《位置隨動(dòng)系統(tǒng)》課件2

《位置隨動(dòng)系統(tǒng)》本課件將深入探討位置隨動(dòng)系統(tǒng)的基本原理、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。從坐標(biāo)系定義、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析到軌跡規(guī)劃、伺服系統(tǒng)、位置控制算法，我們將逐步揭示位置隨動(dòng)系統(tǒng)的核心技術(shù)。課程概述定義與概述位置隨動(dòng)系統(tǒng)是指能夠根據(jù)預(yù)定軌跡控制機(jī)械臂或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。核心技術(shù)涉及坐標(biāo)系定義、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、軌跡規(guī)劃、伺服系統(tǒng)、位置控制算法等技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械臂、伺服電機(jī)、編碼器、減速器等?？刂葡到y(tǒng)控制器、傳感器、軟件、通信模塊等。軟件系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、軌跡規(guī)劃算法、控制算法等。坐標(biāo)系定義1關(guān)節(jié)空間以關(guān)節(jié)角度為坐標(biāo)。2笛卡爾空間以位置和姿態(tài)為坐標(biāo)。3工具坐標(biāo)系以工具末端為原點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析正運(yùn)動(dòng)學(xué)由關(guān)節(jié)角度計(jì)算末端位置和姿態(tài)。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)由末端位置和姿態(tài)計(jì)算關(guān)節(jié)角度。關(guān)節(jié)空間分析關(guān)節(jié)速度關(guān)節(jié)角度的變化率。關(guān)節(jié)加速度關(guān)節(jié)速度的變化率。笛卡爾空間分析1位置速度末端位置的變化率。2位置加速度位置速度的變化率。3姿態(tài)變化率姿態(tài)變化的速度。軌跡規(guī)劃1點(diǎn)到點(diǎn)規(guī)劃從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的路徑。2直線軌跡規(guī)劃一條直線路徑。3圓弧軌跡規(guī)劃一條圓弧路徑。4多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃一條平滑的軌跡。軌跡插補(bǔ)線性插補(bǔ)在時(shí)間上均勻地插補(bǔ)軌跡點(diǎn)。圓弧插補(bǔ)根據(jù)圓弧軌跡進(jìn)行插補(bǔ)。多項(xiàng)式插補(bǔ)使用多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)。機(jī)器人伺服系統(tǒng)1伺服電機(jī)提供動(dòng)力和位置控制。2編碼器提供位置反饋信息。3控制器控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。交流電機(jī)性能穩(wěn)定，效率更高。步進(jìn)電機(jī)精度高，適用于精密控制。伺服電機(jī)響應(yīng)速度快，精度高。編碼器系統(tǒng)增量式編碼器提供脈沖信號(hào)，用于計(jì)數(shù)。絕對(duì)式編碼器直接輸出位置信息。位置檢測(cè)與反饋位置傳感器檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信息。反饋信號(hào)處理將位置信息轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)。位置控制算法1PID控制最常用的控制算法。2自適應(yīng)控制可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)變化進(jìn)行調(diào)整。3魯棒控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強(qiáng)的抵抗力。PID控制比例控制根據(jù)誤差大小進(jìn)行控制。積分控制消除靜態(tài)誤差。微分控制抑制誤差變化率。自適應(yīng)控制1參數(shù)辨識(shí)估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)。2控制律更新根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果調(diào)整控制律。魯棒控制H∞控制保證系統(tǒng)穩(wěn)定性并抑制干擾?；？刂茖?duì)參數(shù)變化和干擾具有較強(qiáng)的抵抗力。位置隨動(dòng)系統(tǒng)建模狀態(tài)空間模型使用狀態(tài)向量和輸入向量描述系統(tǒng)。傳遞函數(shù)模型使用輸入輸出關(guān)系描述系統(tǒng)。狀態(tài)空間模型1狀態(tài)向量描述系統(tǒng)狀態(tài)的變量。2輸入向量描述系統(tǒng)輸入的變量。3狀態(tài)方程描述狀態(tài)向量隨時(shí)間的變化規(guī)律。4輸出方程描述系統(tǒng)輸出與狀態(tài)向量之間的關(guān)系。傳遞函數(shù)模型拉普拉斯變換將時(shí)間域信號(hào)轉(zhuǎn)化為復(fù)頻域信號(hào)。傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)輸入輸出之間的關(guān)系。系統(tǒng)響應(yīng)分析1階躍響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)。2脈沖響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)脈沖信號(hào)的響應(yīng)。3頻率響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)。穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性概念系統(tǒng)是否能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定性判據(jù)Routh-Hurwitz判據(jù)、Nyquist判據(jù)等。性能指標(biāo)精度系統(tǒng)輸出與期望輸出之間的偏差。響應(yīng)速度系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)的能力。穩(wěn)定性系統(tǒng)是否能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)校準(zhǔn)參數(shù)辨識(shí)估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)?？刂破鲄?shù)調(diào)整根據(jù)參數(shù)估計(jì)結(jié)果調(diào)整控制器參數(shù)。誤差分析與補(bǔ)償誤差來源傳感器誤差、模型誤差、干擾等。誤差補(bǔ)償方法誤差反饋、前饋補(bǔ)償?shù)?。?shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建搭建位置隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和調(diào)試。測(cè)試數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采集收集系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。結(jié)果評(píng)估評(píng)估系統(tǒng)性能。調(diào)試與優(yōu)化1問題診斷識(shí)別系統(tǒng)問題。2參數(shù)調(diào)整優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。3性能評(píng)估評(píng)估系統(tǒng)性能提升。系統(tǒng)應(yīng)用案例工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的自動(dòng)化控制。機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人手臂的控制。醫(yī)療設(shè)備手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療輔助設(shè)備等。系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)1需求分析明確系統(tǒng)功能和性能要求。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇合適的硬件和軟件方案。3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試。4系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)功能和性能。5系統(tǒng)部署將系統(tǒng)部署到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。總結(jié)與展望位置