東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育

1、機(jī)械手的控制Control of Robotic Manipulator,3.1 機(jī)械人系統(tǒng)的構(gòu)成3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.3 PID控制3.4 機(jī)械手的位置控制3.5 機(jī)械手的力控制3.6 其他控制方式簡(jiǎn)介,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.1 機(jī)械人系統(tǒng)的組成3.1.1 機(jī)械人系統(tǒng)示意機(jī)器人的功能：①動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)的控制②末端操作器/手爪的 軌跡和力的再現(xiàn)③運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示、

2、 參數(shù)設(shè)定功能,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.1 機(jī)械人系統(tǒng)的組成3.1.2 機(jī)械人框圖,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1 傳遞函數(shù),,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1 傳遞函數(shù),,,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,

3、3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1 傳遞函數(shù),,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1 傳遞函數(shù),L=0,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1 傳遞函數(shù),http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2 方框圖,http://www.cnc38.com,Rob

4、otics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2 方框圖,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2 方框圖,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.2 傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2 方框圖,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.1 PID控制的基本形式,http://www.cnc38.com

5、,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.1 PID控制的基本形式,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.1 PID控制的基本形式,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.2 實(shí)用的PID控制,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.2 實(shí)用的PID控制（1）微分超前型

6、PD控制,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.2 實(shí)用的PID控制（1）微分超前型PD控制,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.2 實(shí)用的PID控制（1）微分超前型PD控制,,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.3 PID控制3.3.2 實(shí)用的PID控制（2）I-PD控制,,

7、http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.4 機(jī)械手的位置控制3.4.1 手爪位置控制（1）使用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和關(guān)節(jié)角控制的方法,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.4 機(jī)械手的位置控制3.4.1 手爪位置控制（2）注重靜力學(xué)關(guān)系的方法,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.4 機(jī)械手的位置控制3.4.2 動(dòng)態(tài)控制,,,,http:/

8、/www.cnc38.com,Robotics控制,3.4 機(jī)械手的位置控制3.4.2 動(dòng)態(tài)控制,,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.1 單自由度機(jī)械系統(tǒng)的阻抗控制,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.1 單自由度機(jī)械系統(tǒng)的阻抗控制,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.

9、5 機(jī)械手的力控制3.5.1 單自由度機(jī)械系統(tǒng)的阻抗控制（1）外力矩可計(jì)測(cè)的場(chǎng)合,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.1 單自由度機(jī)械系統(tǒng)的阻抗控制（2）關(guān)節(jié)角加速度可以檢出的場(chǎng)合,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械手的阻抗控制,手爪位置：,手爪速度：,手爪加速度：,靜力學(xué)關(guān)系式：,控制對(duì)象

10、：,期望的動(dòng)作：,（3.65）,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械手的阻抗控制（1）外力可以計(jì)測(cè)的情況,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械手的阻抗控制（2）關(guān)節(jié)角加速度可以檢出的情況,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械

11、手的阻抗控制（3）既不需要檢出外力也不需要檢出關(guān)節(jié)角加速度 左乘,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械手的阻抗控制,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.2 機(jī)械手的阻抗控制（4）若手臂慢慢動(dòng)作,,,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械

12、手的力控制3.5.3 機(jī)械手的混合控制,,,,,手爪偏差提?。?,力偏差提?。?,位置控制規(guī)律：,,力控制規(guī)律：,,,http://www.cnc38.com,Robotics控制,3.5 機(jī)械手的力控制3.5.3 機(jī)械手的混合控制,,,,,,,,,,,http://www.cnc38.com,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,機(jī)器人原理及應(yīng)用,第 三十一 講,主講教師：王興松,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.

13、6 機(jī)械手的其他控制方式3.6.1 機(jī)械手的模糊控制 如果機(jī)器人的關(guān)節(jié)位置誤差為： 則其PID控制為,http://www.cnc38.com,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,機(jī)器人原理及應(yīng)用,第 二十二 講,主講教師：王興松,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2 模糊集合與模糊邏輯的基本概念一、模糊集合與集合計(jì)算符 定義1 模糊集合：設(shè)U為若干事件的總

14、和，如U=Rn，我們稱(chēng)U為論域，一個(gè)定義在U上的模糊集合F，由隸屬度函數(shù) 來(lái)表征，這里的 表示 在模糊集合F上的隸屬程度。 經(jīng)典的集合（確定集合）的隸屬度函數(shù)只取兩個(gè)值{0,1}。要么屬于，要么不屬于。因此模糊集合是經(jīng)典集合的推廣。,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2 模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義2 交

15、集、并集和補(bǔ)集：設(shè)A和B是U上的兩個(gè)模糊集合。對(duì)所有的 ，A和 B的交集是定義在U上的一個(gè)模糊集合，其隸屬度函數(shù)定義為：對(duì)所有的 ，A和B的并集是定義在U上的一個(gè)模糊集合，其隸屬度函數(shù)定義為：對(duì)所有的 ，A的補(bǔ)集是定義在U上的一個(gè)模糊集合，其隸屬度函數(shù)為：,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2 模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義3

16、 模糊關(guān)系 設(shè)U和V是兩個(gè)論域。模糊關(guān)系R是積空間UxV上的一個(gè)模糊集合，即當(dāng) 時(shí)，R的隸屬函數(shù)為 . 定義4 模糊蘊(yùn)涵 設(shè)A和 B分別為定義在U和V上的模糊集合,則由 所表示的模糊蘊(yùn)涵是定義在UxV上的一個(gè)特殊模糊關(guān)系,其隸屬度函數(shù)定義為:模糊與:模糊或:實(shí)質(zhì)蘊(yùn)涵:命題演算:,http://www.cnc38.com,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,機(jī)器人原理及應(yīng)用,第 二十三 講,主講教師：王

17、興松,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2 模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義5 廣義取式推理: 前提1 x為A’ 前提2 如果x為A,則y為B 結(jié)論 y為B’ 其中A‘、A、B’、B為模糊集合，x、y為語(yǔ)言變量定義6 廣義取式推理: 前提1 y為B’

18、 前提2 如果x為A,則y為B 結(jié)論 x為A’其中A‘、A、B’、B為模糊集合，x、y為語(yǔ)言變量,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.3 模糊規(guī)則與模糊推理模糊規(guī)則是由如下形式的“如果---則”規(guī)則的總和組成R（l）：如果x1為F1l ，且…，且xn為Fnl，則y為Gl； Fil 、Gl為

19、模糊集合， xi為模糊變量。將變量模糊化后，經(jīng)過(guò)按照模糊規(guī)則的運(yùn)算，獲得模糊結(jié)果，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)模糊推理。模糊推理得到的模糊輸出，再經(jīng)過(guò)反模糊化，即可得到模糊推理的精確解。,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理一個(gè)典型的模糊控制系統(tǒng),http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6

20、.4 模糊控制工作原理例：一熱處理用的電熱爐，按工藝要求須保持爐溫600O不變。由于爐溫受零件數(shù)量、體積、環(huán)境溫度變化、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等影響，會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)所以要設(shè)計(jì)控制器?？刂品绞剑和ㄟ^(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)；也可以通過(guò)PWM方式 調(diào)節(jié)。人工調(diào)節(jié)時(shí)，通過(guò)面板上的電位器實(shí)現(xiàn)，計(jì) 算機(jī)調(diào)節(jié)通過(guò)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)。,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊

21、算法3.6.4 模糊控制工作原理典型的溫度控制電路如圖 INT1，INT2過(guò)零檢測(cè)，PB7觸發(fā)控制，AN0傳感器輸入A/D。,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理 人工操作時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，控制規(guī)則可以用語(yǔ)言描述如下： 如果爐穩(wěn)低于600OC則升壓，低得越多升壓越高； 如果爐穩(wěn)高于600OC則降壓，高得越多降壓

22、越低； 如果爐穩(wěn)等于600OC則保持電壓不變；采用模糊控制時(shí)，其工作原理如下：1、模糊控制器的輸入變量與輸出變量 設(shè)定爐溫t0=600，測(cè)量爐穩(wěn)t（K），則將誤差e(K)=t0-t(K)作為模糊控制的輸入變量。 輸出變量為：控制電壓u，可通過(guò)改變可控硅的導(dǎo)通角或PWM比例實(shí)現(xiàn)。,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理

23、2、輸入變量及輸出變量的模糊語(yǔ)言描述（模糊化）設(shè)描述輸入及輸出變量的語(yǔ)言值的模糊子集為： {負(fù)大，負(fù)小，0，正小，正大} 或記為 {NB，NS，0，PS，PB} 設(shè)誤差e的論域?yàn)閄，并將誤差大小分為七個(gè)等級(jí)，為：-3，-2，-1，0，1，2，3，則有：X={-3，-2，-1，0，1，2，3}選控制變量u的論域?yàn)閅，并將其也分為七個(gè)等級(jí)，為：-3，-2，-1，0，1，2，3，則有：Y={-3，-2，-1，0，1，2，3}定

24、義其隸屬度函數(shù)如圖：,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理 由此得模糊變量賦值表：,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理3、模糊控制規(guī)則的語(yǔ)言描述 根據(jù)手動(dòng)控制策略，規(guī)則為：（1）若e負(fù)大，則u正大；（2）若e負(fù)小，則u正?。唬?/p>

25、3）若e為零，則u為零；（4）若e正小，則u負(fù)??；（5）若e正大，則u負(fù)大；由此可得控制規(guī)則表：,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理4、模糊控制規(guī)則的矩陣形式 模糊控制規(guī)則實(shí)際上是從誤差論域X到控制量論域Y的模糊關(guān)系R，可記為：從模糊賦制值表可得：,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器

26、人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理 通理，可以得到將這些代入求和式，有,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理5、模糊決策 當(dāng)模糊輸入為e（K）時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出為 u（K）=e（K）。R例如，當(dāng)e（K）=PS時(shí)，6、模糊輸出變?yōu)榫_值（1）隸屬度最大原則，則u=-1；（2）平均法：,http://www

27、.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4 模糊控制工作原理7、模糊控制表 上述的結(jié)果即可用于實(shí)際控制，但是，為了提高控制速度，一般將各種情況預(yù)先計(jì)算出，存入表中，形成模糊控制表。輸入量和輸出量的值，可以自行定義，如定義-3=550OC,http://www.cnc38.com,Robotics 控制,3.6 機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.5 機(jī)器人關(guān)節(jié)位置的模糊控制