摘要：加萊運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)中的慣量動(dòng)態(tài)前饋技術(shù)能夠很好的解決這一問(wèn)題，對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)而言，其慣量的變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)在數(shù)學(xué)上可建模的過(guò)程，因此，可以通過(guò)建立動(dòng)態(tài)的慣量模型來(lái)為系統(tǒng)的控制提供前饋?zhàn)兞俊?/div>

      在這個(gè)模型中，當(dāng)設(shè)定位置、設(shè)定速度及加速度值給出后，則將根據(jù)當(dāng)前值和機(jī)械常數(shù)來(lái)計(jì)算出整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的慣量變化，并計(jì)算出力矩輸出的前饋值給電機(jī)，該值與控制器給定值在電流環(huán)中的控制輸出進(jìn)行疊加，使得扭矩輸出可以快速的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)調(diào)整，從而降低扭矩輸出的偏差。
     該前饋輸出需要在偏差產(chǎn)生之前給出，并且以每50us的周期不斷地刷新，由于其高速刷新，確保了扭矩輸出值高速與高精度，并能夠同步地跟隨機(jī)械慣量的變化，達(dá)到較好的控制狀態(tài)。
基于MATLAB/Simulink的前饋模型設(shè)計(jì)
     MATLAB/Simulink是目前最為流行的建模工具，由于與Mathworks公司的合作，貝加萊控制系統(tǒng)與MATLAB/Simulink建模仿真軟件建立了接口連接，經(jīng)過(guò)MATLAB/Simulink仿真工具建模生成的控制器模型可以通過(guò)代碼自動(dòng)生成技術(shù)產(chǎn)生控制器的C代碼，而這一代碼無(wú)需手工重寫(xiě)即可導(dǎo)入到B&R控制器中，從而實(shí)現(xiàn)在環(huán)測(cè)試。

       機(jī)器人可表征為一個(gè)通過(guò)歐拉-拉格朗日方程建立的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過(guò)MATLAB，將系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)，如機(jī)械臂長(zhǎng)度、質(zhì)量、關(guān)節(jié)減速比等以及動(dòng)態(tài)參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)角度、加速度、起始與終點(diǎn)位置等輸入到模型中，它提供了笛卡爾關(guān)節(jié)操作空間的動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)了操作力與關(guān)節(jié)力之間的關(guān)系、操作空間與關(guān)節(jié)空間的速度與加速度關(guān)系，建立了關(guān)節(jié)輸入力矩與輸出力矩之間的關(guān)系。
     這個(gè)模型是一個(gè)二次微分方程，可以通過(guò)歐拉-拉格朗日法進(jìn)行解析，可解析得出以下值：慣量項(xiàng)、離心式和科里奧利項(xiàng)、引力項(xiàng)。
     當(dāng)建立模型后，我們可以進(jìn)行如下動(dòng)作：
     建立未知參數(shù)的識(shí)別：在系統(tǒng)中建立靜態(tài)參數(shù)，通過(guò)AS的力矩跟蹤來(lái)定義動(dòng)態(tài)參數(shù)的識(shí)別，并計(jì)算出基礎(chǔ)參數(shù)。
激活前饋控制：將所計(jì)算的基礎(chǔ)值輸出給B&R PLC，通過(guò)AS軟件，在PLC中建立了一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，將這些基礎(chǔ)值給出后，系統(tǒng)將計(jì)算出一個(gè)附加力矩輸出值。
     將該附加力矩輸出給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將在其電流環(huán)計(jì)算中，預(yù)先給出電流值，即可實(shí)現(xiàn)前饋控制，而這個(gè)附加值是通過(guò)系統(tǒng)不斷的計(jì)算，以微秒級(jí)的周期循環(huán)并提供給驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)計(jì)算的。

      圖3為在Automation Studio中前饋控制的模型和，TrqFF為前饋周期寫(xiě)入，6AxATrqFF是采用C代碼寫(xiě)出的前饋實(shí)現(xiàn)代碼段。

控制效果
      圖4是實(shí)際通過(guò)B&R Automation Studio的軸監(jiān)測(cè)的示波器功能對(duì)整個(gè)輸出進(jìn)行采樣得到的扭矩控制過(guò)程變化曲線(xiàn)，其中藍(lán)色曲線(xiàn)為關(guān)閉前饋控制的情況，可以看到，其扭矩變化的波動(dòng)較大；而紅色曲線(xiàn)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(wěn)定性。
       該項(xiàng)技術(shù)代表了機(jī)器人控制技術(shù)的最高水平，所設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)精度更高、運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn)、抖動(dòng)較小，顯然優(yōu)于同類(lèi)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。