机械手臂位置控制

机械手臂位置控制原理：为了实现机械臂的位置控制，需使用电机时刻输出电磁转矩来平衡机械臂的重力据。在控制达到目标位置的时候，使电机的转速为零，电机处于堵转状态，所输出的力矩就是堵转转矩。在不同的电枢电压下，电机的堵转转矩不同。利用改变电枢电压的方法完全可以实现对电机堵转转矩的控制，从而实现机械臂的位置控制。

位置控制的相关信号流程如图：首先，通过人机交互部分的按键来完成对系统的给定值输入，其中包括目标位置和转动方向两项信息；然后，由DSP 根据输入的目标位置，结算出应加给电机的前馈控制量，并输出PWM 波和方向信号给电机驱动电路，同时电码盘检测当前角度，反馈给DSP ；最后，DSP 根据当前位置和目标位置的差值进行PID 控制，调整输出的PWM 波占空比和方向；另外，人机交互部分中的液晶显示器负责实时显示控制过程中的各项信息。

机械臂控制方法：假设机械臂的质量均匀分布，质心距联轴器的中心为l,机械臂运动的摩擦

系数为d ，根据牛顿定律，得运动方程为：sin d mgl I u θ

θθ++= ，式中mg 为机械臂重力，2

*4/3I ml =为机械臂转动惯量。设期望轨迹为(t)d θ，则跟踪误差为：d e θθ=- 设误差的动态特性满足方程：0e

ae be ++= 式中a,b 为正常数。 根据代数稳定判据，针对二姐系统当系统闭环特征方程式的系数都大于零时，系统稳定，0e

ae be ++= 的跟踪误差(t)e 收敛于零。 引如辅助控制信号/u ，考虑到前馈补偿，令控制规律为：/

sin d u mgl u I θθθ++=+ ， 得/u Ie

de =+ ，得到PD 控制：/(d aI)e bIe u =-- ，最终得控制规律为： (d aI)e bIe I sin d m u gl θθθ++=--+ 可见，控制规律为“PD+前馈控制”。实际系统中

为了消除稳态误差，还要加入积分环节，所以最终采用的控制规律为“PD+前馈控制”控制