《机器人控制》PPT课件

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1、第五章机器人控制控制技术综述“控制”的目的是使被控对象产生控制者所期望的行为方式“控制”的基本条件是了解被控对象的特性输入X被控对象的模型输出Y目的输入X输出Y第五章机器人控制被控对象模型控制器输入X输出YP输入X输出Y1/P第五章机器人控制开环精确控制的条件：精确地知道被控对象的模型，并且这一模型在控制过程中保持不变如果被控对象的模型能够精确知道，但模型是变化的，怎么办？如果模型的变化是可以预测的X1/P（T）P（T）Y开环预测控制如果模型的变化是可以实时辩识的X1/P（T）P（T）Y辨识器开环辨识控制以被控对象的实际输出构成某种评价标准来修正

2、控制器的输入信号，以使对象的输出接近期望值----闭环反馈控制被控对象的特性（数学模型）不能完全确定或完全不能确定的情况下，怎么办？P输入X输出YC最常用的评价标准就是输入与输出（期望的输出与实际输出）之间的偏差P输入X输出YC+-PID控制、模糊控制等等智能化的控制方式模糊控制推理控制学习控制神经网络控制模糊神经网络控制专家控制PID控制PID控制的基本原理PID控制器参数对控制特性的影响机器人单关节控制模型PID控制器中关节非线性补偿PID控制器的基本原理被控对象比例环节积分环节微分环节求和求差期望输出实际输出PID参数对控制系统性能的影响K

3、p--影响系统的响应速度，Kp越大，响应速度越快,增大Kp可能会引起系统超调，甚至振荡和不稳定；Ki--影响系统的静态精度，有利于消除系统的静态误差，但Ki过大也可能会引起系统超调，甚至振荡和不稳定；Kd--影响系统的响应速度，通常可加快系统的稳定时间，但微分环节也会把外部的干扰放大，微分作用过强，可能会引起系统的振荡和不稳定；直流伺服电机比例环节积分环节微分环节求和求差设定目标转速计算机实现用直流伺服电机实现的关节速度PID控制直流放大器实际速度PID控制器参数整定的一般规律先调节Kp,至系统出现振荡,设此时比例增益为Kp’取Kp=Kp’/2,

4、逐渐增大Ki,直至出现振荡,记Ki’取Ki=Ki’/3,调节Kd,直至获得满意的系统特性5.l机器人的基本控制原则1．控制器分类5.1.1基本控制原则本节将讨论工业机器人常用控制器的基本控制原则及控制器的设计问题。从关节（或连杆）角度看，可把工业机器人的控制器分为单关节（连杆）控制器和多关节（连杆）控制器两种。对于前者，设计时应考虑稳态误差的补偿问题；对于后者，则应首先考虑耦合惯量的补偿问题。5.l机器人的基本控制原则2．主要控制变量5.1.1基本控制原则图5.1表示一台机器人的各关节控制变量。如果要抓起工件A，那么就必须知道夹手在任何时刻相对于

5、A的状态，包括位置、姿态和开闭状态等。工件A的位置是由它所在工作台的一组坐标轴给出的。这组坐标轴叫做任务轴。末端执行装置的状态是由这组坐标轴的许多数值或参数表示的，而这些参数是矢量X的分量。我们的任务就是要控制矢量X随时间变化的情况，即X（t），它表示末端执行装置在空间的实时位置。只有当关节1至6移动时，X才变化。我们用矢量（t）来表示关节变量1至6。5.l机器人的基本控制原则5.l机器人的基本控制原则3．主要控制层次5.1.1基本控制原则图5．2表示机器人的主要控制层次。从图可见，它主要分为三个控制级，即人工智能级、控制模式级和伺服系

6、统级。现对它们进一步讨论如下。5.l机器人的基本控制原则3．主要控制层次5.1.1基本控制原则（1）第一级：人工智能级如果命令一台机器人去“把工件A取过来”，那么如何执行这个任务呢；首先必须确定，该命令的成功执行至少是由于机器人能为该指令产生矢量X（t）。X（t）表示末端执行装置相对工件A的运动。它还表示机器人所具有的指令和产生矢量X（t）以及这两者间的关系，是建立第一级（即最高级）控制的工作。它包括与人工智能有关的所有可能问题：如词汇和自然语言理解、规划的产生以及任务描述等。5.l机器人的基本控制原则3．主要控制层次5.1.1基本控制原则（2）

7、第二级：控制模式级在工业上一般不采用复杂的模型，而采用两种控制模型。这些控制模型是以稳态理论为基础的，即认为机器人在运动过程中依次通过一些平衡状态。这两种模型分别称为几何模型和运动模型。前者利用X和Θ间的坐标变换，后者则对几何模型进行线性处理，并假定X和Θ变化很小。属于几何模型的控制有位置控制和速度控制等；属于运动模型的控制有变分控制和动态控制等。5.l机器人的基本控制原则3．主要控制层次5.1.1基本控制原则（3）第三级：伺服系统级第三级所关心是机器人的一般实际问题。我们将在本节后一部分举例介绍机器人伺服控制系统。在此，必须指出下列两点：①控制

8、第一级和第二级并非总是截然分开的。是否把传动机构和减速齿轮包括在第二级，更是一个问题。这个问题涉及解决下列问题5.l机器人的基本控制原则