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模块化多足步行机器人的运动控制系统研究与应用_陈

模块化多足步行机器人的运动控制系统研究

陈学东　周明浩　孙　翊　贾文川

华中科技大学,武汉,430074

摘要:为解决机器人对复杂多变的环境适应性不强的问题,研制了模块化的多足步行机器人系统。针对模块化多足步行机器人的机构特点,设计并实现了一种位于机器人模块化控制体系底层的基于CAN 总线的运动控制系统。采用微处理器、专用的运动控制和驱动芯片以及光电编码器实现了机器人关节的伺服闭环运动控制;采用CAN 总线作为模块间的通信接

口,有效地支持了多关节实时控制。提出了一种具有3层抽象结构特点的可扩展的软件体系结构,为运动控制系统提供模块化支持。实验验证了运动控制系统软硬件的可靠性和有效性。

关键词:模块化;多足步行机器人;运动控制;CAN 总线

中图分类号:TP242.6 文章编号:1004—132X (2006)10—1071—04

Study on Motion Control System of a Modular Multi -legged Robot

Chen Xuedong Zho u Minghao Sun Yi Jia Wenchuan

H uazho ng U niversity of Science and Technology ,Wuhan ,430074

A bstract :To solve thee problem o f robots ’w eak adaptability to various enviro nmental condi -tions ,a modular multi -legg ed w alking ro bo t system w as develo ped.Aiming at the characteristics of its mechanism ,the m odular multi -legged w alking ro bo t ’s m otio n control system based on CAN bus ,w hich is the base level o f the robot ’s modular control system ,w as desig ned and realized.Microproces -sor ,dedicated m otion co ntro ller and driver ,optical electronic encoder w ere used to realize servo closed -lo op mo tion control.CAN bus w as used as the co mmunicatio n interface fo r modules and supported real -time control effectively.The expansive so ftw are architecture featuring three -level hierarchy w as proposed and o ffered support to the motion control sy stem.Ex perimental results prove the mo -tion control sy stem ’s hardw are and softw are are reliable and effective.

Key words :mo dular ;m ulti -leg ged robot ;mo tion control ;CAN bus

收稿日期:2005—11—18

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60375034);留学回国人员科研启动基金资助项目

0　引言

模块化的机器人系统由几何特征以及功能相似的可交换模块组成,能够根据实际需要配置成不同结构的机器人,以适应不同的工作

[1～3]

。模

块化步行机器人自身的特点要求其控制系统可扩

展、模块化,具有较高的灵活性。很多学者对多足步行机器人的运动控制系统进行了研究。H ajime 等[4]研究的四足机器人采用自主式分散控制策略,中央控制器产生与各个腿单元运动同步的时钟信号,基于该时钟信号,腿单元控制器独立地控制机器人腿的运动。Tere sa 等[5]提出了分层控制的概念,处于控制系统最底层的是关节的控制,然后从下往上的几层分别负责逆运动学的计算、腿部末端轨迹的生成、步态规划以及机身运动轨迹的生成。Arena 等

[6]

用细胞神经网络

(CNN )的方法研究了机器人的运动控制,机器人的每一条腿有两个自由度,分别由两个伺服电机

驱动,并且由CN N 的不同的神经元控制,要产生不同的步态仅通过改变每条腿的神经元控制命令就可以实现。

目前,机器人运动控制系统大多采用多CPU 分布式的控制结构,上位机负责运动学和动力学计算以及运动规划等,下位机负责具体的运动伺服控制等[7]。本文结合机器人机构模块化的特点,设计并实现了一种基于CAN 总线的运动控制系统,提出了将控制器底层软件抽象为硬件相

关层、自定义函数层和应用层的3层体系结构,在开放性的基础上获得了较高的扩展性。

1　模块化多足步行机器人机构

图1所示的模块化多足步行机器人的每条腿就是一个独立的模块。每条腿包括髋关节、大腿关节和小腿关节3个驱动关节,采用行星齿轮和蜗轮蜗杆传动。关节由直流电机驱动,直流电机通过行星齿轮和蜗轮蜗杆减速,进而带动关节运动。机器人机身的设计也充分考虑了模块化,机身采用可调式滑杆机架,可以根据实际工作情况

1071

图1　模块化多足步行机器人

调节机身的长和宽以及机器人腿的数量,从四足机器人调节成六足机器人甚至更多足的机器人。控制系统通过控制单足内各个关节以及足之间的协调运动来实现机器人的运动。

2　多足机器人运动控制系统结构

整个控制系统分为机身控制层与底层驱动层。机身控制层由机身控制器和PC组成,主要负责对底层驱动层发送控制命令,机身控制器与PC之间通过USB总线进行交互。底层驱动层由4个足单元组成,每个足单元内部有3个关节控制器,负责接收上层的指令,独立控制各关节的运动。根据机器人模块化的特点,在整个运动控制部分的设计中体现了模块化的设计思想。机器人的4个足单元是4个独立的模块,每个足单元内部的3个关节控制器也是相互独立的模块。从关节控制器的设计还可以看到,关节控制器内部也是由3个模块组成的。

由于机器人关节比较多,各关节之间要进行协调控制,这就对控制的实时性、可靠性要求比较高。机器人还需要具有较好的扩展性,可以根据实际情况对关节以及足单元进行扩展、替换等,若采用RS-422、RS-485等串行通信方式难以满足以上控制要求。CAN总线具有高速率、可靠性好、报文识别等优点,并且基于CA N总线的系统易于扩展、标准化,所以使用CAN总线来实现关节之间的协调运动。从运动控制系统结构图(图2)中可以看出,只要各关节控制器留有CAN总线的接口便可以接入到总线上,这样就使得系统的扩展性能更好,也更利于实现模块化的设计。

由于各关节控制器以对等的方式接在CAN 总线上,依次设定关节的序号为1～12,关节控制器1～3属于足单元1,4～6属于足单元2,依次类推。通过在软件中设定每个CA N关节控制器的标识符来分组,从而在软件中可以识别出相应的3个关节控制器属于一个足单元。

图2　运动控制系统结构图

该系统工作过程如下:PC作为主控部分将控制命令发送给机身控制器,机身控制器将接收到的命令进行处理,通过运动学反解得出各关节运动参数,然后发送到各个关节控制器,关节控制器根据收到的命令控制关节运动。各关节之间的协调运动使得机器人能够以指定的运动状态运动到目标位置。

3　足关节驱动器硬件设计

如图3所示,足关节控制器由3个模块组成,分别是单片机控制模块、CAN总线通信模块以及电机控制和驱动模块。

单片机作为关节控制器通

图3　关节控制器结构图

过CAN总线通信模块接收来自CAN总线上的控制信号,经过存储、处理以后将控制命令和数据发送到电机控制模块,实现对电机的速度和位置的伺服控制。各个关节的运动状态信息也可以通过CAN通信模块反馈给主控制器。

微控制器使用A T89S52单片机作为关节的总控制器负责通信和电机控制,关节驱动电机是MAXON的直流永磁电机。控制和驱动部分分别采用LM629与LM D18200。

CAN总线通信模块采用SJA1000作为CAN 的总线控制器,总线收发器使用PCA82C250。SJA1000支持CAN总线的BasicCAN和Peli-

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CAN 两种模式,可以完成物理层和数据链路层的功能。PCA82C250提供控制器与物理传输线路之间的接口,通过CANH 与CANL 的端口接到总线上。

4　软件部分设计

现有的控制器软件常遇到的问题是软件结构依赖于硬件系统,使用专用的语言等,这使得软件的独立性比较差。本文在软件设计上使用了3层抽象结构,分别是硬件相关层(底层)、自定义函数层(中间层)和应用层(最高层),其中后两层又可称为硬件无关层。改变硬件系统以后,只需要更改硬件相关层,而中间层和应用层不需要改变。这样的结构提高了软件的可移植性。

软件设计部分主要分为电机控制部分和CAN 通信部分,程序结构都采用了3层抽象体系结构。其中,电机控制程序在硬件相关层中使用了模拟时序的方法实现数据的读写;自定义函数层基于硬件相关层以及LM629的指令集定义了各个子函数,该层的函数与具体的硬件时序无关;应用层调用自定义函数层控制电机的运动。CAN 通信的程序与此类似。

图4和图5中的电机控制与CAN 通信程序都是采用中断方式来实现的。CAN 通信程序只列出了发送程序的流程,接收程序与此类似。初始化CAN 控制器SJA1000还包括设置波特率、验收屏蔽寄存器、验收代码寄存器、开中断、选择CAN 模式等,本程序采用的是PE LICAN 模式

。

图4　电机控制流程图

5　实验研究

为了保证关节之间通信的实时性和可靠性

图5　CAN 总线通信流程图

犆犃犖总线的波特率设为100kB /s 。电机的伺服控制不能产生较大的超调、振荡,经过实验,PID 中比例系数取为10。图6所示为机器人演示的抓取动作。多次实验结果表明关节控制器能够对关节进行较精确的控制。通过CAN 总线机器人各腿单元以及腿单元内各关节之间能够较好地互相协调,实现联合运动

。

图6　抓取动作6　结论

模块化多足步行机器人在机构上具有模块化的特点,每个足以及足内各个关节、足节都是独立的模块。针对机构的模块化,提出了一种较新颖的运动控制系统,它的特点包括:每个独立的关节控制模块控制机器人的每个关节;各关节之间通过CAN 总线相互通信以实现关节之间的协调运动;底层控制软件采用3层抽象体系结构。该系统具有较强的开放性、扩展性和软件独立性,比较好地满足了模块化步行机器人对控制系统的要求,而且该系统不仅适用于步行机器人,对其他机器人运动控制系统的设计也有重要的参考价值。

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1073

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[7]　范永,谭民.机器人控制器的现状及展望.机器人,

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(编辑　周本盛)

作者简介:陈学东,男,1963年生。华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士研究生导师。主要研究方向为机器人及控制、机电系统动力学等。获部级自然科学一等奖1项。出版专著1部,发表论文70余篇。周明浩,男,1980年生。华中科技大学机械科学与工程学院硕士研究生。孙　翊,男,1981年生。华中科技大学机械科学与工程学院硕士研究生。贾文川,男,1982年生。华中科技大学机械科学与工程学院硕士研究生。

基于有限元方法的柔性铰链式微夹持器优化设计

杨国兴　张宪民　王　华

华南理工大学,广州,510640

摘要:设计了一种以柔性铰链为转动副的微夹持器。微夹持器采用压电陶瓷驱动,具有结构简单、加工方便、夹持范围大等优点。在设计过程中,采用有限元方法,推导了柔性铰链的刚

度矩阵与一致质量矩阵,优化了微夹持器的结构尺寸。为了验证算法的正确性,根据优化后的

尺寸建立了几何模型,并利用ANSYS有限元分析软件对夹持器进行了静力学和动力学分析,

分析结果与计算结果吻合较好,说明了算法的正确性。

关键词:柔性铰链;压电陶瓷;微夹持器;有限元

中图分类号:TH112.5 文章编号:1004—132X(2006)10—1074—05

Optimal Design of Flexure Hinge Micro-gripper Actuated by PZT Based on FEM

Yang Guo xing Zhang Xianmin Wang H ua

South China University of Technolo gy,Guang zhou,510640

A bstract:A micro-g rippe r w as designed based on flexure hing es,w hich w as actua ted by piezoe-lectricity ce ramic actuator(PZT)and had the advantag es of sim ple structure,co nvenient m anufacture and large clamping range.The stiffness and consistent mass matrix of flexure hing e w ere established based on the finite element m ethod(FEM),and the optim al m ethod of the structural paramete rs of the micro-g ripper w as presented.Based o n the optim al results,a geometrical model w as established to check the computation of the static and dy namics,and the analytical results w ere validated by the finite element so ftw are—ANSYS.

Key words:flexure hinge;piezoelectricity ceramic;m icro-g ripper;finite element

0　引言

近20年来,国内外一些学者[1]先后研制过硅材料的静电力驱动和金属材料的压电陶瓷驱动

收稿日期:2005—10—18

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375051);广东省自然科学基金资助重点项目(036548);教育部科学技术重点项目(104149)的微尺寸夹钳和微尺度操作夹钳。压电陶瓷驱动的微夹持器,由于压电体的位移输出小,难以直接满足设计要求,因而常常需要加位移放大机构。

为了使夹持器具有较大的张合量,本文设计了一种柔性铰链式位移放大机构。该机构将压电陶瓷驱动器(PZT)的输出位移进行放大,放大倍数接近30,使夹持器钳口的最大张合量可达1mm

1074

运动控制系统第五周重点归纳

3.19直播课，3.16请提前自主学习以下重点（看慕课和教材） 1、双闭环的参数计算，典型题教材P100习题4-1 4-2 4-3（下周习题课会讲解下）会解释：（1）双闭环中，ACR和ASR分别起什么作用？（2）启动过程电流波形和转速波形有何特点？ 2、双闭环直流调速系统的动态结构框图（教材上找一找）传递函数形式了解双闭环和单闭环动态抗扰性能有何不同？ 3、双闭环工程设计方法的基本思路（两步走：先选结构再定参数、先内环再外环）（1）选结构，保证动态稳定性和稳态精度，抓主要矛盾；（2）再定参数（查表）进一步考虑其他动态性能指标

PS：其中涉及到大量的自控理论内容（如典型I型典型II型稳定性判定方法和各类动态特性指标），工程设计方法实际上是寻求一个折中的方案，依据与典型系统的关系(查公式、图表)来解决。 4、转速检测的数字化手段（运用光电码盘、霍尔传感器等）实际应用中，单片机或者PLC根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T 法测速。其中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率。重点掌握M法测速要求会解释：为什么M法适合测量高速？（可看课件上的公式） M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差（客观存在）。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。掌握分辨率、测速最大误差率以及M法测速公式（自行整理），会做教材P111习题5-1

运动控制系统复习知识点总结

1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。（运动控制系统框图） 2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标 1相控整流器-电动机调速系统原理 2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 3.V-M系统机械特 4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 ”。（7）直流PWM调速系统的机械特性 6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时电动机转速的变化率，称为静差率s。 D与s的相互约束关系对系统的调速精度要求越高，即要求s越小，则可达到的D必定越小。当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。第二章闭环控制的直流调速系统内容提要 ?转速单闭环直流调速系统 ?转速、电流双闭环直流调速系统调节器的设计方法 1.异步电动机从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是机械轴上输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差功率。.异步电动机按调速性能分类第一类基于稳态模型，动

机器人运动控制器

TB04-2372.jtdc-1 机器人控制标准包机器人运动控制器我们在机器人控制上拥有丰富的经验。除了标量机器人和２维并行机构的机器人是做为选项。其他机械机构的机器人我们提供了特殊控制技术。链接型和并行机构的机器人可以像自动机械一样运行。■优点 ◆有效运用于内部研发能够短期内使自己研发的产品稳定动作。 ◆追求独特的技术能够用于研发特殊组装和动作的机器人，并投入生产现场。◆技术知识保密自己开发技术知识的保密 ◆应用于自动机械可以应用于加工机械以及装配机械之类的生产机械的操作和运转 ■机构变换 ◆直交系列机器人◆标量机器人◆２维并行机构机器人◆垂直多关节机器人◆６维并行机构机器人〈标准〉〈选项〉〈选项〉〈独特〉〈独特〉 ■正确的轮廓控制■按控制周期变换机构■正确的轨迹按控制周期执行机构变换，实现插补之间的接合部的圆滑轨迹控制。可应用于精密加工。 ■运行程序（技术语言?Ｇ语言）像去除加工毛刺及钻孔机械，使用输出ＣＡＭ的Ｇ语言文件来实现ＤＮＣ运行。 ■拥有丰富技能对应实际生产中的作业通过可选项，能够用于搬运，加工，熔接，去除毛刺，装配等生产机械的操作和运行。◆可选项机能例宏机能，多任务，扭矩指令（贴接?控制力度）ＤＮＣ运行触摸屏插补前的加减速Ｓ字加减速手动脉冲发动器，高精度制动开关（接触开关）接线?法线控制同频同步平行轴控制■触摸屏及专用ＰＣ软件 ■触摸屏例 ■专用ＰＣ画面例使用触摸屏或ＰＣ也可以操作。■动作机构计算的可２次开发我们的经验可以对应您的特殊需求。另外，你也可以自行开发动作机构变换软件。■应用于机器人控制的运动控制器◆ＳＬＭ４０００机器人规格单板独立单机工作４轴脉冲列输入３２输出３２ＲＳ２３２／ＵＳＢ ◆ＰＬＭＣ４０机器人规格ＰＬＣ动作４轴脉冲列输入１６输出１６ＲＳ２３２可使用通用ＰＬＣ扩展（梯形 ?ＩＯ? 模拟等） ◆ＰＬＭＣ－ＭⅡＥＸ机器人规格ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ－Ⅱ 标准４／９／１６轴最大３０轴可使用通用ＰＬＣ扩展（梯形?ＩＯ?模拟等） ◆多軸运动功率放大器机器人规格多轴伺服功放一体型最大７轴输入４２输出４２可节省配线节省成本 A B a1 a2a3Accurate contour Uncontrolled path by simple positioning Calculation at each sampling time

运动控制系统基本要求

11级电气工程与自动化专业《运动控制系统》基本要求（2014-05-23）第一章绪论了解本课程的研究内容。第二章（转速单）闭环控制的直流调速系统 1、了解V （SCR ）--M 、PWM--M 两种主电路方案及其特点（2.1节、P16、P97--98、笔记）； 2、他励（或永磁）直流电动机三种数学模型及转换，解耦模型中I do ~U d 环节的处理（P27--28、笔记）； 3、稳态性能指标中D 、S 间关系及适用范围（2.2.1节、P29--30、笔记）； 4、转速单闭环直流调速系统组成原理、特点及适用范围（P2 5、笔记）； 5、带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统的组成原理、特点（笔记、2.5.2节）。第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统 1、双闭环直流调速系统的组成原理（主要指：V —M 不可逆调速系统、PWM-M 调速系统）、特点，符合实际的系统数学模型，静（稳）态参数的整定及计算（P60、P59--6 2、笔记）； 2、 ASR 、ACR 的作用（P65）； 3、典1、典2系统的特点、适用范围、参数整定依据（3.3.2节、笔记）； 4、基于工程设计法的ASR 、ACR 调节器参数整定方法（P77--78、3.3.3节、例3-1、3-2、笔记）； 5、理解ASR 退饱和时的（阶跃响应）转速超调量等时域指标算式（P86--88、笔记）； 6、系统分别在正常恒流动态、稳态阶段，及机械堵转故障、转速反馈断开故障下的（新稳态）物理量计算； 7、 M 、T 、M/T 三种数字测速方法及特点（2.4.2节、笔记）； 8、了解了解M/T 数字测速的技术实现方法、系统控制器的技术实现方法（P82-85、笔记）。第四章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 1、 PWM--M 可逆直流调速系统组成原理及特点（4.1节，笔记） 2、 V （SCR ）--M 可逆主电路中的环流概念、类型、特点（P103--104、笔记）； 3、常用的晶闸管－直流电动机可逆调速系统组成原理及特点（4.2.2节，图4-1 4、图4-1 5、4.2.3节）。第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统 1、异步电动机定子调压调速的机械特性簇与特点，转速闭环调压调速系统组成原理及适用范围（5.1--5.2节）； 2、软起动器的作用及适用条件（5.2.4节）； 3、异步电动机变压变频调速的基本协调控制关系（一点两段）及其依据（5.3.1节）； 4、异步电动机四种协调控制的特点，各自的机械特性簇、特点及比较（5.3.2节--5.3.3节、笔记）； 5、 SPWM 、CFPWM 、SVPWM 变频调速器组成原理与特点，及其中各环节的作用（5.4节）； 6、了解基于转差频率控制的转速闭环变频变压调速系统的基本原理（5.6节）。第六章基于动态模型的异步电动机调速系统 1、交流电动机坐标变换的作用，矢量控制（VC ）的基本思想、特点（6.6、6.7、笔记）； 2、异步电动机VC 系统的一般组成原理（图6-20）； 3、了解各种具体的VC 系统组成方案，理解转子磁链直接与间接定向控制的区别（6.6. 4、6.6.6节、笔记）； 4、异步电动机直接转矩控制（DTC ）系统的基本原理及特点（6.7.3节），DTC 与VC 的比较（6.8节）。第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统 1、绕线转子异步电动机次同步串级调速主电路及其工作原理，()S f β=公式及特点（7.2.1节、笔记）； 2、绕线转子异步电动机双闭环次同步串级调速系统组成原理；起动、停车操作步骤；（7.5、7.6、7.4.3节、笔记）。第八章同步电动机变压变频调速系统 1、正弦波永磁同步电动机（PMSM ）矢量控制系统组成原理，0sd i =时的转矩公式（8.4.3节）； 2、具有位置、速度闭环的正弦波永磁同步电动机（伺服）矢量控制系统组成原理（图8-26、27扩展、笔记）。第九章伺服系统 1、位置伺服系统的典型结构（开环、半闭环、闭环、混合闭环）及特点（笔记、9.1.2）； 2、位置伺服系统的三种运行方式、位置伺服系统的三种方案；（笔记、9.3.2--9.3.4） 3、数字伺服系统中电子齿轮的作用（笔记）； 4、数字式位置、速度伺服系统的指令形式（笔记）。 *** 考试须知---要点提示：（1）无证件者不能考试；（2）未交卷者中途不得离场；（3）严禁带手机到座位，操作手机者按作弊论处。附：答疑地点（2-216）、时间：（1）2014-6-6，13:00--15:00；（2）2014-6-7，8:00--11:00，13:00--15:00。

机电运动控制系统离线作业必

机电运动控制系统离线作业必 Newly compiled on November 23, 2020

浙江大学远程教育学院《机电运动控制系统》课程作业（必做）姓名：严超学号： 3 年级：16秋电气学习中心：武义 ————————————————————————————— 1.直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实现。答：根据直流电机速度公式，有（1）电枢电压Ua控制-调压调速（向下调速）：采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制（PWM）供电等方式，其损耗小，控制性能好。（2）磁场φ控制-弱磁（向上调速），采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。（3）由于运行损耗大、效率低，一般不再采用串Ra调速。 2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图（非方块图），须清楚表达两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关系。答：双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进面确定了系统的最大电流的特点。 3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统：

(1) 如果要改变转速，应调节什么参数为什么 (2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数为什么答：（1）改变转速时只能改变速度调节器的输入ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节哭的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。 (2)要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。 4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中，内环为＿电流＿环，外环为＿速度环，其连接关系是：＿速度调节器＿的输出作为＿＿电流调节器的输入，因此外环调节器的输出限幅值应按＿＿调速系统允许最大电流＿来整定；内环调节器的输出限幅值应按＿＿可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角＿来整定。两调节器均为＿PI＿型调节器，调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有＿积分（记忆）功能；能实现快速动态调节是由于节器具有＿＿饱和限幅＿功能。 5.在转速、电流双闭环系统中，速度调节器有哪些作用其输出限幅值应按什么要求来调整电流调节器有哪些作用其输出限幅值应如何调整答：速度调节器用于对电机转速进行控制，以保障：①调速精度，做至静态无差；②机械特性硬，满足负载要求。速度调节器输出限幅值应按速系统允许最大电流来调整，以确保系统运行安全（过电流保护）电流调节器实现对电流的控制，以保障：①精确满足负载转矩大小要求（通过电流控制）；②调速的快速动态特性（转矩的快速响应）。

AUV水下机器人运动控制系统设计方案(李思乐)

中国海洋大学工程学院机械电子工程研究生课程考核论文题目： AUV水下机器人运动控制系统研究报告课程名称：运动控制技术姓名：李思乐学号： 21100933077 院系：工程学院机电工程系专业：机械电子工程时间：2010-12-26 课程成绩：任课老师：谭俊哲

AUV水下机器人运动控制系统设计摘要：以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象，建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点，对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。以成功研制的无缆自治水下机器人(AUV) 为基础，对其航行控制和定位控制方法进行了较详细的分析. 同时介绍了它的推进器布置、控制系统结构、推力分配等方法。最后展示了它的运行实验结果。关键词：水下机器人；总体设计方案；运动控制系统；电机仿真 1 引言近年来国外水下机器人技术发展迅速，技术水平较高。其中，具有代表性的产品有：美国Video Ray 公司开发出的Scout、Explorer、Pro 等系列遥控式水下机器人，美国Seabotix公司研发的LBV-ROV 系列，英国AC-CESS 公司的AC-ROV系列。随着海洋开发、探测的需求越来越强，水下机器人成为全世界研究的热门课题。小型自治水下机器人具有低成本、小型化、操作灵活等特点成为近年来国内外研究的热点。自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles, AUV）,载体采用模块化设计思想, 可根据需要适当增减作业或传感器模块, 载体采用鱼雷状流线外形, 总长约2 m, 外径25 cm, 基本模块包括推进器模块、能源模块、电子舱模块、传感器模块以及GPS、无线电通讯模块, 基本传感器有姿态传感器、高度计、深度计和视觉传感器, 支持光纤通讯, 载体可外挂声学设备, 通过光纤系统进行遥控操作可实现其半自主作业, 也可在预编程指令下实现自主作业。系统基本模块组成设计如图1-1所示[1]。它具有开放式、模块化的体系结构和多种控制方式（自主/半自主/遥控），自带能源。这种小型水下机器人可在大范围、大深度和复杂海洋环境下进行海洋科学研究和深海资源调查，具有更广泛的应用前景。在控制系统的设计过程中充分考虑了系统的稳定性和操纵性。控制器具有足够的鲁棒性来克服建模误差，以及水动力参数变化。图1-1 系统基本模块组成设计 2机器人物理模型 2.1 AUV 物理模型为了研究AUV 的运动规律，确定运行过程中AUV 的位置和姿态，需要建立AUV 的动力学模型。为了便于分析，建立适合于描述AUV 运动的两种参考坐标系，即固定坐标系Eξηζ 和运动坐标系Oxyz，如图2-1 所示：包含5 个推进器，分别是艉部的2 个主推进器、艉部的1 个垂向推进器和艏部的2 个垂向推进器。左右对称于纵中

第一部分运动控制复习要点

第一部分运动控制复习要点（IRON ） 1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。P 2 1)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 3)直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2.电流连续和断续时，V-M 系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。P 9 1）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。 2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。 3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析）。P 23~24 a 、闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多； b 、闭环系统的静差率比开环系统小得多； c 、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。 d 、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 4、电流截止负反馈及其作用。P 28 当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。 5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。比例调节器：a 、Uc=Kp ΔUn 输出信号与偏差信号成比例；有差调节。b 、能迅速响应控制作用。积分调节器：a 、输出信号的速度与偏差信号成正比。b 、无静差调速。比例积分调节器：a 、稳态精度高，动态响应快；b 、比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。（控制规律即公式） 7、电压反馈电流补偿的调速系统进行稳态特性和与转速闭环调速系统的主要差别。 a 、结构框图的不同地方在于负反馈信号的取出处不同；P44 b 、电压负反馈的稳态性能比同样放大器的转速负反馈系统要差一些，在电压负反馈的基础上加入电流补偿，可以补偿一部分静差，以提高调速系统的稳态性能，但是不能指望其实现无静差，因为这时系统已经达到稳态的边缘了。 11、调节器工程设计法的思路。P 60 1、选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。 2、设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。 n 0O I d I d1I d3I d2I d4 A B C A ’ D 闭环静特性开环机械特性图1-26 闭环系统静特性和开环机械特性的关系 U d4U d3U d2U d1

机器人的运动控制

2.4 手臂的控制 2.4.1 运动控制对于机器人手臂的运动来说，人们通常关注末端的运动，而末端运动乃是由各个关节的运动合成实现的。因而必须考虑手臂末端的位置、姿态与各个关节位移之间的关系。此外，手臂运动，不仅仅涉及末端从某个位置向另外一个位置的移动，有时也希望它能沿着特定的空间路径进行移动。为此，不仅要考虑手臂末端的位置，而且还必须顾及它的速度和加速度。若再进一步从控制的观点来看，机器人手臂是一个复杂的多变量非线性系统，各关节之间存在耦合，为了完成高精度运动，必须对相互的影响进行补偿。 1.关节伺服和作业坐标伺服现在来研究n个自由度的手臂，设关节位移以n i个关节的位移，刚性臂的关节位移和末端位置、姿态之间的关系以下式给出：（1） m维末端向量，当它表示三维空间内的位置姿态时，m=6。如式（1）所示，对刚性臂来说，由于各关节的位移完全决定了手臂末端的位置姿态，故如欲控制手臂运动，只要控制各关节的运动即可。设刚性臂的运动方程式如下所示：（2）量为粘性摩擦系数矩阵；表示重力项的向量；机器人手臂的驱动装置是一个为了跟踪目标值对手臂当前运动状态进行反馈构成的伺服系统。无论何种伺服系统结构，控制装置的功能都是检测各关节的 1给出了控制系统的构成示意图。来自示教、数值数据或外传感器的信号等构成了作业指令，控制系统根据这些指令，在目标轨迹生成部分产生伺服系统需要的目标值。伺服系统的构成方法因目标值的选取方法的不同而异，大体上可以分为关节伺服和作业坐标伺服两种。当目标值为速度、加速度量纲时，分别称之为速度控制或加速度控制，关于这些将在本节2.和3.中加以叙述。

图1 刚性臂控制系统的构成 1）关节伺服控制讨论以各关节位移的形式给定手臂运动目标值的情况。令关节的目标值为12(,,,)T n d d d dn q q q q =∈?。图2给出了关节伺服的构成。若目标值是以关节位移的形式给出的，那么如图2所示，各个关节可以独立构成伺服系统，因此问题就变得十分简单。目标值d q 可以根据末端目标值d r 由式（1）的反函数，即逆运动学（inverse kinematics ）的计算得出 1()d r d q f r -= （3）图2 关节伺服构成举例如果是工业机器人经常采用的示教方法，那么示教者实际上都是一面看着手臂末端，一面进行示教的，所以不必进行式（3）的计算，d q 是直接给出的。如果想让手臂静止于某个点，只要对d q 取定值即可，当欲使手臂从某个点向另一个点逐渐移动，或者使之沿某一轨迹运动时，则必须按时间的变化使d q

几种运动控制系统的比较

运动控制的实现方法 1、以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统早起的运动控制系统一般采用运算放大器等分离器件以硬接线的方式构成，这种系统的优点：（1）通过对输入信号的实时处理，可实现系统的高速控制。（2）由于采用硬接线方式可以实现无限的采样频率，因此，控制器的精度较高并且具有较大的带宽。然而，与数字化系统相比，模拟系统的缺陷也是很明显的：（1）老化与环境温度的变化对构成系统的元器件的参数影响很大。（2）构成系统所需的元器件较多，从而增加了系统的复杂性，也使得系统最终的可靠性降低。（3）由于系统设计采用的是硬接线的方式，当系统设计完成之后，升级或者功能修改几乎是不可能的事情。（4）受最终系统规模的限制，很难实现运算量大、精度高、性能更加先进的复杂控制算法。模糊控制系统的上述缺陷使它很难用于一些功能要求比较高的场合。然而，作为控制系统最早期的一种实现方式，它仍然在一些早期的系统中发挥作用；另外，对于一些功能简单的电动机控制系统，仍然可以采用分立元件构成。 2、以微处理器为核心的运动控制系统微处理器主要是指以MCS-51、MCS-96等为代表的8位或16位单片机。采用微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器，所构成的系统具有以下的优点：（1）使电路更加简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要很多的元器件，从而使电路变得复杂。采用微处理器以后，大多数控制逻辑可以采用软件实现。（2）可以实现复杂的控制算法。微处理器具有较强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有大容量的存储器，因此有能力实现较复杂的控制算法。（3）灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要是由软件实现，如果需要修改控制规律，一般不需要修改系统德硬件电路，只需要对系统的

电气-运动控制系统-复习重点

1、基本概念及分析（1）直流调速方法（2）可控电源的类型（3）调速系统的稳态性能指标及关系（4）V-M系统和PWM系统分别适用什么场合？（5）什么是有静差系统？什么是无静差系统？无静差的系统在稳态时，其调节器的输出是什么情况？（6）PI调节器中，P的作用是什么？I的作用是什么？（7）单闭环直流调速系统对哪些扰动能克服？哪些扰动不能克服？ 2、计算请仔细复习P31：1-9, 1-10，1-12（切记：不要死记硬背，理解计算思路，掌握计算方法，牢记计算公式）第二章 1、基本概念及分析（1）双闭环系统较之单闭环系统的优势？（2）双闭环系统起动能够快速的真正原因？（3）双闭环系统起动过程中经历哪几个阶段，每个阶段两个调节器的工作状态是什么样的？起动的特点是什么？（4）双闭环系统在突发状况下会如何调节？（请仔细分析P66:2-5；P67:2-9） 2、设计、计算（1）请仔细复习P53：例题2-3, PPT中72面的例题。（2）复习P67:2-7。（切记：不要死记硬背，理解设计或计算思路，掌握设计或计算方法，牢记计算公式，牢记折中参数）

1、基本概念及分析（1）可逆的含义？四象限运行时，电机分别是什么运行状态？（2）V-M可逆系统中的环流是什么电流？如何消除直流平均环流？如何抑制瞬时脉动环流？如何彻底消除环流？（3）逻辑无环流系统中的DLC起到什么作用？其控制信号是什么信号？DLC 发出切换指令的充分必要条件是什么？DLC由哪几部分组成？（4）PWM可逆系统，采用H桥双极性PWM 变换器，其驱动信号的特点是什么？电机正转、反转、停转的条件及输出电压波形如何？H桥双极性PWM 变换器控制下的电机停转和普通的电机停转有什么不一样？第四章 1、基本概念及分析（1）异步电机进行变频调速时，为什么要保持磁通不变？（2）简述恒压频比的控制方式。（3）保持磁通不变有哪几种实现方式？采用不同方式，当频率降低时，各个关键量如何变化？（4）交流PWM变换器和直流PWM有什么区别？交流PWM一般有哪些控制方式，这些控制方式的目的有什么不同？SPWM怎么实现？（5）基于稳态模型的变频调速系统一般有哪两类？第六章 1、基本概念（1）数字调速的特点？（2）数字测速的方法及应用场合。（3）数字PI调节器主要有哪两种类型？

水下清洁机器人运动控制系统设计研究

? 117 ? ELECTRONICS WORLD? 技术交流本文主要结合相关的研究背景设计了一种水下清洁机器人，作为一种水下设备的清洁维护的机器人，保障水下设备的正常运行。文章首先在引言部分对本文的研究背景及意义进行阐述，然后重点提出了水下清洁机器人运动控制系统的总体设计方案，并对其运动模型进行设计和仿真。 1 引言海洋开发逐渐向特殊领域以及高深度领域转变，难度越来越大，人力开发已经完全不能够满足开发的需求，机器人开发已经成为了新趋势。本文主要在此背景下分析和研究水下清洁机器人的运动控制系统的设计。本文设计的水下清洁机器人主要是用于对水下的一些大型设备，例如海底搜救设备、勘测设备、取样设备等进行水下维护和修复等，能够在水下特殊环境中对海底设备进行维护和处理，能够较大程度上的促进海底开发技术的发展。 2 水下清洁机器人运动控制系统总体设计 2.1 水下清洁机器人运动控制流程本文设计的水下清洁机器人的控制系统主要由主机、控制算法、控制电路、指令转换、机器人载体、采样设备等组成，具体的控制流程为：主机控制算法进行水下机器人的动力分配，并结合指令转换算法进行整理转换，结合控制电路开启操控箱，下达操作指令，机器人载体接到命令驱动机器人进行采样，采集样本之后将样本信息传递到主机处理系统当中，进行处理。 2.2 模拟运动控制平台结构设计水下机器人的运动控制平台主要包括六个部分：步进电机、云台、安装板、推进器、U型板以及轴承等。其中云台主要实现的是2自由度的运动，包括水平和横向两个方向。本文模拟的控制平台主要实现的是3自由度的运动控制，除了上述2自由度之外，还包括前后摇摆自由度。由于多了一个自由度，因此需要对运动进行定位，该运动平台的定位主要由带套轴承和法兰轴组成固定左侧，由带套轴承和电机轴固定右侧，右侧的电机由法兰固定，由此就设计出了一个6自由度的模拟运动控制平台（边宇枢，高志慧，贠超，6自由度水下机器人动力学分析与运动控制：机械工程学报，2007）。 2.3 地面操控台结构设计地面操控台主要是对上述的模拟运动控制平台进行控制，地面操控台主要包括显示器、操纵杆、按钮以及指示灯等。其中操纵杆有2个，一个用来控制云台的摄像机，一个用来控制模拟运动平台，面板主要是结合人体舒适度进行设计，角度定为70°（裴文良，郭映言，陈金山，申龙，水下机器人的研发及其应用：制造业自动化，2018）。 3 水下机器人运动模型及仿真分析该部分主要对上述设计的水下机器人的运动模型以及仿真进行分析： 3.1 水下机器人的运动学建模为了便于我们对机器人参数和变量的统一管理，可以定义以下状态变量：其中，，即用η1和η2分别表示稳定系下水下机器人的位置向量和方向向量，用v1和v2分别表示动态系下水下机器人的线速度和角度，用τ1和τ2表示在动态系下作用于水下机器人的力和力矩向量。水下机器人的速度变量由稳定系转换成为动态系，从而通过动态控制器实现对运动的控制，同时要获得水下机器人的静态位置和姿态就必须要将水下机器人的速度变量由动态系转换成为稳定系，从而得到水下机器人的位置矢量。由此可知，在研究水下机器人状态时，需要分析和研究机器人速度变量的动态和静态的转变。 3.2 基于神经网络的轨迹控制器本文主要设计了基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，具体的控制流程如下：当机体接收到信号后，传递到控制器，再通过执行器作用于机体，做出相应的动作，机器人本身还具有抗干扰的功能。输出与控制器之间用RBF网络连接。（朱大奇，陈亮，刘乾，一种水下机器人传感器故障诊断与容错控制方法：控制与决策，2009） 3.3 水下机器人神经网络轨迹控制的仿真结合上述设计的基于神经网络模型的水下机器人的运动轨迹控制器，采用MATLAB进行仿真如下。该控制器设计的目的是实现对水下机器人运动状态的识别和跟踪，通过分析水下机器人的水下运动情况，结合轨迹参考实现了未知动力学的局部精确逼近和部分神经网络权值的收敛，从而奠定一定的学习控制器基础。结合神经网络的训练实验得到，在神经网络权值的训练过程中，一些神经网络的权值最终收敛，可以作为神经网络的常数权值存储。在自适应神经网络控制器的作用下，将被控系统未知动态分量的局部精确逼近。水下清洁机器人运动控制系统设计研究（下转第121页）

运动控制系统第一章作业答案曾毅编

【1-1】某生产工艺要求：按动起动按钮S Ⅰ时，电动机Ｍ带动小车作如图题1-83所示的运动轨迹运行；按动暂停按钮S Ⅱ时，小车就地停止。重新按动启动按钮S Ⅰ时小车从暂停位置，开始键继续运行。假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行，小车每次反向运行前都暂停t 秒。 1)试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。 2）当小车运行在B-C 区间时，如果突然停电或此时按动清零停止按钮，当来电后再按动起动按钮将会发生什么现象？如何处理这种问题？解：1）假设：正反向速度继电器分别为：KS 1、KS 2；短路制动电阻的接触器为KM 3。系统带降压起动电阻与反接制动的主电路图如答图1所示，其输出方程和控制方程如下：图1-83 题1-1小车运行轨迹答图1 题【1-1】（２）解答

2）来电后再按动起动按钮S I ，小车将一直向右走，出现失控现象。解决续行问题的方法： ①最普通的方法是在运动轨迹的周边增加限位行程开关，并在输出方程中增加正反向点动按钮。假设：左、右限位保护分别为ST A 、ST B （如答图２所示）、右限位；正、反向点动按钮分别为SF 、SR ，修改后的电气控制逻辑代数方程组： R F T F A R R B F S S t KT S S KM K ST K ST K ST K ST K ST S KM S ST KM KM S K K K KM S ST KM KM S K K K KM ?????+?+?+?+?+?+=????+++=←????+++=→)()()()(152413224131642225311ⅡⅡⅡⅡⅡ ②在控制方程组中与转步信号并联时间超限脉冲发生信号。 ③系统小车没有回到原点前，不清控制方程组，或者不要在控制方程中增加停止按钮。 ④增加回原点功能的按钮。【1-2】已知电动机M 1带动小车左右运动；电动机M 2带动小车上下运动。生产工艺要求的运动轨迹如图题1-84所示。假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行；KM 3得电小车向上运行，KM 4得电小车向下运行。生产工艺要求分别按动启动按钮S 1、S 2、S 3时，小车的运行轨迹分别如图1-84a 、b 、c 所示；按动暂停按钮S Ⅱ，小车就地停止，小车每次转弯运行前都暂停t 秒，按动回原点按键S 0，小车会以最短的路径返回到原点A ，试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。解：假设小车的转步信号及程序步如答图2所示答图２题【1-1】（２）解答

运动控制系统复习知识点总结教学文案

运动控制系统复习知识点总结

运动控制器的应用现状及其发展趋势【不可外传】

运动控制器的应用现状及其发展趋势内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 1运动控制器的应用现状运动控制器越来越广泛地应用于各个行业的自动化设备，如数控机床、雕刻机、切割机、钻孔机、印刷机、冲孔机、激光雕刻、激光切割、包装机、纺织机、食品加工、绘图机、点胶机、焊接机、电子装配白动检测等，甚至在航空航天和国防领域也得到广泛应用。根据所用的CPU不同，运动控制器产品主要有以下五种类型：（1）以单片机（MCU）为核心的运动控制器，低端采用8位或16位的单片机作为处理器，其主要优点是价格比较低廉，缺点是运行速度较慢，控制精度较低。因此这种运动控制器适用于一些低速或运动控制精度要求不高的点位运动或轮廓运动控制的自动化设备。（2）以专用芯片为核心的运动控制器，美国国家半导体公司生产的LM628和LM629专用运动控制芯片，日本的NOVA生产的MCX304、MCX501等运动控制芯片是专门为精密控制步进电机和伺服电机而设计的专用处理器，产品应用于数控机床、雕刻机、工业机器人、医用设备、绕线机、自动仓库、绘图仪、点胶机、IC制造设备等领域。（3）以数字信号处理器（DS）为核心的运动控制器，美国DeltaTau公司生产的PMAC 运动控制器，采用Motorola的DSP56003作为处理器。国内的基于DSP的运动控制器，通常以美国TI公司推出的C2000系列，例如TMS320F2812和TMS320F28335作为运动控制器的核心芯片。

AUV水下机器人运动控制系统方案设计书(李思乐)

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作者：PanHongliang 仅供个人学习中国海洋大学工程学院机械电子工程研究生课程考核论文题目： AUV水下机器人运动控制系统研究报告

课程名称：运动控制技术姓名：李思乐学号： 21100933077 院系：工程学院机电工程系专业：机械电子工程时间：2010-12-26 课程成绩：任课老师：谭俊哲

运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述

运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。运动控制的定义运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。运动控制系统的基本架构组成一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。

基于VC++的运动控制卡软件系统设计

基于VC++的运动控制卡软件系统设计在自动控制领域，基于PC和运动控制卡的伺服系统正演绎着一场工业自动化的革命。目前，常用的多轴控制系统主要分为3大块：基于PLC的多轴定位控制系统，基于PC_based的多轴控制系统和基于总线的多轴控制系统。由于PC 机在各种工业现场的广泛运动，先进控制理论和DSP技术实现手段的并行发展，各种工业设备的研制和改造中急需一个运动控制模块的硬件平台，以及为了满足新型数控系统的标准化、柔性化、开放性等要求，使得基于PC和运动控制卡的伺服系统备受青睐。本文主要是利用VC++6.0提供的MFC应用程序开发平台探索研究平面2-DOF四分之过驱动并联机构的运动控制系统的软件开发。平面2-DOF四分之过驱动并联机构的控制系统组成并联机构的本体如图1，该机构由4个分支链组成，每条支链的一段与驱动电动机相连，而另一端相交于同一点。该并联机构的操作末端有2个自由度（即X 方向和Y方向的平动），驱动输入数目为4，从而组成过驱动并联机构。控制系统的硬件主要有4部分组成：PC机，四轴运动控制卡，伺服驱动器和直流电动机。系统选用的是普通PC机，固高公司的GT-400-SV-PCI运动控制卡，瑞士Maxon公司的四象限直流伺服驱动器及直流永磁电动机。伺服驱动器型号为4-Q-DCADS50/5，与驱动器适配直流电动机型号为Maxon RE-35。运动控制系统的

构成如图2所示。上位控制单元由PC机和运动控制卡一起组成，板卡插在PC机主板上的PCI插槽内。PC机主要负责信息流和数据流的管理，以及从运动控制卡读取位置数据，并经过计算后将控制指令发给运动控制卡。驱动器控制模式采用编码器速度控制，驱动器接受到运动控制卡发出的模拟电压，通过内部的PWM电路控制直流电动机RE-35的运转，并接受直流电动机RE-35上的编码器反馈信号调整对电动机的控制，如此构成一个半闭环的直流伺服控制系统。 1.1 GT-400-SV控制卡介绍固高公司生产的GT系列运动控制卡GT-400-SV-PCI可以同步控制4个轴，实现多轴协调运动。其核心由ADSP2181数字信号处理器和FPGA组成，能实现高性能的控制计算。控制卡同时提供了C语言函数库和Windows下的动态链接库，可实现复杂的控制功能。主要功能如下：（1） PCI总线，即插即用；（2）可编程伺服采样周期，4轴最小插补周期为200us，单轴点位运动最小控制周期为25us；（3） 4路16位分辨率模拟电压输出信号或脉冲输出信号模拟量输出范围：-10V-+10V，每路课独立控制，互不影响；

模块化多足步行机器人的运动控制系统研究与应用_陈

运动控制系统第五周重点归纳

运动控制系统 复习知识点总结

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机电运动控制系统离线作业必

AUV水下机器人运动控制系统设计方案(李思乐)

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