《机器人的控制》PPT课件

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1、第六章机器人的控制6.1什么是控制简单地说，控制就是为了达到一定目的而实行的适当操作。步骤：（1）记住期望水位值；（2）测量水池实际水位；（3）计算期望水位与实际水位的误差；（4）根据误差正确地调节进水阀门。优点：控制的结果总是使实际水位的高度恒等于期望值。控制系统标准框图控制部分a.比例环节P弹簧的伸长y与力f成比例，即y=k1f（k1=定值）像弹簧这样的环节称为比例环节。6.2PID（proportional，integral，derivative）控制设流入的流量为x，活塞的移动距离为y，S为活塞的截面积，t为时间。如果

2、x是变化的，即为t的函数，则也就是说，若以流入的流量x作为输入，以移动距离y作为输出，则油缸是个积分环节。b.积分环节I当流入的流量为一定值x0时，可以得出：y=x0t/S对质量为M的物体施一水平力f，当力为定值f0时，可以得出时间t后的速度v=f0t/M如果f是变化的，即为t的函数，则也就是说，若以外力f作为输入，以速度v作为输出，则质量M的物体也可以称之为积分环节。c.微分环节D求得活塞的移动距离y与作用于活塞的力f之间的关系：式中为缓冲器的粘性摩擦系数。也就是说，若以距离y作为输入，以力f作为输出，则缓冲器可以称为微分环

3、节。下面我们来说明一下在反馈控制中常用的PID控制。在PID控制的名称中，P指proportional(比例），I指integral（积分），D指derivative（微分），这意味着可利用偏差，偏差的积分值，偏差的微分值来控制。机器人系统中更多的是高度非线性及强耦合系统的控制问题。解决这些问题的新技术有：最优控制、解耦控制、自适应控制、变结构滑模控制及神经元网络控制等。e.PID控制或PID控制的基本形式可用下图表示。如果用e=(r-y)表示偏差，则PID控制变为：式中，kP称为比例增益；kI称为积分增益；kD称为微分增益。

4、它们是影响控制规律特性的参数，统称为反馈增益。而TI(=kP/kI)称为积分时间，TD(=kD/kP)称为微分时间，分别具有时间量纲。PID控制规律的传递函数可表示为:PID控制规律的离散形式为:式中，T为采样周期；e(n)为第n次采样的偏差值；e(n-1)为第n-1次采样时的偏差值。PID控制器的三个参数有不同的控制作用。（3）微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，相对比例控制规律而言具有预见性，增加了系统的阻尼程度，有助于减少超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，加快系统的跟踪速度，但对输入信号的噪声很敏感。（1）P控制器实质

5、上是一个具有可调增益的放大器。在控制系统中，增大kP可加快响应速度，但过大容易出现振荡；（2）积分控制器能消除或减弱稳态偏差，但它的存在会使系统到达稳态的时间变长，限制系统的快速性；图中为同一对象在各种不同的控制规律的作用下的过渡过程曲线。可以看出，在比例作用的基础上，加入微分作用可以减少过渡过程的最大偏差及控制时间；加入积分作用虽然能消除余差，但使过渡过程的最大偏差及控制时间增大。实际工程中PID控制仍应用广泛，其三个系数是通过调整和观察实际性能来经验地确定。6.3 位置、力及混合控制位置控制惯性矩变化引起的驱动力变化物体重

6、时手臂的姿势不同时有障碍物时路径（运动轨迹）控制力控制机械手爪与外界接触有两种极端状态：a.手爪位置的PID控制一种是手爪在空间中可以自由运动，这种属于位置控制问题；另一种是手爪与环境固接在一起，手爪完全不能自由改变位置，可在任意方向施加力和力矩，属于力控制问题。大多数是位置/力的混合控制问题。基于直角坐标的PID控制坐标转换与PIDPIDPIDc.顺应（柔顺）控制顺应控制（柔顺控制）本质上也是力与位置混合控制。分为两类：被动顺应控制和主动顺应控制。被动柔顺控制手腕响应速度快，但它的设计针对性强，通用性不强。主动顺应控制使用灵

7、活、通用性强，但对传感器的要求较高。近年来又出现了主动和被动相结合的方法。附：数字控制系统（硬件）Classisover.Bye-bye!