機(jī)器人控制技術(shù)基礎(chǔ)

1、6、1、位置傳感器速度傳感器溫度傳感器壓力傳感器觸覺傳感器紅外探測儀接近覺傳感器2、相對(duì)光電碼盤的結(jié)構(gòu)較為簡單，它的輸出線有三組，即輸出相差90度的兩相正交信號(hào)A相、B相，同時(shí)碼盤每旋轉(zhuǎn)一周也輸出一個(gè)脈沖.定義為z相.如果電機(jī)正轉(zhuǎn)，A相超前B相90度，如果電機(jī)反轉(zhuǎn)，則B相超前A相90度。3、電位器操作簡單，使用方便，但有較大的誤差，一般的電位器都有5-20%的偏差值，一般可采用歸零的方式消除誤差。而光電編碼器有體積小，精度高，工作可靠,接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，但出現(xiàn)誤差不容易消除。4、如上圖所示，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電機(jī)電樞繞組兩端有電壓Us。t1時(shí)間后，柵極輸入

2、變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電機(jī)電樞兩端電壓為0。t2后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。電機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖318(b)所示。電機(jī)兩端平均電壓Uo為：Ifo=勺=Z,U=Zyt5、防止晶閘管關(guān)斷時(shí)的瞬時(shí)尖峰電壓對(duì)電機(jī)造成破壞，起到鉗住作用。上圖是雙極性橋式PWM晶體管放大器的結(jié)構(gòu)圖。圖中的晶體管T1、T2、T3、T4組成了PWM的開關(guān)功率放大電路，它們呈橋式結(jié)構(gòu)，也象H型結(jié)構(gòu)，因此把這種電路稱為橋式或H型PWM電路。在H型結(jié)構(gòu)的晶體管按T1T4和T2T3配對(duì)工作。T1T4導(dǎo)通，T2T3截止；反之，T2T3導(dǎo)通，T1T4截止，在PWM的實(shí)際工作中，晶體管加上具有不同占

3、空比的脈沖信號(hào)，以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，很顯然，T1和T3、T2和T4不能同時(shí)導(dǎo)通，因此，T1T4、T2T3兩組功放管上所加脈沖頻率相同，方向相反。在H型PWM功放電路中，伺服電機(jī)接在PWM的A、B兩端，如果T1T4導(dǎo)通時(shí)間比T2T3導(dǎo)通時(shí)間長，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則電機(jī)反轉(zhuǎn)；如導(dǎo)通時(shí)間一樣，則電機(jī)停止不動(dòng)，即兩組晶體管如加上對(duì)稱的方波，則電機(jī)會(huì)在某一點(diǎn)高頻振動(dòng)，和靜止一樣。7、根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的反電動(dòng)勢是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場磁力線的結(jié)果，其有效值可由下式計(jì)算E=KfQ(31)式中K與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；f電源頻率；Q磁通。而在電源一側(cè)，電源電壓的平衡方程式為：(32)該式表

4、示，加在電機(jī)繞組端的電源電壓U,部分產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢E,另一部分消耗在阻抗(線繞電阻r和漏電感x)上。其定子電流I=I1+I2(33)分成兩部分：少部分(1)用于建立主磁場磁通Q，大部分(2)用于產(chǎn)生電磁力帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。當(dāng)交流異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，如f下降，則由式(31)知道E將下降；由于U不變，由式(32)可知，丨將上升，此時(shí)外部負(fù)載不變時(shí)，12不變；由式(33)可知，11將上升，11上升，Q增加；根據(jù)式(31)，Q增加使E上升，到達(dá)一個(gè)新平衡點(diǎn)。理論上這種新的平衡點(diǎn)對(duì)機(jī)械特性影響不大；但實(shí)際上，電機(jī)的磁通容量與電機(jī)的鐵心有關(guān)，通常是一個(gè)固定值，因此，當(dāng)f下降時(shí)，Q不增加，產(chǎn)生電流波形畸變，

5、消弱電磁力矩，影響機(jī)械特性。為解決這個(gè)問題，一種解決方法是設(shè)法維持磁通量不變即E/f=K=常數(shù)但是實(shí)際上E無法控制。由于在阻抗上產(chǎn)生的壓降很小，如忽略不計(jì)，則U=E因此，要使磁通量保持不變，可以使U/f=常數(shù)這就是變頻變壓（VVVF）的原理。9、直流無刷電機(jī)是一臺(tái)三項(xiàng)交流永磁發(fā)電機(jī)，三相定子在空間互錯(cuò)120度，轉(zhuǎn)子就是一對(duì)永久磁鐵，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速一樣，即是同步的交流電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)就是電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的電機(jī)，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。直流無刷電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而交流異步電機(jī)不能。10、在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的

6、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。13、1）以位移控制為基礎(chǔ)如下圖,這種方案的特點(diǎn)是，在位置閉環(huán)之外再加一個(gè)力閉環(huán)。圖中Pc是末端執(zhí)行器作用于操作對(duì)象上時(shí)的位姿，Qc是操作對(duì)象的輸出力。P、Q分別為位置和廣義力給定輸入。2）以廣義力控制為基礎(chǔ)這一方案特點(diǎn)是，在力閉環(huán)基礎(chǔ)上再加上位置環(huán)，其框圖如下。和前一種控制方式比較，可以避免在位移閉環(huán)下一個(gè)增量位移引起過大的力增量，不足之處是力輸出和位移輸出仍然都由同一個(gè)前向控制器實(shí)現(xiàn)。p環(huán)境位，力變換I位羞控制乍由