运动控制.绪论

1、1运动控制北京邮电大学北京邮电大学 自动化学院自动化学院叶叶 平平Email: Tel: 010-611982092运动控制运动控制在机器人、工业生产中的应用在机器人、工业生产中的应用工业机器人工业机器人汽车制造汽车制造医药制造医药制造特点特点基座固定基座固定多关节机械手多关节机械手34567仿人机器人-NAO89仿人机器人10 PETMAN11Atlas 12仿生机器人13仿生机器人1415161718移动机器人移动机器人1920v地面常见的运动形式 轮式、履带式、腿式运动（双足行走，多足行走）v常见的特殊运动形式：自平衡车、飞行、水里游动等21电机与运动v机器人的运动，就是通过控制电机的转

2、速与转向，来机器人的运动，就是通过控制电机的转速与转向，来实现。实现。v机器人的运动控制问题机器人的运动控制问题 电机控制问题电机控制问题电机控制的三个层面电机控制的三个层面v速度控制：速度控制：通过电机控制速度实现机器人的运动速度通过电机控制速度实现机器人的运动速度v位移控制：位移控制：通过控制电机转过的角度实现机器人的运通过控制电机转过的角度实现机器人的运动位移。动位移。（移动机器人）（移动机器人）v电流控制：电流控制：通过控制电机的电流实现机器人力或力矩通过控制电机的电流实现机器人力或力矩的输出的输出（工业机器人（工业机器人 加工加工/装配）装配）22v机器人常用的驱动电机v直流电机v步

3、进电机v无刷电机v交流电机2324v通过控制电机的运动实现对机器人的控制。通过控制电机的运动实现对机器人的控制。运动控制系统运动控制系统如何实现对电机的控制？如何实现对电机的控制？25什么是运动控制系统？ 控制系统控制系统 自动控制系统自动控制系统 运动控制系统运动控制系统26自动控制自动控制是指在是指在没有人直接参与没有人直接参与的情况下，利的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或用外加的设备或装置（称控制装置或控制器控制器），），使机器、设备或生产过程（统称使机器、设备或生产过程（统称被控对象被控对象）的）的某个工作状态或参数（即某个工作状态或参数（即被控量被控量）自动地按照）自动地按

4、照预定的规律运行。预定的规律运行。工业自动化工业自动化过程控制：针对六大参数控制，时间常数较大。过程控制：针对六大参数控制，时间常数较大。运动控制运动控制：针对机械运动过程，时间常数小。：针对机械运动过程，时间常数小。温度、压力、流量、液位等 速度、力/力矩等 27运动控制系统运动控制系统的任务：的任务： 通过控制电机通过控制电机电压电压、电流电流、频率频率等输入量，来改变工等输入量，来改变工作机械的作机械的转矩转矩、速度速度、位移位移等机械量，使各种工作机械按等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其应用的需求。人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其应用的需求。伺服控制

5、：高精度、高速度的运动控制28运动控制及其相关学科29机械负载机械负载执行电机执行电机测量反馈测量反馈控制器控制器驱动器驱动器30运动控制系统及其组成PID调节器调节器数字控制器（数字控制器（PC、PLC、DSP）PWM变换变换器器步进电机步进电机直流电机直流电机 交流电机交流电机31v 主控制器主控制器/运动控制器：运动控制器：PC/PLC/DSPv 功率放大与变换装置功率放大与变换装置v 执行电机执行电机 传感器传感器开环控制、开环控制、闭环控制闭环控制32单轴运动控制系统33多轴运动控制系统34运动控制及其相关学科35运动控制系统的分类运动控制系统的分类按按执行电机执行电机： 传动系统用

6、直流电机带动生产机械传动系统用直流电机带动生产机械 传动系统用交流电机带动生产机械传动系统用交流电机带动生产机械按按被控物理量被控物理量： 调速调速系统以转速为被控量系统以转速为被控量 位置随动位置随动系统（伺服系统）以位移为被控量系统（伺服系统）以位移为被控量 按按控制器的类型控制器的类型： 模拟模拟控制系统以模拟电路构成控制器控制系统以模拟电路构成控制器 数字数字控制系统以数字电路构成控制器（控制系统以数字电路构成控制器（PC、PLC、DSP）36M-+TG-+指令输入位置输出V+V-功放模拟控制系统37运动控制系统的转矩控制规律运动控制系统的转矩控制规律 运动方程：运动方程： 式中：式中

7、： J 机械转动惯量机械转动惯量 Te 电机电磁转矩电机电磁转矩 TL 电机轴负载转矩电机轴负载转矩 GD2 飞轮力矩飞轮力矩 转矩控制是运动控制的根本问题转矩控制是运动控制的根本问题电动机工作机械eTnLT2mddd375deLGDnTTJtt 38生产机械的负载特性生产机械的负载特性恒转矩负载恒转矩负载恒功率负载恒功率负载二次方降转矩负载二次方降转矩负载39学习目标学习目标掌握自动控制系统中掌握自动控制系统中常用伺服电机的工作原理及其驱常用伺服电机的工作原理及其驱动技术动技术 重点是重点是直流调速系统直流调速系统：以直流电动机为对象组成的运：以直流电动机为对象组成的运动控制系统，动控制系统，转速反馈控制调速系统转速反馈控制调速系统，转速、电流双转速、电流双闭环控制调速系统闭环控制调速系统的基本组成和控制规律，静态、动的基本组成和控制规律，静态、动态性能分析，直流调速系统的态性能分析，直流调速系统的工程设计方法工程设计方法等。等。 交流永磁同步电机及其矢量控制。交流永磁同步电机及其矢量控制。伺服系统及其设计等。伺服系统及其设计等。40课程参考书籍课程参考书籍电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统 阮阮 毅毅 陈伯时陈伯时 机械工业出版社机械工业出版社 第四版第四版 现代电机控制技术现代电机控制技术 王成元王成元 机械工业出版社机械工业出版社