机器人原理及应用：第3章机械手的控制.ppt

《机器人原理及应用》第三章主要探讨了机械手的控制技术，包括机械手系统的构成、传递函数和方框图的解析以及PID控制等关键概念。 3.1 机械人系统的构成 机械手系统由多个部分组成，其核心功能包括动作和运动的控制，即控制机械手各关节的运动轨迹；末端操作器或手爪的轨迹和力的再现，确保机械手能准确抓取和放置物体；以及运动状态显示和参数设定功能，便于用户监控和调整机械手的工作状态。 3.1.1 机械人框图 机械手的控制系统通常通过一个框图来表示，其中包含了输入、输出以及各个子系统间的信号传递路径，反映了系统内部的工作原理。 3.2 传递函数和方框图 传递函数是描述系统动态性能的重要工具，它定义了系统输出与输入之间的数学关系。方框图则是将系统各个部分的传递函数用图形化的方式表示，便于分析系统的控制性能和稳定性。 3.2.1 传递函数 传递函数描述了系统在零初始条件下，输出量与输入量的拉普拉斯变换之比。在机械手控制中，传递函数用于分析动力学模型，如关节力矩与关节角速度的关系，以及如何通过控制器进行调节。 3.3 PID 控制 PID（比例-积分-微分）控制是工业控制中最常用的控制算法。它通过结合比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）来实现对系统的精确控制。 3.3.1 PID 控制的基本形式 PID控制器的输出是输入误差的积分、比例和微分的组合。比例项提供快速响应，积分项消除稳态误差，微分项则有助于减少超调和改善系统的动态性能。 3.3.2 实用的 PID 控制 实际应用中，PID控制往往需要进行优化，例如微分超前型PD控制和I-PD控制。微分超前型PD控制通过预估误差变化趋势，提高控制效果；I-PD控制则在积分环节引入比例项，改善积分饱和问题。 总结来说，本章内容深入浅出地介绍了机械手控制的基本理论和方法，包括系统的结构分析、动态模型建立以及PID控制策略的应用，这些都是实现高效、精准机器人控制的关键。理解并掌握这些知识点对于设计和实施机器人控制系统至关重要。