DGR-5A机器人伺服控制技术研究

论文摘要

教学机器人作为机器人技术、计算机技术和机电一体化技术教育的教学工具,对人才培养和高新技术的推广应用有着重要的意义。而机器人的伺服控制技术又是其中非常关键的问题,本文对机器人的伺服控制系统做了较为全面的工作。本文所采用的机器人伺服控制采用三环控制,即电流环、速度环和位置环,考虑到系统的响应速度以及控制器设计的方便性,电流环和速度环采用模拟闭环,位置环采用数字闭环。本文从两个方面对系统进行设计,分别为:硬件系统设计和位置环的控制方案的设计与仿真。硬件系统设计主要有:各个反馈信号的调理电路以及速度环的控制模块、电流环的控制模块和电源模块,并设计了PWM伺服放大模块。对于位置环控制模块,本文所做的工作主要是控制方案的设计和方案的比较研究,考虑到机器人关节电机的伺服控制系统具有很多的不确定性,以及多关节电机在低速运行下,由于摩擦力作用出现的爬行现象,在位置环的伺服控制中采用了具有PID结构形式滑模面的模糊滑模自适应控制方案,经过多种控制策略仿真比较研究表明:该方案具有准确的跟踪性能、和很强的鲁棒性,克服了低速爬行现象;同时,有效地抑制了滑模变结构控制固有的抖振现象,具有令人满意的动静态性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外机器人的发展概况
• 1.1.1 国外机器人的发展状况
• 1.1.2 国内机器人的发展状况
• 1.2 工业机器人的一般构成
• 1.3 机器人关节电机伺服控制系统
• 1.3.1 伺服控制系统发展概述
• 1.3.2 机器人伺服控制系统的结构
• 1.3.3 直流伺服控制策略
• 1.4 本文所作工作
• 第二章 滑模变结构控制与模糊控制
• 2.1 滑模变结构控制
• 2.1.1 滑模变结构控制的定义
• 2.1.2 滑动模态的存在和可达性条件
• 2.1.3 滑模运动的不变性
• 2.1.4 等效控制
• 2.1.5 滑模控制系统的一般设计过程
• 2.1.6 滑模变结构控制的抖振问题
• 2.2 模糊控制
• 2.2.1 模糊控制器的组成
• 2.2.2 模糊条件句与模糊控制规则
• 2.2.3 模糊控制中的几个基本运算操作
• 2.2.4 模糊控制规则的其他性能要求
• 2.2.5 模糊控制的优缺点分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于模糊滑模变结构控制策略的直流电机伺服控制
• 3.1 直流伺服控制系统的数学模型
• 3.1.1 电动伺服装置的数学模型
• 3.1.2 伺服系统的摩擦模型
• 3.2 常规模糊滑模控制
• 3 2.1 控制系统的设计
• 3.2.2 仿真结果及分析
• 3.3 基于“距离”的模糊滑模变结构控制
• 3.3.1 基于距离的模糊规则的建立
• 3.3.2 基于距离的模糊滑模控制器的控制律设计
• 3.3.3 基于距离的滑模控制器的控制器的线性属性
• 3.3.4 基于D-FSMC 的控制仿真
• 3.4 切换增益模糊化的滑模变结构控制
• 3.4.1 控制器的设计及其稳定性证明
• 3.4.2 模糊滑模控制器的设计
• 3.4.3 基于模糊切换增益的SMC 控制仿真与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于PID 结构形式滑模面的AFSMC 伺服控制
• 4.1 PID 结构形式滑模面和模糊规则的确定
• 4.1.1 滑模面的确定
• 4.1.2 模糊规则的确定
• 4.2 自适应模糊滑模控制
• 4.2.1 模糊控制器的自适应率的求取
• 4.2.2 切换控制的自适应率的求取
• 4.3 仿真实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 DGR-5A 机器人伺服控制的硬件电路的设计
• 5.1 机器人硬件电路的总体框架
• 5.1.1 总体设计方案的选择
• 5.1.2 总体信号流程
• 5.2 模拟电路的设计
• 5.2.1 速度反馈调理电路
• 5.2.2 速度反馈的控制回路
• 5.2.3 电位器的调理电路
• 5.2.4 PWM 伺服放大电路
• 5.3 数字电路的设计
• 5.3.1 位置传感器的选型
• 5.3.2 传统编码器调理电路的原理
• 5.3.3 基于CPLD 位置信号调理电路
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果