機械手臂位置控制.doc

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1、機械手臂位置控制原理：為了實現(xiàn)機械臂的位置控制，需使用電機時刻輸出電磁轉(zhuǎn)矩來平衡機械臂的重力據(jù)。在控制達到目標位置的時候，使電機的轉(zhuǎn)速為零，電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，所輸出的力矩就是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。在不同的電樞電壓下，電機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不同。利用改變電樞電壓的方法完全可以實現(xiàn)對電機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的控制，從而實現(xiàn)機械臂的位置控制。位置控制的相關(guān)信號流程如圖：首先，通過人機交互部分的按鍵來完成對系統(tǒng)的給定值輸入，其中包括目標位置和轉(zhuǎn)動方向兩項信息；然后，由DSP根據(jù)輸入的目標位置，結(jié)算出應加給電機的前饋控制量，并輸出PWM波和方向信號給電機驅(qū)動電路，同時電

2、碼盤檢測當前角度，反饋給DSP；最后，DSP根據(jù)當前位置和目標位置的差值進行PID控制，調(diào)整輸出的PWM波占空比和方向；另外，人機交互部分中的液晶顯示器負責實時顯示控制過程中的各項信息。機械臂控制方法：假設機械臂的質(zhì)量均勻分布，質(zhì)心距聯(lián)軸器的中心為l,機械臂運動的摩擦系數(shù)為d，根據(jù)牛頓定律，得運動方程為：，式中為機械臂重力，為機械臂轉(zhuǎn)動慣量。設期望軌跡為，則跟蹤誤差為：設誤差的動態(tài)特性滿足方程：式中a,b為正常數(shù)。根據(jù)代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，針對二姐系統(tǒng)當系統(tǒng)閉環(huán)特征方程式的系數(shù)都大于零時，系統(tǒng)穩(wěn)定，的跟蹤誤差收斂于零。引如輔助控制信號，

3、考慮到前饋補償，令控制規(guī)律為：，得，得到PD控制：，最終得控制規(guī)律為：可見，控制規(guī)律為“PD+前饋控制”。實際系統(tǒng)中為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，還要加入積分環(huán)節(jié)，所以最終采用的控制規(guī)律為“PD+前饋控制”控制