()()()()(ssKsVsssssEsdmmssd???????? ????? 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 單關(guān)節(jié)控制器的傳遞函數(shù) 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 單關(guān)節(jié)控制器的傳遞函數(shù) 其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 因?yàn)椋? ，略去 Lm的項(xiàng)，簡(jiǎn)化上式為： ? ?)()()()(2IemmmmIsKkBRsBLJRJsLsKKsEs????????,mm RL ???? ?)()()(IemmIsKkBRJsRsKKsEs?????? 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 單關(guān)節(jié)控制器的傳遞函數(shù) 則其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 這是一個(gè)典型的二階系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。 軌跡控制： 按關(guān)鍵點(diǎn)或軌跡進(jìn)行定位控制。 下圖 PUMA機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成 機(jī)器人的位置控制 位置控制的基本結(jié)構(gòu) PUMA機(jī)器人的伺服控制結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 具有力、位移、速度反饋 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制器路徑點(diǎn)的獲取方式： （ 1）以數(shù)字形式輸入系統(tǒng)；若以直角坐標(biāo)給出，須計(jì)算獲 得其關(guān)節(jié)坐標(biāo)位置。 2）多數(shù)仍采用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制器，然后再將設(shè)計(jì)好的控制律離散化，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 比例微分 PD補(bǔ)償： 比例積分 PI補(bǔ)償： 比例微分積分 PID補(bǔ)償： 測(cè)速補(bǔ)償時(shí)： )()()( sEsksE d????)()()( sEsksE i????)()()( sEsksE id ?? ???? )()1()()()()(00 ssssssEsE tit ????? ?????? 機(jī)器人的位置控制 位置控制的基本結(jié)構(gòu) 基本控制結(jié)構(gòu) 位置控制也稱 位姿控制 、或 軌跡控制 。 22222,39。 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 伺服電機(jī)的參數(shù)： 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 （ 1）磁場(chǎng)型控制電機(jī) 22222,??????ccmcmmmmmfmmfffffkKffFJJJKdtdFdtdJTikTdtdilirv??????????? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 Laplace變換得： )()()()()()()()(2sKFsJssTsIksTsIslrsVmmfmmffff???????))(()()(2 KFsJsslrksVsffmfm????? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 一般可取 K=0，則有等效框圖 同時(shí)，傳遞函數(shù)變?yōu)? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 ：電氣時(shí)間常數(shù)； ：機(jī)械時(shí)間常數(shù)。 m, 當(dāng)采用這種單位時(shí) , 式 ()就變成了 P= TL () 該式為電氣功率與機(jī)械功率的重要關(guān)系式 , SI表示的 。 這里用速度 ωl(rad/s)和力矩 TL(N 正如前面講過(guò)的那樣 , 通過(guò)電力變換器 , 將商用電源的電壓 、 電流和頻率進(jìn)行交換 , 然后對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制 。 所以 ， 它不同于通常的整流電路 , 可稱之為 PWM變換器 。 把交流電變換成直流電的過(guò)程 , 稱為順變換 , 這里采用的電力變換器 , 稱為整流電路 。 圖 電動(dòng)機(jī)的種類 表 主要用途 。 對(duì)于交流電動(dòng)機(jī) , 電力變換器首先將其電壓 、 電流和頻率控制到希望的數(shù)值 , 然后對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制 , 進(jìn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置進(jìn)行控制 。 (4) 具有良好的抗干擾能力 , 且相對(duì)于輸出來(lái)說(shuō) , 體積小 , 重量輕。 (2) 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)時(shí)的特性相同 , 且運(yùn)行特性穩(wěn)定 。 2. 電動(dòng)機(jī)根據(jù)輸出形式分 ,可以分為旋轉(zhuǎn)型和直線型 (如果根據(jù)采用的電源分類 , 則如表