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發(fā)布日期:2022-04-18 點(diǎn)擊率:58
機(jī)器人學(xué)代表了當(dāng)今集成度高、具有代表性的高技術(shù)領(lǐng)域,它綜合了多門學(xué)科。其中包括機(jī)械工程學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制工程學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科的交叉與融合,體現(xiàn)了當(dāng)今實(shí)用科學(xué)技術(shù)的先進(jìn)水平。
一般而言,機(jī)器人由幾大部分組成,分別為機(jī)械部分(一般是指通過各關(guān)節(jié)相連組成的機(jī)械臂)、傳感部分(包括測量位置、速度等的測量裝置),以及控制部分(對傳感部分傳來的測量信號進(jìn)行處理并給出相應(yīng)控制作用)。
作為機(jī)器人的“大腦”,機(jī)器人控制技術(shù)的重要性不言而喻
它主要是通過傳感等部分傳送的信息,采用控制算法,使得機(jī)械部分完成目標(biāo)操作而承擔(dān)相應(yīng)控制功能對應(yīng)的部分。最終的目的是盡可能減小機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與期望目標(biāo)的偏差,達(dá)到理想的運(yùn)動(dòng)精度。
機(jī)器人控制器是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它以機(jī)器人控制技術(shù)為理論,同時(shí)還要配合機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模。這時(shí),我們就將一個(gè)復(fù)雜、抽象的物理模型轉(zhuǎn)換成了相對清晰、具象的數(shù)學(xué)模型,一經(jīng)建立,那么我們就在一定程度上就把控制問題從具體的機(jī)器人裝置中分離出來,從而對其進(jìn)行進(jìn)一步地認(rèn)識。
隨著機(jī)器人相關(guān)科學(xué)技術(shù)的演進(jìn),控制算法也逐漸變得豐富起來,產(chǎn)生了諸如自適應(yīng)控制、自校正控制、魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制、非線性系統(tǒng)控制、預(yù)測控制等眾多新型控制策略。
但是,在眾多優(yōu)秀的控制算法中,最為活躍的當(dāng)屬PID(比例、積分、微分)控制,許多先進(jìn)的控制策略也都是基于PID控制算法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。
在生產(chǎn)過程系統(tǒng)控制的發(fā)展歷程中,PID控制是歷史最悠久生命力最強(qiáng)的基本控制方式之一。在20世紀(jì)40年代以前除在最簡單的情況下可以采用開關(guān)控制外,它是唯一的控制方式。
20世紀(jì),通信技術(shù)、電子技術(shù)開始發(fā)展。同時(shí)戰(zhàn)爭、工業(yè)也成為了推動(dòng)力,自動(dòng)控制技術(shù)與自動(dòng)控制理論開始快速發(fā)展。PID的誕生源于人類對于反饋系統(tǒng)的相關(guān)研究。
20世紀(jì)20年代,美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家本逐步建立了反饋控制系統(tǒng)的頻率特性分析方法。貝爾實(shí)驗(yàn)室具有通信背景的工程師們往往很熟悉頻域方法。
1932年,奈奎斯特(H·Nyquist)發(fā)表論文,采用圖形的方法來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這套方法,后來也用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。之后,反饋控制原理開始應(yīng)用于工業(yè)過程。
(美國物理學(xué)家奈奎斯特)
1934年美國麻省理工的赫曾教創(chuàng)立了伺服控制理論,首次提出軌跡跟蹤在反饋控制中的重要性。兩年后,英國的考倫德(A·Callender)和斯蒂文森(A·Stevenson)等人給出了PID控制器的方法。
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