【运动控制——前篇】

运动控制——前篇运动/轨迹的分类电子凸轮/电子齿轮多维轨迹负荷分配振荡抑制运动/轨迹的分类轨迹一维多维PTP点到点多点电子凸轮插值拟合PTP点到点多点插值拟合一维轨迹只有一个自由度一般的PTP运动可以由位置时间标量函数定义q q ( t ) q q(t)qq(t)一维轨迹中多点运动在常见的应用场景电子凸轮中则定义为从轴位置和主轴位置的标量关系q q ( x ) q q(x)qq(x)多维轨迹的运动则是由向量函数表示p p ( t ) \boldsymbol{p}\boldsymbol{p}(t)pp(t)插值曲线在某些时间点/位置点通过给定点优点几何精度最高。缺点常带来大曲率与不友好的加速度峰值。逼近曲线不需要精确通过给定点但会设定容差范围并在范围内制定误差。优点更平滑的速度/加速度、更低的振动激励与更容易的同步控制。缺点牺牲了一定的几何精度。电子凸轮/电子齿轮本质上是通过程序实现对机械凸轮/机械齿轮的模仿来达到机械凸轮/机械齿轮的控制效果。电子凸轮规划的就是起始点过程点BCD等必经点的位置、速度、加速度在通过合适的曲线方程拟合两个必经点。多维轨迹在末端执行器用于切割、铣削、钻孔、研磨或抛光工件或机器人在三维空间中执行诸如点焊、弧焊、搬运和涂胶等任务时离不开多轴协调运动。负荷分配运动控制中的负荷分配主要围绕主从控制展开。1.主从转矩控制这是应用最广泛的方案之一。主机采用速度闭环控制PI调节器其输出的转矩设定值直接作为从机的转矩指令从机工作在转矩控制模式。这种方案动态响应快适合用于轧机、造纸机等存在刚性机械连接的场合能确保负荷均匀分配。转速给定主机速度控制器PI控制主机转矩输出从机转矩给定主机驱动电机从机驱动电机刚性机械连接保持转速同步2.带软化Droop特性的速度控制当从机也采用速度控制时可以通过给从机的速度环加入一个软化或下垂特性。它的原理是谁的负载大就略微降低谁的速度给定从而实现负荷的动态平衡。这种方案适用于主从电机没有强机械耦合如不同轴驱动同一个负载或机械连接存在弹性如翻车机的场景可以防止系统振荡。从机主机输出限幅转速给定速度控制器PI控制输出转矩值转速给定速度控制器P控制易饱和转矩限幅器从机驱动电机主机驱动电机柔性机械连接3.负荷平衡调节器附加速度给定在这种方案中从机以主机的速度给定为基准同时采集自身与主机的电流转矩偏差经过一个PI调节器后将输出量叠加到从机的速度给定上实现精细的动态调节。这常用于轧机上下工作辊之间的负荷分配振荡抑制运动控制中振荡抑制技术本质是在接近给定系统共振的频率上减少轨迹能量。比较有效减小振动的方法是输入整形主要包含两个步骤将输入整形器的一系列脉冲与期望轨迹进行卷积并将以此方式获得的信号施加到(受控)系统上。根据系统模型的知识假定是稳定的输入整形的主要思想在于生成输入y(t)该输入可以抵消设备上引起的振动。控制与整形部分反馈信号如位置输入指令如阶跃信号输入整形器如ZV整形器控制器如PID被控对象如柔性机械臂、电机系统输出