机器人技术及其应用.ppt

在确定位置反馈增益时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率，它与操作臂的结构、尺寸、质量分布和制造装配质量有关。在确定位置反馈增益时，必须考虑操作臂的结构刚性和共振频率因此速度反馈增益1221令关节的等效刚度为，则恢复力矩为，它与电机的惯性力矩相平衡，得微分方程系统结构的共振频率为稳速精度在规定的运行时间T内，以一定的间隔时间测量1秒内的平均角速度，取出最大值和最小值，则稳速精度定义为最大角速度波动与平均转速如果机械特性为直线，在满足稳态精度的要求下，电机可能达到的最高角速度和最低角速度的比定义为调速范围，即调速上限点（点1）受电机固有特性的限制，而下限（点3）理论上为零，但是实际上这是不可能达到的。调速范围设负载波动范围为，则转速最低能调至点3’。如再往下调，则电机将时转时停，或者根本不动。01因此，对稳态精度要求越高，则可能达到的调速范围越小；反之越大。0221设，即额定转速为最高转速；式中，，为静差率。为最低理想空载转速；为额定负载时最低转速下的转速降；为最低转速，则有，3第四节电机驱动及其传递函数传递函数拉普拉斯变换和传递函数电机的输入信号是v(t)，输出信号是拉普拉斯变换的定义为，转速的拉普拉斯变换为所以电机的传递函数定义为，01由拉普拉斯的定义可知，拉普拉斯变换具有如下关系，02电机的传递函数直流伺服电机为电枢电压，为激磁电压，为电枢电感，为激磁绕组电感为电枢电阻，为激磁电阻，为电枢电流，为激磁电流，为反电势，伺服电机的等效电路τ为电机输出力矩，为电机轴角位移，为负载轴角位移，为折合到电机轴的惯性矩，为折合到负载轴的负载惯性矩，为折合到电机轴的粘性摩擦系数，为折合到负载轴的粘性摩擦系数，为电机齿轮齿数，为负载齿轮齿数。从电机轴到负载轴的传动比折合到电机轴上的总的等效惯性矩2014摩擦系数：电压平衡方程2015力矩平衡方程01耦合关系对以上进行拉普拉斯变换，02重新组合上式中各方程，得到从电枢电压到电机轴角位移的传递函数：由于电机的电气时间常数大大小于其机械时间常数，故可以忽略电枢的电感的作用。上面方程简化为01返回02电机增益常数为电机时间常数为控制系统的输出是关节角位移与电枢电压之间的传递关系为传递函数的框图如下：第五节单关节机器人的伺服系统建模与控制一、开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统的方框图闭环控制系统方框图模拟控制系统和数字控制系统采样控制图计算机控制图伺服系统的动态参数伺服系统的几个动态参数超调量转矩变化的时间响应对电机突然施加转矩负载或突然卸去转矩负载阶跃输入的转速响应时间建立时间频带宽度伺服系统输入量为正弦波，随着正弦波信号频率逐渐升高，对应输出量相位滞后逐渐加大同时幅值逐渐减小，相位滞后增大到90o时或幅值减小至低频段幅值时的频率叫做伺服系统的频带宽度。堵转电流稳态位置跟踪误差当系统对输入信号瞬态响应过程结束进入稳定运行状态时，伺服系统执行机构实际位置与目标值之间的误差为系统的位置跟踪误差。在闭环全负反馈系统中，稳态误差为321伺服系统的几个主要问题对单位斜坡函数输入，有定位精度问题系统最终定位点与指令规定值之间的静态误差为系统的定位精度。位置伺服系统的定位精度最高速度调速范围位置反馈增益例如，若最高速度规定为9.6m/min，位置环增益为30V/rad，要求定位精度为0.01mm，则调速范围应当达到1:400以上，实际上为使系统定位精度在0.01mm以内，常选择D为1:1000以上，若要求系统的位置定位精度达到1μm以内，应使D大于1：10000。1电机的利用系数2现代伺服系统均采用电力电子器件以调制斩波形式对伺服电动机进行驱动，这时电枢电流中的交流分量使它的有效值大于平均值。为保证电动机运行时温升不超过规定值，需要减小电动机的输出力矩。3减少输出力矩的程度用电动机的利用系数表示四、机器人单关节伺服控制1．单关节的位置和速度控制单关节的位置控制是利用由电机组成的伺服系统使关节的实际角位移跟踪预期的角位移，把伺服误差作为电机输入信号，产生适当的电压，即系统误