擬人機器人上肢多關節控制參數整定

1．4 電機數學模型的參數確定

從前面的理論分析得到了一個電機的開環控制時域模型，可以將實際測量得到的電機的開環數據代入式(1)，求出電機模型中的參數a，b，c。其中a=522 284．126 112 083；b=1 282．297 371 441；c=0．084 348 857；從而得到新的曲線，如圖3所示，為便于比較同時繪出了

電機實際響應曲線。

由圖3可看出理論計算得到的曲線與電機實際曲線的擬合度非常好，說明采用式(1)作為電機開環函數完全可行。控制參數：a=522 28 4．126 112 083；b=1 282．297 371 441；c=0．084 348 857可以作為電機的仿真參數。因此擬人機器人手部電機開環系統的時域響應函數為：

2 電機PID閉環控制系統仿真

從以上分析可以看出，電機開環系統很容易受到干擾。因此在開環的基礎上，考慮構造電機的閉環控制系統。由于PD控制系統存在靜差，PI控制系統響應時間長，DI控制系統穩定性不好，鑒于此，下面考慮PID控制，其系統仿真模型如圖4所示。

該系統的控制效果基本上令人滿意，圖5是部分控制效果模擬。

由此可見，PID控制很好地結合了PI、PD控制系統的優點，避免了他們的缺陷，使系統最終獲得了很高的控制精度、更快的響應速度、更突出的控制穩定性，因此最終選擇PID作為機器人上肢DC電機的閉環控制系統。通過對比可以看出，該系統比較完美，超調量幾乎沒有，響應時間也很短，抗干擾能力也很強。

3 結語

通過以上建模和仿真，找到了一個合適的控制方法，即PID控制，并且經過調節得到的一組較好的PID控制參數為KP=0．002；KD=5；KI=0．000 000 09。按照以上參數，系統最終獲得了很高的控制精度、更快的響應速度、更突出的控制穩定性，幾乎能夠完全抵抗外部的干擾。該仿真對擬人機器人手部控制節點的設計具有很重要的指導作用，同時該方法具有很強的普遍性，對于一般的直流電機的閉環控制也有一定的借鑒意義。