關於阻抗控制及其實驗


1. 概念

阻抗控制分為基於力的阻抗控制和基於位置的阻抗控制,另一種說法是阻抗控制和導納控制。兩者都是做柔順控制的常用方法。導納控制,位置內環,通過檢測外部力產生位置修正量,阻抗控制,力內環,通過檢測位移變化,產生相應的阻抗力,兩者都可以表現為柔順性,但導納控制更易實驗,詳細諸位可以去知網查閱相關碩博士論文。控制框圖如下:

 圖1,2   導納控制與阻抗控制

2. 特性

阻抗控制器與導納控制器一組關鍵的參數是J,B,K或者M,B,K,這取決於你控制的是轉動件還是移動件,事實上,機電系統很多都可以以MBK模型表示,之不多以上的參數都可以用等效動能或者等效消耗的功來計算。

仿真發現,在阻抗控制中加入J或者M環節,可能會帶來系統的震盪(如果此時共軛極點為主導極點的話),所以,我一般不加這個M或J環節以避免提升系統的階次帶來不穩定。

當PD控制中參數較小時,系統也可以表現為柔順性,但這種單單的PD控制器自由度很小,與導納控制的區別在不與外界環境接觸時的響應特性無法控制,因為PD控制器中的參數用來表現為柔順性,而導納控制卻可以調節位置內環控制參數以調整系統響應特性。

3. 實驗

做了一個單關節電機導納控制實驗,無刷直流電機,FOC控制,力傳感器為薄膜壓力傳感器,用橡皮筋變形程度表征力的大小,如圖3:

 

4. 實驗視頻

說明:因為薄膜壓力傳感器不好安裝且質量不高,所以導致靜止時電機轉軸位置抖動,此視頻只做示意性作用。大致就是按壓傳感器受力片時,導納將力轉化為位置修正量,此時系統猶如一根彈簧;按壓把柄但是不通過受力片傳遞力時,系統變"剛";

 

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圖3 導納控制實驗


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