機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用

機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用第1頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)器人的控制方式1.點(diǎn)位式很多機(jī)器人要求能準(zhǔn)確地控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑卻無關(guān)緊要。例如，在印刷電路板上安插元件、點(diǎn)焊、裝配等工作，都屬于點(diǎn)位式工作方式。2.軌跡式在弧焊、噴漆、切割等工作中，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。如果偏離預(yù)定的軌跡和速度，就會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢?？煞Q之為軌跡伺服控制。第2頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時(shí)，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時(shí)就要利用力（力矩）伺服方式。4.智能控制方式詳見第六章。第3頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月三、機(jī)器人控制的基本單元機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本要素包括電動(dòng)機(jī)、減速器、運(yùn)動(dòng)特性檢測(cè)的傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、控制系統(tǒng)的硬件和軟件。1．電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，常見的有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2．減速器減速器是為了增加驅(qū)動(dòng)力矩，降低運(yùn)動(dòng)速度第4頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3．驅(qū)動(dòng)電路由于直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)的流經(jīng)電流較大，機(jī)器人常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。4．運(yùn)動(dòng)特性檢測(cè)的傳感器機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的特性傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度等參數(shù)。5．控制系統(tǒng)的硬件機(jī)器人的控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的，機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)采用的是二級(jí)結(jié)構(gòu)——協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)。6．控制系統(tǒng)的軟件對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性的計(jì)算、機(jī)器人的智能控制和機(jī)器人與人的信息交換等功能。第5頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)伺服電機(jī)的原理與特性第6頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月一、直流電機(jī)的工作原理第7頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和額定值1．直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1－電樞繞組；2－電樞鐵心；3－機(jī)座；4－主磁極鐵心；5－勵(lì)磁繞組；6－換向極繞組；7－換向極鐵心；8－主磁極極靴；9－機(jī)座底腳；直流電機(jī)橫剖面示意圖

第8頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．直流電機(jī)的額定值（1）額定功率：是指軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。（2）額定電壓：安全工作的最大外加電壓或輸出電壓，單位為V(伏)。（3）額定電流：允許流過的最大電流，單位為A(安)。（4）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速是指電機(jī)在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為rpm(轉(zhuǎn)/分)。第11頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月三、直流伺服電機(jī)

機(jī)器人對(duì)直流伺服電機(jī)的基本要求：寬廣的調(diào)速范圍機(jī)械特性和調(diào)速特性均為線性無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象（控制電壓降到零時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)能立即自行停轉(zhuǎn)）快速響應(yīng)好直流伺服電機(jī)：傳統(tǒng)型和低慣量型兩種類型。傳統(tǒng)型按定子磁極的種類分為兩種，永磁式和電磁式。永磁式的磁極是永久磁鐵；電磁式的磁極是電磁鐵，磁極外面套著勵(lì)磁繞組。第12頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月低慣量分為盤形電樞直流伺服電機(jī)、空心杯電樞永磁式直流伺服電機(jī)及無槽電樞直流伺服電機(jī)。1一定子；2一轉(zhuǎn)子圖5－3盤型直流電機(jī)結(jié)構(gòu)第13頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1一轉(zhuǎn)子(導(dǎo)線繞6空心杯1)；2一內(nèi)定子；3一外定子；4一磁極；5一氣隙；6—導(dǎo)線；7一內(nèi)定子中的磁路圖5－4杯型直流電機(jī)結(jié)構(gòu)第14頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月在電樞控制方式下，直流伺服電機(jī)的主要靜態(tài)特性是機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。1．機(jī)械特性直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式，——電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；R——電樞電阻；——直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)結(jié)構(gòu)常數(shù)；——轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)常數(shù)；——磁通；T——轉(zhuǎn)矩。第15頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)矩T的增加，轉(zhuǎn)速n成正比下降。隨著控制電壓的降低，機(jī)械特性平行地向低速度、小轉(zhuǎn)矩方向平移，其斜率保持不變。(a)機(jī)械特性第16頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．調(diào)節(jié)特性當(dāng)T一定時(shí)，控制電壓高則轉(zhuǎn)速也高，轉(zhuǎn)速的增加于控制電壓的增加成正比，這是理想的調(diào)節(jié)特性。

調(diào)節(jié)特性時(shí)，始動(dòng)電壓為

一般把調(diào)節(jié)特性曲線上橫坐標(biāo)從零到始動(dòng)電壓這一范圍稱為失靈區(qū)。在失靈區(qū)以內(nèi)，即使電樞有外加電壓，電機(jī)也不能轉(zhuǎn)動(dòng)。第17頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月四、交流伺服電機(jī)直流電機(jī)本身存在不足機(jī)械接觸式換向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；在運(yùn)行中容易產(chǎn)生火花；換向器的機(jī)械強(qiáng)度不高；電刷易于磨損；不適于有粉塵、腐蝕性氣體和易燃易爆氣體的場(chǎng)合；對(duì)于一些大功率的輸出要求不能滿足要求。第18頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，而且堅(jiān)固耐用，慣量小，運(yùn)行可靠，很少需要維護(hù)，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，目前在機(jī)器人領(lǐng)域逐漸有代替直流伺服電機(jī)的趨勢(shì)。第19頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1.交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流伺服電機(jī)為兩相異步電動(dòng)機(jī)，一相為勵(lì)磁繞組，另一相為控制繞組，轉(zhuǎn)子為鼠籠型。交流伺服電機(jī)也必須具有寬廣的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性和快速響應(yīng)等性能，除此以外，還應(yīng)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。當(dāng)=0時(shí)，電機(jī)應(yīng)當(dāng)停止旋轉(zhuǎn)，而實(shí)際情況是，當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)，兩相異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來后，若控制電壓=0，電動(dòng)機(jī)便成為單項(xiàng)異步電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，并不停轉(zhuǎn)，出現(xiàn)了所謂的“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，使自動(dòng)控制系統(tǒng)失控。第20頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子有三種結(jié)構(gòu)型式：（1）高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子國內(nèi)生產(chǎn)的SL系列的交流伺服電機(jī)就是采用這種結(jié)構(gòu)。（2）非磁性空心杯轉(zhuǎn)子在外定子鐵心槽中放置空間相距90o的兩相分布繞組；內(nèi)定子鐵心由硅鋼片疊成，不放繞組，僅作為磁路的一部分；由鋁合金制成的空心杯轉(zhuǎn)子置于內(nèi)外定子鐵心之間的氣隙中，并靠其底盤和轉(zhuǎn)軸固定。第21頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鐵磁性空心轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子采用鐵磁材料制成，轉(zhuǎn)子本身既是主磁通的磁路，又作為轉(zhuǎn)子繞組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子氣隙稍微不均勻時(shí)，轉(zhuǎn)子就容易因單邊磁拉力而被“吸住”，所以目前應(yīng)用較少。第22頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為標(biāo)準(zhǔn)化部件，如圖6－14為松下200W交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器。第24頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)伺服電機(jī)調(diào)速的基本原理期望電機(jī)的負(fù)載特性為，通過調(diào)整裝置改變的電機(jī)特性曲線為、、與線的交點(diǎn)分別為點(diǎn)1、2和3。

與其相對(duì)應(yīng)的角速度為和即電機(jī)將有不同的角速度，實(shí)現(xiàn)了調(diào)速。

轉(zhuǎn)回調(diào)速范圍第26頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月上圖中的速度波動(dòng)不屬于調(diào)速第27頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月一、穩(wěn)態(tài)精度1．轉(zhuǎn)速變化率（靜差率）它是指電機(jī)的某一條機(jī)械特性上（一般指額定狀態(tài)）從理想空載到額定負(fù)載時(shí)的角速度降與理想空載的角速度之比，即第28頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速變化率通常稱為靜差率，在異步電機(jī)中又相當(dāng)于轉(zhuǎn)差率。顯然，它與機(jī)械特性硬度有關(guān)，如果機(jī)械特性是直線，則有第29頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．調(diào)速精度調(diào)速裝置或系統(tǒng)的給定角速度與帶額定負(fù)載時(shí)的實(shí)際角速度之差與給定轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速精度，即它標(biāo)志著調(diào)速相對(duì)誤差的大小，一般取可能出現(xiàn)的最大值作為指標(biāo)。第30頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3．穩(wěn)速精度在規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間T內(nèi)，以一定的間隔時(shí)間測(cè)量1秒內(nèi)的平均角速度，取出最大值和最小值，則穩(wěn)速精度定義為最大角速度波動(dòng)與平均轉(zhuǎn)速第31頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月如果機(jī)械特性為直線，第32頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、調(diào)速范圍在滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求下，電機(jī)可能達(dá)到的最高角速度和最低角速度的比定義為調(diào)速范圍，即調(diào)速上限點(diǎn)（點(diǎn)1）受電機(jī)固有特性的限制，而下限（點(diǎn)3）理論上為零，但是實(shí)際上這是不可能達(dá)到的。第33頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)負(fù)載波動(dòng)范圍為，則轉(zhuǎn)速最低能調(diào)至點(diǎn)3’。如再往下調(diào)，則電機(jī)將時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停，或者根本不動(dòng)。因此，對(duì)穩(wěn)態(tài)精度要求越高，則可能達(dá)到的調(diào)速范圍越小；反之越大。第34頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)，即額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速；為最低理想空載轉(zhuǎn)速；為額定負(fù)載時(shí)最低轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速降；為最低轉(zhuǎn)速，則有，式中，，為靜差率。第35頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其傳遞函數(shù)第36頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月一、傳遞函數(shù)1.拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)電機(jī)的輸入信號(hào)是v(t)，輸出信號(hào)是拉普拉斯變換的定義為，轉(zhuǎn)速

的拉普拉斯變換為第37頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月所以電機(jī)的傳遞函數(shù)定義為，由拉普拉斯的定義可知，拉普拉斯變換具有如下關(guān)系，第38頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電機(jī)的傳遞函數(shù)直流伺服電機(jī)第39頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月為電樞電壓，為激磁電壓，為電樞電感，為激磁繞組電感為電樞電阻，為激磁電阻，為電樞電流，為激磁電流，為反電勢(shì)，

伺服電機(jī)的等效電路第40頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月τ為電機(jī)輸出力矩，為電機(jī)軸角位移，為負(fù)載軸角位移，為折合到電機(jī)軸的慣性矩，為折合到負(fù)載軸的負(fù)載慣性矩，為折合到電機(jī)軸的粘性摩擦系數(shù)，為折合到負(fù)載軸的粘性摩擦系數(shù)，為電機(jī)齒輪齒數(shù)，為負(fù)載齒輪齒數(shù)。

第41頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）從電機(jī)軸到負(fù)載軸的傳動(dòng)比（2）折合到電機(jī)軸上的總的等效慣性矩摩擦系數(shù)：（3）電壓平衡方程第42頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）力矩平衡方程（5）耦合關(guān)系對(duì)以上進(jìn)行拉普拉斯變換，第43頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月重新組合上式中各方程，得到從電樞電壓到電機(jī)軸角位移的傳遞函數(shù)：由于電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)大大小于其機(jī)械時(shí)間常數(shù)，故可以忽略電樞的電感的作用。上面方程簡(jiǎn)化為返回第44頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月電機(jī)增益常數(shù)為電機(jī)時(shí)間常數(shù)為控制系統(tǒng)的輸出是關(guān)節(jié)角位移與電樞電壓之間的傳遞關(guān)系為第45頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月傳遞函數(shù)的框圖如下：第46頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)單關(guān)節(jié)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)建模與控制第47頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月一、開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖第48頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)采樣控制圖計(jì)算機(jī)控制圖

第49頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)1．伺服系統(tǒng)的幾個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)（1）超調(diào)量第50頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）轉(zhuǎn)矩變化的時(shí)間響應(yīng)對(duì)電機(jī)突然施加轉(zhuǎn)矩負(fù)載或突然卸去轉(zhuǎn)矩負(fù)載第51頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）階躍輸入的轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間（4）建立時(shí)間（5）頻帶寬度伺服系統(tǒng)輸入量為正弦波，隨著正弦波信號(hào)頻率逐漸升高，對(duì)應(yīng)輸出量相位滯后逐漸加大同時(shí)幅值逐漸減小，相位滯后增大到90o時(shí)或幅值減小至低頻段幅值時(shí)的頻率叫做伺服系統(tǒng)的頻帶寬度。（6）堵轉(zhuǎn)電流第52頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．伺服系統(tǒng)的幾個(gè)主要問題（1）穩(wěn)態(tài)位置跟蹤誤差當(dāng)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)瞬態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位置與目標(biāo)值之間的誤差為系統(tǒng)的位置跟蹤誤差。在閉環(huán)全負(fù)反饋系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)誤差為第53頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)單位斜坡函數(shù)輸入，有（2）定位精度問題系統(tǒng)最終定位點(diǎn)與指令規(guī)定值之間的靜態(tài)誤差為系統(tǒng)的定位精度。

位置伺服系統(tǒng)的定位精度

最高速度

調(diào)速范圍位置反饋增益第54頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，若最高速度規(guī)定為9.6m/min，位置環(huán)增益為30V/rad，要求定位精度為0.01mm，則調(diào)速范圍應(yīng)當(dāng)達(dá)到1:400以上，實(shí)際上為使系統(tǒng)定位精度在0.01mm以內(nèi)，常選擇D為1:1000以上，若要求系統(tǒng)的位置定位精度達(dá)到1μm以內(nèi)，應(yīng)使D大于1：10000。第55頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）電機(jī)的利用系數(shù)現(xiàn)代伺服系統(tǒng)均采用電力電子器件以調(diào)制斬波形式對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這時(shí)電樞電流中的交流分量使它的有效值大于平均值。為保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)溫升不超過規(guī)定值，需要減小電動(dòng)機(jī)的輸出力矩。減少輸出力矩的程度用電動(dòng)機(jī)的利用系數(shù)表示第56頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月四、機(jī)器人單關(guān)節(jié)伺服控制1．單關(guān)節(jié)的位置和速度控制單關(guān)節(jié)的位置控制是利用由電機(jī)組成的伺服系統(tǒng)使關(guān)節(jié)的實(shí)際角位移跟蹤預(yù)期的角位移，把伺服誤差作為電機(jī)輸入信號(hào)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷?，即系統(tǒng)誤差傳動(dòng)比第57頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月單關(guān)節(jié)反饋控制對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，得得出由誤差驅(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)

第58頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可以得出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，它表示實(shí)際角位移與預(yù)期角位移之間的關(guān)系：第59頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月加上位置反饋和速度反饋之后，關(guān)節(jié)電機(jī)上所加的電壓與位置誤差和速度誤差成正比，即對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，再把代入電機(jī)的傳遞函數(shù)式中，可得誤差驅(qū)動(dòng)信號(hào)E(s)與實(shí)際位移之間的傳遞函數(shù)：速度反饋增益?zhèn)鲃?dòng)比第60頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可得出表示實(shí)際角位移與預(yù)期角位移之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)：第61頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．位置和速度反饋增益的確定對(duì)于一個(gè)二階系統(tǒng)的特征方程具有以下標(biāo)準(zhǔn)形式：為了安全起見，我們希望系統(tǒng)具有臨界阻尼或過阻尼，即要求系統(tǒng)的阻尼比ξ≥1

，可得，系統(tǒng)的阻尼比系統(tǒng)的無阻尼自然頻率由閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程可得第62頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月在確定位置反饋增益時(shí)，必須考慮操作臂的結(jié)構(gòu)剛性和共振頻率，它與操作臂的結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量分布和制造裝配質(zhì)量有關(guān)。在確定位置反饋增益時(shí)，必須考慮操作臂的結(jié)構(gòu)剛性和共振頻率因此速度反饋增益第63頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月令關(guān)節(jié)的等效剛度為，則恢復(fù)力矩為，它與電機(jī)的慣性力矩相平衡，得微分方程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的共振頻率為第64頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月因?yàn)樵诮⒖刂葡到y(tǒng)模型時(shí)，沒有將結(jié)構(gòu)的共振頻率考慮進(jìn)去，所以把它稱為非模型化頻率。一般來說，關(guān)節(jié)的等效剛度大致不變，但是等效慣性矩隨末端手爪中的負(fù)載和操作臂的姿態(tài)而變化。如果在已知的慣性矩之下測(cè)出的結(jié)構(gòu)共振頻率為，則在其它慣性矩時(shí)的結(jié)構(gòu)共振頻率為第65頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月為了不至于激起結(jié)構(gòu)的振盈和系統(tǒng)的共振，Paul于1981年建議：閉環(huán)系統(tǒng)無阻尼自然頻率必須限制在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)共振頻率的一半之內(nèi)，即根據(jù)這一要求來調(diào)整反饋增益上式可寫為第66頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月求出后，相應(yīng)的速度反饋增益3．穩(wěn)態(tài)誤差及其補(bǔ)償系統(tǒng)誤差定義為拉普拉斯變換第67頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于一個(gè)幅值為A的階躍輸入，即可得穩(wěn)態(tài)誤差第68頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月五、PID控制

按照偏差的比例(P,proportional）、積分（I,integral）、微分（D,derivative）進(jìn)行控制的PID控制到目前仍是機(jī)器人控制的一種基本的控制算法。它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)和適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。1．理想微分PID控制下圖所示為理想PID控制的基本形式，理想PID控制的表達(dá)式為，第69頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月拉普拉斯變換

第70頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月由于機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用的是計(jì)算機(jī)控制，因此以下著重討論數(shù)字實(shí)現(xiàn)的算法。為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，需要將積分式和微分式離散化，即第71頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．實(shí)際微分PID控制由于上述原因，以一慣性環(huán)節(jié)代替微分環(huán)節(jié)，即分別將比例、積分和微分環(huán)節(jié)用差分方程離散化，得到實(shí)際編程用的增量型算式，第72頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)交流伺服電機(jī)的調(diào)速由于直流電機(jī)本身在結(jié)構(gòu)上的缺陷，它的機(jī)械接觸式換向器不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)時(shí)，價(jià)格昂貴，而且在運(yùn)行中容易產(chǎn)生火花，以及換向器的機(jī)械強(qiáng)度不高，電刷易于磨損等問題，在運(yùn)行中需要有經(jīng)常性的維護(hù)檢修，對(duì)環(huán)境的要求也比較高。交流電機(jī)，特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，而且堅(jiān)固耐用，慣量小，運(yùn)行可靠，可以用于惡劣環(huán)境，因此近年來在機(jī)器人領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。第74頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月一、交流電機(jī)的調(diào)速方法

交流電機(jī)的調(diào)速方法很多，有調(diào)壓調(diào)速，斬波調(diào)速，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，串級(jí)調(diào)速，滑差調(diào)速，變頻調(diào)速等。第75頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月二、異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)1．電壓型轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)第76頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.轉(zhuǎn)矩和磁通通道獨(dú)流的轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)第77頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3．電流型轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)第78頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月4．電流跟蹤變頻調(diào)速系統(tǒng)第79頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及接口一、機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在控制結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)在大部分工業(yè)機(jī)器人都采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制。第一級(jí)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)監(jiān)