貝加萊機器人控制中的慣量前饋控制技術

圖2 MATLAB/Simulink機器人運動仿真過程

機器人可表征為一個通過歐拉-拉格朗日方程建立的空間運動學方程，通過MATLAB，將系統的靜態參數，如機械臂長度、質量、關節減速比等及動態參數，如旋轉角度、加速度、起始與終點位置等輸入到模型中，它提供了笛卡爾關節操作空間的動力學模型，反應了操作力與關節力之間的關系，操作空間與關節空間的速度與加速度關系，建立了關節輸入力矩與輸出力矩之間的關系。

這個模型是一個二次微分方程，可以通過歐拉-拉格朗日法進行解析，可解析得出以下值：

慣量項；離心式和科里奧利項；引力項

當建立模型后，我們可以進行如下動作：

1. 建立未知參數的識別

在系統中建立靜態參數、通過AS的力矩跟蹤來定義動態參數的識別，并計算出基礎參數

2. 激活前饋控制

將所計算的基礎值輸出給BR PLC，通過AS軟件，在PLC中建立了一個運動模型，將這些基礎值給出后，系統將計算出一個附加力矩輸出值。

將該附加力矩輸出給驅動器，驅動器將在其電流環計算中，預先給出電流值，即可實現前饋控制，而這個附加值是通過系統不斷的計算，以微秒級的周期循環并提供給驅動器的電流環計算的。

圖3 Automation Studio中的前饋控制程序

圖3為在Automation Studio中前饋控制的模型和，TrqFF為前饋周期寫入，6AxATrqFF是采用C代碼寫出的前饋實現代碼段。

五、控制效果

圖4是實際通過BR Automation Studio的軸監測的示波器功能對整個輸出進行采樣得到的扭矩控制過程變化曲線，其中藍色曲線為關閉前饋控制的情況，可以看到，其扭矩變化的波動較大；而紅色曲線則表明了采用了前饋控制后的效果，明顯地提高了力矩輸出的穩定性。

圖4 前饋控制效果

該項技術代表了機器人控制技術的最高水平，所設計的機器人系統其精度更高、運行過程平穩、抖動較小，顯然優于同類機器人系統的設計。