工业机器人的控制

4、工业机器人控制4.1工业机器人控制系统的特点

4.2工业机器人控制系统的主要功能

4.3工业机器人的控制方式

4.4电动机的控制

4.5机械系统的控制

4.1工业机器人控制系统的特点

机器人的结构是一个空间开链机构,其各个关节的运动是独立的,为了实现末端点的运动轨迹,需要多关节的运动协调。因此,其控制系统与普通的控制系统相比要复杂得多,具体如下:

(1)机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。机器人手足的状态可以在各种坐标下进行描述,应当根据需要选择不同的参考坐标系,并做适当的坐标变换。经常要求正向运动学和反向运动学的解,除此之外还要考虑惯性力、外力(包括重力)、哥氏力及向心力的影响。

(2)一个简单的机器人至少要有3～5个自由度,比较复杂的机器人有十几个甚至几十个自由度。每个自由度一般包含一个伺服机构,它们必须协调起来,组成一个多变量控制系统。(3)把多个独立的伺服系统有机地协调起来,使其按照人的意志行动,甚至赋予机器人一定的“智能”,这个任务只能由计算机来完成。因此,机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。

同时,计算机软件担负着艰巨的任务。

(4)描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型,随着状态的不同和外力的变化,其参数也在变化,各变量之间还存在耦合。因此,仅仅利用位置闭环是不够的,还要利用速度甚至加速度闭环。系统中经常使用重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等方法。

(5)机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成,因此存在一个“最优”的问题。较高级的机器人可以用人工智能的方法,用计算机建立起庞大的信息库,借助信息库进行控制、决策、管理和操作。根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况,按照给定的指标要求,自动地选择最佳的控制规律。

4.2工业机器人控制系统的主要功能

1.示教再现功能

2.运动控制功能

4.2.1示教再现控制1.示教及记忆方式

1)示教的方式

示教的方式总的可分为集中示教方式和分离示教方式。集中示教方式就是指同时对位置、速度、操作顺序等进行的示教方式。分离示教方式是指在示教位置之后,再一边动作,一边分别示教位置、速度、操作顺序等的示教方式。当对PTP(点位控制方式)控制的工业机器人示教时,可以分步编制程序,且能进行编辑、修改等工作。但是在作曲线运动而且位置精度要求较高时,示教点数一多,示教时间就会拉长,且在每一个示教点都要停止和启动,因而很难进行速度的控制。对需要控制连续轨迹的喷漆、电弧焊等工业机器人进行连续轨迹控制的示教时,示教操作一旦开始,就不能中途停止,必须不中断地进行到完,且在示教途中很难进行局部修正。示教方式中经常会遇到一些数据的编辑问题,其编辑机能有如图5.1所示的几种方法。在图中,要连接A与B两点时,可以这样来做:(a)直接连接;(b)先在A与B之间指定一点x,然后用圆弧连接;(c)用指定半径的圆弧连接;(d)用平行移动的方式连接。在CP(连续轨迹控制方式)控制的示教中,由于CP控制的示教是多轴同时动作,因此与PTP控制不同,它几乎必须在点与点之间的连线上移动,故有如图5.2所示的两种方法。图5.1示教数据的编辑机能

图5.2CP控制示教举例

2)记忆的方式工业机器人的记忆方式随着示教方式的不同而不同。又由于记忆内容的不同,故其所用的记忆装置也不完全相同。通常,工业机器人操作过程的复杂程序取决于记忆装置的容量。容量越大,其记忆的点数就越多,操作的动作就越多,工作任务就越复杂。最初工业机器人使用的记忆装置大部分是磁鼓,随着科学技术的发展,慢慢地出现了磁线、磁芯等记忆装置。现在,计算机技术的发展带来了半导体记忆装置的出现,尤其是集成化程度高、容量大、高度可靠的随机存取存储器(RAM)和可编程只读存储器(EPROM)等半导体的出现,使工业机器人的记忆容量大大增加,特别适合于复杂程度高的操作过程的记忆,并且其记忆容量可达无限。

2.示教编编程方式1)手把手手示教编程手把手示教编编程方式主要要用于喷漆、、弧焊等要求求实现连续轨轨迹控制的工工业机器人示示教编程中。。具体的方法法是人工利用用示教手柄引引导末端执行行器经过所要要求的位置,同时由传感感器检测出工工业机器人各各关节处的坐坐标值,并由由控制系统记记录、存储下下这些数据信信息。实际工工作当中,工工业机器人人的控制系统统重复再现示示教过的轨迹迹和操作技能能。手把手示教编编程也能实现现点位控制,与CP控制制不同的是,它只记录录各轨迹程序序移动的两端端点位置,轨迹的运动速速度则按各轨轨迹程序段对对应的功能数数据输入。2)示教盒盒示教编程示教盒示教编编程方式是人人工利用示教教盒上所具有有的各种功能能的按钮来驱驱动工业机器器人的各关节节轴,按作作业所需要的的顺序单轴运运动或多关节节协调运动,从而完成成位置和功能能的示教编程程。示教盒通常是是一个带有微微处理器的、、可随意移动动的小键盘,内部ROM中固化有有键盘扫描和和分析程序。。其功能键一一般具有回零零、示教方式式、自动方式式和参数方式式等。示教编程控制制由于其编程程方便、装置置简单等优点点,在工业机机器人的初期期得到较多的的应用。同时时,又由于于其编程精度度不高、程程序修改困难难、示教人员员要熟练等缺缺点的限制,促使人们又又开发了许多多新的控制方方式和装置,以使工业机器器人能更好更更快地完成作作业任务。4.2.2工工业机器人人的运动控制制工业机器人的的运动控制是是指工业机器器人的末端执执行器从一点点移动到另一一点的过程中中,对其位位置、速度和和加速度的控控制。由于于工业机器人人末端操作器器的位置和姿姿态是由各关关节的运动引引起的,因此此,对其运动动控制实际上上是通过控制制关节运动实实现的。工业机器人关关节运动控制制一般可分为为两步进行。。第一步是关关节运动伺服服指令的生成成,即指将末端执执行器在工作作空间的位置置和姿态的运运动转化为由由关节变量表表示的时间序序列或表示为为关节变量随随时间变化的的函数。这一一步一般可离离线完成。第二步是关节节运动的伺服服控制,即跟踪执行行第一步所生生成的关节变变量伺服指令令。这一步是在线线完成的。2、主要控制制变量任务轴R0：描述工件位位置的坐标系系X(t):末端执行器状状态；θ(t):关关节变量；C(t)：关节节力矩矢量；；T(t)：电机力矩矢量量；V(t)：电机机电压矢量本质是对下列列双向方程的的控制：4.3工业机器人的的控制方式4.3.1点点位控制方方式(PTP)这种控制方式式的特点是只只控制工业机机器人末端执执行器在作业业空间中某些些规定的离散散点上的位姿姿。控制时只只要求工业机机器人快速、、准确地实实现相邻各点点之间的运动动,而对达到到目标点的运运动轨迹则不不作任何规定定。这种控制制方式的主要要技术指标是是定位精度和和运动所需的的时间。由于于其控制方式式易于实现、、定位精度要要求不高的特特点,因而而常被应用在在上下料、搬搬运、点焊和和在电路板上上安插元件等等只要求目标标点处保持末末端执行器位位姿准确的作作业中。一般般来说,这种方式比较较简单,但是,要达到2～3μm的定位精度是是相当困难的的。4.3.2连连续轨迹控控制方式(CP)这种控制方式式的特点是连连续地控制工工业机器人末末端执行器在在作业空间中中的位姿,要要求其严格格按照预定的的轨迹和速度度在一定的精精度范围内运运动,而且且速度可控,轨迹光滑滑，运动平平稳,以完完成作业任务务。工业机器器人各关节连连续、同步地地进行相应的的运动,其其末端执行器器即可形成连连续的轨迹。。这种控制方方式的主要技技术指标是工工业机器人末末端执行器位位姿的轨迹跟跟踪精度及平平稳性。通常常弧焊、喷漆漆、去毛边和和检测作业机机器人都采用用这种控制方方式。图5.3点点位控制与与连续轨迹控控制(a)点位控制；(b)连续轨迹控制制4.3.3力力(力矩)控制方式在完成装配、、抓放物体体等工作时,除要准确确定位之外,还要求使使用适度的力力或力矩进行行工作,这这时就要利用用力(力矩)伺服方式。。这种方式式的控制原理理与位置伺服服控制原理基基本相同,只只不过输入量量和反馈量不不是位置信号号,而是力力(力矩)信信号,因此此系统中必须须有力(力矩矩)传感器。。有时也利用接接近、滑动等传感功功能进行自适适应式控制。。4.3.4智智能控制方方式机器人的智能能控制是通过过传感器获得得周围环境的的知识,并并根据自身内内部的知识库库作出相应的的决策。采采用智能控制制技术,使使机器人具有有了较强的环环境适应性及及自学习能力力。智能控制制技术的发展展有赖于近年年来人工神经经网络、基因因算法、遗传传算法、专家家系统等人工工智能的迅速速发展。4.4电动机的控制制4.4.1电电动机的控控制1.机器人人中电动机的的控制特征电动机的种类类各种各样,根据各自自的特点,工工业界早就就在家电、玩玩具、办公仪仪器设备、测测量仪器甚至至电气铁路这这样一些广泛泛的领域内制制定了各种不不同的使用方方法。在这些些应用中,机器人中的电电动机有其自自身的特点。。表5.1列出出了机床和机机器人电动机机在用途上的的对比情况。。用于生产产线上的机器器人,主要承承担着零件供供应、装配和和搬运等工作作,其控制制目的是位置置控制。因为为机器人的动动作基本上是是腕部的运动动,所以对对电动机来说说,主要是惯惯性负载,并并且还存在在有重力负载载。有负载运运动时,电电动机的速度度最慢;无负负载运动时,电动机的的速度最快。。它们的比值值大体上是1∶10,有有时可以达达到1∶100。此外外,从电动动机的输出功功率考虑,多多数为十瓦瓦(W)到数数千瓦(kW)的电动机。本本节只考虑小小型电动机的的分类。2.电动机机的选用电动机根据输输出形式分,可以分为旋旋转型和直线线型(如果根根据采用的电电源分类,则则如表5.2所列)。。当考虑电动动机在机器人人中的应用时时,应主要要关注电动机机的如下基本本性能:(1)能实实现启动、停停止、连续的的正反转运行行,且具有有良好的响应应特性。(2)正转转与反转时的的特性相同,且运行特特性稳定。(3)维修修容易,而而且不用保养养。(4)具有良好的抗抗干扰能力,且相对于输出出来说,体积小,重量轻。3.机器人人电动机的变变换器对于直流电动动机,变换换器首先将其其电压和电流流控制到希望望的数值;对对于交流电电动机,电电力变换器首首先将其电压压、电流和和频率控制到到希望的数值值,然后对对电动机的速速度进行控制制,进而对对电动机的位位置进行控制制。图5.4所示为电动机机的种类。图5.4电动机的种类类表5.2概括括了在电动机机控制中采用用的电力变换换器的分类和和主要用途。。除了电车和和蓄电池叉动动起重车等一一些特殊应用用外,一般般来说,不用用电池和蓄电电池作为直流流电源,而而是采用对商商用的交流电电进行整流后后得到的直流流电。把交交流电变换成成直流电的过过程,称为为顺变换,这这里采用的的电力变换器器,称为整整流电路。一一般来说,由于交流方方面的正弦波波形畸变会引引起电压的变变动和感应干干扰,因此此应采取措施施,设法保保持输入电流流波形的正弦弦波形状。所所以，它不同同于通常的整整流电路,可称之为PWM变换器。4.电动机机控制系统的的构成图5.5表示示了用前面讲讲过的电动机机和电力变换换器组合成的的电动机控制制系统的一般般构成。正如如前面讲过的的那样,通通过电力变换换器,将商商用电源的电电压、电流和和频率进行交交换,然后后对电动机进进行控制。电电动机的输出出量P(W)虽然用用电量表示,但它是通通过减速器和和传动装置(连接器、齿齿轮、传传送带等)传传送至机械系系统的。这里里用速度ωl(rad/s)和力矩TL(N·m)表表示机械动力力,并用下下式表示它与与电动机输出出量P(W)的关系:P=ωl·TL(5.1)该式为电气功功率与机械功功率的重要关关系式,并并且是以SI表示的。。但是,通常常情况下,转速的单位用用r/min,力矩的单位用用kg·m,当采用这种单单位时,式(5.1)就变成了P=1.026ωl·TL(5.2)图5.5电动机控制系系统的构成机器人的位置置控制由于机器人系系统具有高度度非线性，且且机械结构很很复杂，因此此在研究其动动态模型时，，做如下假设设：（1）机器人人各连杆是理理想刚体，所所有关节都是是理想的，不不存在摩擦和和间隙；（2）相邻两两连杆间只有有一个自由度度，或为旋转转、或为平移移。4.2机器器人的位置控控制4.2.1直直流传动系系统的建模1、传递函数数与等效方框框图伺服电机的参参数：4.2机器器人的位置控控制4.2.1直直流传动系系统的建模1、传递函数数与等效方框框图（1）磁场型型控制电机4.2机器器人的位置控控制4.2.1直直流传动系系统的建模1、传递函数数与等效方框框图Laplace变换得：：4.2机机器器人人的的位位置置控控制制4.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模1、、传传递递函函数数与与等等效效方方框框图图一般般可可取取K=0，，则则有有等等效效框框图图同时时，，传传递递函函数数变变为为5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模1、、传传递递函函数数与与等等效效方方框框图图：电电气气时时间间常常数数；；：机机械械时时间间常常数数。。5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模1、、传传递递函函数数与与等等效效方方框框图图由于于，，有有时时可可以以忽忽略略，，于于是是而对对角角速速度度的的传传递递函函数数为为：：，因因为为5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模1、、传传递递函函数数与与等等效效方方框框图图（2））电电枢枢控控制制型型电电机机Ke:产产生生反反电电势势。。5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模1、、传传递递函函数数与与等等效效方方框框图图经拉拉氏氏变变换换、、并并设设K=0，，有有5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模2、、直直流流电电机机的的转转速速调调整整误差差信信号号：：5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.1直直流流传传动动系系统统的的建建模模2、、直直流流电电机机的的转转速速调调整整比例例补补偿偿：：控控制制输输出出与与e(t)成成比比例例；；微分分补补偿偿：：控控制制输输出出与与de(t)/dt成成比比例例；；积分分补补偿偿：：控控制制输输出出与与∫∫e(t)dt成成比比例例；；测速速补补偿偿：：与与输输出出位位置置的的微微分分成成比比例例。。比例例微微分分PD补补偿偿：：比例例积积分分PI补补偿偿：：比例例微微分分积积分分PID补补偿偿：：测速速补补偿偿时时：：5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.2位位置置控控制制的的基基本本结结构构1、、基基本本控控制制结结构构位置置控控制制也也称称位姿姿控控制制、或或轨迹迹控控制制。分分为为：：点到到点点PTP控控制制；；如如点点焊焊；；连续续路路径径CP控控制制；；如如喷喷漆漆期望望的的关关节节位位置置期期望望的的工工具具位位置置和和姿姿态态5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.2位位置置控控制制的的基基本本结结构构2、、PUMA机器器人人的的伺伺服服控控制制结结构构1））机机器器人人控控制制系系统统设设计计与与一一般般计计算算机机控控制制系系统统相相似似。。2））多多数数仍仍采采用用连连续续系系统统的的设设计计方方法法设设计计控控制制器器，，然然后后再再将将设设计计好好的的控控制制律律离离散散化化，，用用计计算算机机实实现现。。3））现现有有的的工工业业机机器器人人大大多多数数采采用用独独立立关关节节的的PID控控制制。。下图图PUMA机机器器人人的的伺伺服服控控制制系系统统构构成成5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.2位位置置控控制制的的基基本本结结构构2、、PUMA机器器人人的的伺伺服服控控制制结结构构5.2机机器器人人的的位位置置控控制制5.2.3单单关关节节位位置置控控制制器器1、、位位置置控控制制系系统统结结构构具有力力、位位移、、速度度反馈馈5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器1、位位置控控制系系统结结构控制器器路径径点的的获取取方式式：（1））以数数字形形式输输入系系统；；若以以直角角坐标标给出出，须须计算算获得其关关节坐坐标位位置。。（2））以示示教方方式输输入系系统；；系统统将直直接获获得关关节坐坐标位位置允许机机器人人只移移动一一个关关节，，而锁锁住其其他关关节。。轨迹控控制：：按关键键点或或轨迹迹进行行定位位控制制。5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数对图示示系统统，有有J：等效转转动惯惯量；；B：等效阻阻尼系系数。。5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数因此可可得其其传递递函数数（同同电枢枢控制制直流流伺服服电机机）5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数其开环环传递递函数数为：：因为：：，，略略去Lm的项，，简化化上式式为：：5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数则其闭闭环传传递函函数为为：这是一一个典典型的的二阶阶系统统闭环环传递递函数数。5.2机机器人人的位位置控控制5.2.3单单关节节位置置控制制器2、单单关节节控制制器的的传递递函数数5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器2、单关关节控制制器的传传递函数数含有速度度反馈的的机械手手单关节节控制器器的开环环传递函函数为闭环传递递函数为为5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器3、控制制参数确确定与稳稳态误差差（1）的的确定由上述闭闭环传递递函数，，得控制制系统的的特征方方程为：：将其写为为二阶系系统标准准形式得5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器3、控制制参数确确定与稳稳态误差差（1）的的确定5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器3、控制制参数确确定与稳稳态误差差（1）的的确定5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器3、控制制参数确确定与稳稳态误差差（1）的的确定设结构的的共振频频率为，，则为为避免运运动中发发生共振振，要求求同时要求求系统阻阻尼大于于1，J值随负负载和位位姿变化化，应选选可能的的最大惯惯量。5.2机机器人人的位置置控制5.2.3单单关节位位置控制制器3、控制制参数确确定与稳稳态误差差（2）稳稳态误差差根据控制制理论，，在控制制系统框框图中，，计算得得到E(s),即可得得到系统统的稳态态位置误误差、速速度误差差和加速速度误差差。对于单位位阶越位位移C0，其稳态态误差为为5.2机机器人人的位置置控制5.2.4多多关节位位置控制制器1）为快快速运动动，一般般应采用用多关节节协调、、同步运运动。2）这时时各关节节的位置置和速度度会互相相作用，，因此，，必须进进行附加加补偿。。1、动态态拉格朗朗日公式式其他关节节加速自自身身加速科科式式力重重力且D项皆皆与关节节角有关关。5.2机机器人人的位置置控制5.2.4多多关节位位置控制制器5.4.2电电动机速速度的控控制1.直直流电动动机的速速度与转转矩的关关系直流电动动机依据据图5.4中表表示的磁磁场与电电枢连接接方式的的不同,有他激激、并激激、串激激和复激激电动机机等类型型。在机机器人中中，他他激电动动机中采用永久久磁铁的的电机用得较多多，所以以本节只只对这种种电机进进行说明明。现在我们们根据电电机学原原理,当当设电动动机的速速度为ωm(rad／s),电电动机电电枢的电电压、电电流、电电阻分别别为U(V)、、I(A)、、R(Ω),电动动势系数数为KE时,它它们之间间满足下下列关系系:(5.3)式中,Vb称为电刷刷电压降降,通通常为2～3V,多多数情况况下可以以忽略不不计;但但在外加加电压比比较小的的电动机机中,则则必须须予以考考虑。另另一方面面,对对于转矩矩Tm(N·m),若若设转转矩系数数为KT(N·m/A)时,可可求得得转矩为为Tm=KT(I-I0)式中,I0为轴等零零件上承承受的摩摩擦转矩矩的换算算值,多多数情情况下可可以忽略略不计,但是当当电动机机的输出出比较小小时,就就不能能忽略不不计。于于是,从从上述两两式中消消去电枢枢电流后后,电动动机的速速度与转转矩之间间的关系系可以用用下式表表示:(5.5)(5.4)由式(5.5)可以看看出,电动机的的速度相相对于转转矩成直直线关系系减小,其减减小的比比例显然然由电枢枢的电阻阻、电动动势系数数和转矩矩系数决决定。另另外,在在表5.3中中表示了了三种直直流电动动机的产产品目录录,它它们是一一些具有有代表性性的产品品。这里里若以电电动机B为例,首先先应注意意式(5.3)中的单单位,再再将额额定值代代入式(5.3),于于是可可以确定定电刷上上的电压压降66.5=7.4×1.03+0.0187×3000+UbUb=2.73(V)此外,将将额定定值代入入式(5.4)时,即即可求求出轴上上承受的的摩擦转转矩的电电流换算算值。将将这些值值代入式式(5.5),即可求出出这个电电动机的的转矩与与速度的的关系,其形式为为(5.6)因此,当当用这这个电动动机驱动动机器人人手臂,并且且希望产产生的转转矩为0.85N·m、电动动机旋转转速度为为2200r/min时,对对这个个电动机机应该施施加的电电压和电电流,可可以依依据下列列方法予予以确定定:首先,将转矩和和转速代代入式(5.6),并且注意意式中的的单位,于是可以以确定外外加电压压为电流可以以根据式式(5.4)计算得到到,其值为一般来说说,对于于机器人人,由于于动作和和姿态的的不同,对电电动机的的速度和和转矩的的要求也也不同,因此,电动机的的外加电电压和电电流也必必须时刻刻作相应应的变化化。另外,直直流电电动机存存在着电电刷与整整流子的的维护以以及防止止火花的的问题。。为了能能保持电电动机原原来的控控制特性性,消消除因电电刷和整整流子引引发的问问题,已已经开发发出无刷刷直流电电动机,并且正正在进入入实用化化阶段。。图5.6直直流电动动机速度度与转矩矩特性2.直直流电动动机速度度的控制制前面我们们用式(5.6)给出出了表5.3中中电动机机B的速速度与转转矩的关关系。图图5.6表示的的是改变变端电压压U时,得到到的直流流电动机机速度与与转矩特特性。在在图5.6中,速度度和转矩矩都用相相对于额额定值的的百分率率来表示示。由这这个图可可以明显显地看出出,由于于一方面面要产生生期望的的转矩,另一方方面还要要实现期期望的速速度,因此必须须对端电电压进行行调整。。图5.7是一个个可用于于可逆运运转的四象限短短路器原原理图。在图中中的四个个开关中中,当S1与S4接通时,P、Q点的电位位分别变变成US、0,因此此端子上上的电压压为US。当S1与S3处于接通通状态时时,P、Q点上的的电位相相同,端端子上上的电压压为0。。同样地地,当当设S2处于接通通状态并并接通S3时,则P、Q点的电位位分别变变成0、、VS,因此此端子上上的电压压为-VS。S2和S4接通时,端子上上的电压压为0。。因此,当按照照图(b)中那那样实施施对开关关的接通通与断开开时,端端子上的的电压将将会变成成如图中中表示的的那样,这是是容易理理解的。。这里定定义斜线线位置上上的两个个开关一一同接通通的时间间T1,与周周期T的的比为流通率d,即(5.7)图5.7还表明明,S1和S2决定端子子上电压压的极性性,S3和S4决定流通通率。电动机平平均端子子电压的的大小由由下式决决定:U=dUS(5.8)利用这个个断路器器,可可以使电电源与电电动机上上电流的的流动是是双向的的。另外外,作作为一种种电压控控制方法法,可可以先接接通S1和S4,随后后接通S2和S3,根据据适当的的流通率率,重复地进进行上述述接通操操作。图5.7四象限断断路器电电路及其其操作波波形3.感感应电动动机的速速度与转转矩的关关系感应电动动机的速速度与转转矩的关关系不像像直流电电动机那那样简单单。频频率为f(Hz)的三相相交流电电,在在级数为为2p(极对数数为p)的三相相感应电电动机中中,产产生的旋旋转磁场场的速度度被称为为同步速速度,它它可以由由下式求求出:(5.9)感应电动动机的转转速ωm(rad/s)比同步速速度低,利用转差差率s,可以写(5.10)图5.8是大家家熟悉的的感应电电动机单单相部分分的等效效电路,在采采用转差差率s的的情况下下,转子子的输入入P2、转子的的功耗W2和输出Pout的关系为为P2∶W2∶Pout=1∶s∶(1-s)(5.11)这里,若若采用用的电源源角频率率为ω=2πf,则转转子的电电流和力力矩分别别为(5.12)(5.13)图5.8三相感应应电动机机单相部部分的等等效电路路图5-9三相相感应电电动机单单相部分分的等效效电路4.感应电电动机的速度度的控制由前面的式(5.10)可知,在在改变感应电电动机的速度度时,可以以采用三种方方法:一种种方法是通过过电压控制改改变转矩,进进而达到改改变转差率的的目的(电压压控制法);第二种方方法是改变极极数(极数变变换法);第第三种方法法是改变频率率(频率控制制法)。近近年来由于变变换器的普及及,专门的频频率控制器得得到了广泛应应用。在图5.8中中,当采用用励磁电压E时,定子子电流I1和转矩Tm可利用下式求求解:(5.14)(5.15)图5.10保持E/f一定进行控制制时的电流与与转矩特性5.4.3电电动机和机机械的动态特特性分析1.电动机机和机械的动动态特性的表表示如果电动机产产生的转矩Tm大于负载的反反作用转矩TL,则会产生生加速运动;反之,则则会产生减速速运动;如如果两者处于于平衡状态,则系统会会以一定速度度进行稳定的的工作。现在在如果设换算算到电动机轴轴上的全部转转动惯量为J,黏性摩擦擦系数为D,负载力矩矩为TLm,则这个机械械系统的运动动方程式可以以由下式给出出:(5.16)图5.11减减速速器器多数数驱驱动动系系统统都都采采用用了了如如图图5.11所所示示的的减减速速器器。。若若设设图图中中电电动动机机和和负负载载的的速速度度为为ωm和ωL,并并且且设设减减速速器器的的效效率率为为100%时时,则则齿齿数数比比定定义义如如下下:(5.17)这时时,负载载一一侧侧的的运运动动方方程程式式变变成成式式(5.16)的形形式式,且可可以以写写成成(5.18)从电电动动机机轴轴观观察察到到力力矩矩为为负负载载力力矩矩的的1/a,而而负负载载一一侧侧的的机机械械常常数数则则变变为为原原来来的的(1/a)2。因因此此,这这时时电电动动机机的的转转动动惯惯量量和和黏黏性性摩摩擦擦系系数数应应分分别别进进行行相相加加,并并且且必必须须对对式式(5.16)中中的的J、D进行行设设置置。。此此外外,在在实实际际计计算算中中,多多数数情情况况下下可可以以忽忽略略黏黏性性摩摩擦擦系系数数。。2.直直流流电电动动机机的的启启动动和和停停止止图5.12表表示示了了电电动动机机的的加加减减速速状状态态。。直直流流电电动动机机的的电电枢枢电电流流在在加加速速过过程程中中应应控控制制在在一一定定的的数数值值Icon。这这时时,运运动动方方程程式式可可以以根根据据式式(5.4)和和式式(5.16)得得到到,并并且且可可以以表表示示成成(5.20)将上上式式从从时时间间t1到时时间间t2进行行积积分分,得到到关关系系式式(5.21)图5.12电动动机机的的加加减减速速这里里考考虑虑从从0速速度度到到额额定定速速度度ωr的启启动动时时间间TS,于于是是在在式式(5.21)中中,当当设设ω1=0时时,可可以以得得到到(5.22)当希希望望机机器器人人进进行行快快速速运运动动而而选选定定电电动动机机时时,选选择择转转动动惯惯量量小小且且转转矩矩系系数数大大的的电电动动机机比比较较好好。。基基于于这这种种原原因因,机机器器人人用用的的电电动动机机大大都都选选用用细细长长型型构构造造,而而且且选选用用稀稀土土类类磁磁铁铁。。此此外外,在在确确定定电电动动机机时时,应应该该根根据据式式(5.22)在在大大范范围围内内设设定定加加减减速速时时的的电电流流,其其结结果果是是增增大大了了电电力力变变换换器器的的容容量量。。3.感感应电动动机的启启动和停停止式(5.15)是根据据励磁电电压计算算出的转转矩,如如果在图图5.8中忽略略因R1和l1造成的电电压降,则端端子上的的电压与与励磁电电压将会会相等,于是是转矩可可以近似似地表示示为(5.23)根据式(5.23),可得到最最大转矩矩Tmax及与其对对应的转转差率角角频率(5.24)把式(5.24)的结果代代进式(5.23),经过整理理可得到到Tm的近似表达达式:(5.25)这里为了便便于讨论,我们来考考虑感应电电动机的无无负载加减减速问题,由式(5.16)和式(5.24)可以得到下下列运动方方程式:(5.26)在图5.12中,如如果对时间间t1的速度ω1(转差率s1)到时间t2的速度ω2(转差率s2)这一区间间进行积分分,则可可以得到关关系式(5.27)从速度0到到额定速度度ωr(额定转差差率sr)时的启动动时间Ts,可以由由下式求得得:(5.28)5.4.4正确控控制动态特特性1.力控控制为了能对转转矩进行控控制,可在在机械轴上上安装转矩矩检测器,以构成成一个反馈馈系统。但但要得到性性价比高、、体积小、、频率特性性好的转矩矩检测器则则比较困难难。另外,在直直流他激电电机、无刷刷电机和向向量控制感感应电机中中,转矩矩和电流之之间存在比比例关系。。为了得到到期望的转转矩,需需采用电流流传感器。。霍尔元元件的电流流传感器因因其价格低低、体积小小、频率特性好好,所以这种电电流传感器器在实践中中得到了广广泛应用。。图5.13是采用断断路器的直直流他激电电动机的力力控制系统统的构成原原理图。设设用电动机机的转矩系系数Kr除转矩指令令T*,得到的结结果为电流流指令i*,如果使使实际的电电动机电流流i与i*基本一致,那么电电动机就能能够产生与与转矩指令令T*相同的转矩矩。因此,如图5.13所示示,可以以把由电流流传感器检检测得到的的实际电动动机电流i与电流指令令i*比较,得得到电流误误差:图5.13力控制系统统的构成原原理图在这种方法法中,根据据图5.14(a)中表示的的三角波信信号SW和Δi的大小关系系,生成成断路器的的开／关信信号。三角角波比较法法的原理在在图5.14(b)中清楚地地表示了出出来。断路路器的开信信号依据下下列规律发发生:(5.30)因此,在在(1)的的期间,如如果i小于i*,则ΔΔi增加,其其结果是在在(2)的的期间断路路器信号的的流通率增增大,电动动机外加电电压上升,i增大。当i过分增大大时,Δi减小,于是是像(3)期间那样样,流通率率减小,电电流i减小小。为了提提高i对Δi的跟踪特性性,可增增大三角波波的频率,根据断路路器开关元元件的不同同,通常常其频率限限制在数千千赫到十几几千赫范围围内。图5.14三角波比较较法的原理理2.速度度控制在前面的式式(5.16)中研研究了机械械系统的运运动方程,这里当当我们忽略略黏性摩擦擦系数,且且相对于于负载转矩矩电动机产产生的转矩矩增加时,加速度度变为正值值,电动动机的旋转转速度上升升。反之,当转矩矩减小时,加速度度变为负值值,电动动机的旋转转速度下降降。电动动机的速度度控制系统统构成如图图5.15所示,是由转矩控控制来实现现的,速度控制环环路配置在在转矩控制制环路的外外侧。图5.15速度控制系系统采用以测速速发电机和和编码器为为代表的速速度传感器器,可以检检测出电动动机的旋转转速度。这这个速度用用来与速度度指令ω*m进行比较。。这里将将产生的速速度误差ΔΔωm返回到速度度控制部分分,并且且通过转矩矩指令T*的增减,力力图使速度度指令与实实际速度达达到一致。。速度控控制部分采采用PI控控制,即即比例积分分控制:(5.31)在式(5.31)中中,用速度度误差Δωm乘以增益Kp的结果,与与速度误差差的积分值值乘以增益益K1的结果进行行相加,就就给出了产产生转矩指指令的一种种方法。通通过对Kp与K1的选定,可可以实现现所希望的的速度控制制响应。3.位置置控制电动机轴的的旋转通过过同步传送送皮带和滚滚珠丝杠传传送至机器器人的机构构部分,转转换成位位置的变化化。在这种种情况下,如果把把机械系统统的运动全全部换算到到电动机轴轴上,则可可以理解,最终会以以下列电动动机转速的的积分形式式求出位置置θ:(5.32)因此,为了了使实际位位置θ跟踪目标位位置θ*,应当根根据由θ*和θ决定的位置置误差Δθ,对电动机机的速度ω进行调整,于是如图图5.16所示,即即将位置置控制器配配置到了速速度环的外外侧。图5.16位置控制系系统在图5.16中,将将分相器器和绝对编编码器检测测出的电动动机轴位置置与位置指指令进行比比较,再再经过与5.4.1节中4小小节对应的的作为半闭闭环系统的的位置控制制器,产产生速度控控制指令,构成如如图5.15所示的的速度控制制系统的输输入。在位位置控制器器中,一般般都采用比比例控制方方法得到速速度指令,多数情情况下其形形式为(5.33)但是在机器器人的控制制中,位置置指令常常常由系统前前面的函数数形式给出出,如图图5.17中虚线表表示的那样样,将位位置指令的的微分形式式叠加到速速度指令上上,同时时采用了前前馈控制。。这种复合合控制形式式也是经常常采用的。。图5.17位置、速度与转矩矩的关系5.5机械系统的的控制5.5.1机器人人手指位置置的确定图5.18表示的是是机器人的的位置决定定机构。电电动机轴的的驱动力通通过减速器器(齿轮)传递到滚滚珠丝杠,然后由由滚珠丝杠杠的旋转运运动变换成成滚珠螺母母的直线运运动。这这里对电动动机轴的位位置和速度度进行检测测,以取取代对机器器人手指的的位置和速速度进行测测定,然然后采用半半闭环方式式对执行器器进行控制制。因此,将将检测出的的电动机的的电流、速速度和位置置传送到控控制器，在在控制器中中形成电压压指令，由由驱动器进进行功率放放大后，再驱动执行行电机。图5.18由机器人决决定的位置置控制5.5.2设计方方法可以按照下下列要求来来说明位置置控制的设设计方法:(1)设设可移动范范围为300mm,滚珠丝丝杠的节距距(每一转转的进给量量)为5mm。(2)设设工件(被被搬运物体体)的最大大质量为9kg。(3)设设确定定位置置的精精度为为0.01mm。(4)加加速和和减速速按照照图5.19表表示的的形式式进行行。(5)采用直直流电电动机机。图5.19速度模模式5.5.3电电动机机1.从从电电动机机轴的的方向向观察察到的的负载载转动动惯量量JL设横向向移动动的质质量m为10kg,其其中工工件的的最大大质量量为9kg,其其他附附加的的质量量为1kg。电电动机机一侧侧齿轮轮的转转动惯惯量J1=1××10-2kg··cm2,滚滚珠丝丝杠及及滚珠珠丝杠杠一侧侧齿轮轮的组组合转转动惯惯量J2=1××10-1kg··cm2,减速速比为为Z1/Z2=1／／10,滚滚珠珠丝杠杠的节节距P为5mm,于于是,JL可以表表示为为(5.34)2.负负载载转矩矩TL接着求求施加加到电电动机机上的的负载载力矩矩TL。设动动摩擦擦力矩矩Tf为2N·cm,静静摩擦擦力矩矩Tf0为4N··cm,又又设设电动动机的的转动动惯量量为0.3kg·cm2。因为为是在在50ms内加加速到到3000r/min,所以以必须须的加加速度度α可由下下式计计算得得到:(5.35)加速所所需要要的转转矩T1可以由由下式式求得得:T1=(Jm+JL)×α=(0.3+0.012)××10-4×6283=19.6(N·m)(5.36)开始运运动时时的负负载力力矩T2可以由由T1+Tf0求得,于于是得得出:T2=T1+Tf0=19.6+4=23.6(N·cm)加速时时的负负载力力矩T3可以由由T1+Tf求得,于是得得出:T3=T1+Tf=19.6+2=21.6(N·cm)恒速时时的负负载力力矩T4可以由由Tf构成,于是得得出:T4=Tf=2(N·cm)减速时时的负负载力力矩T5可以由由-T1+Tf求得,于是得得出:T5=-T1+Tf=-19.6+2=-17.6(N·cm)(5.40)(5.39)(5.38)(5.37)图5.20负载力矩矩TL的变化3.电电动机机的选定定当电动机机的速度度-转矩矩特性由由图5.21给给出时,有必必要检验验这个电电动机是是否满足足前面的的设计方方法。由由图5.20得得知,开开始运行行时的转转矩必须须是23.6N·cm,如果果设电动动机的最最大转矩矩为95N·cm,则则充分满满足要求求。由图5.20得得知,加加速运行行时的转转矩必须须是21.6N·cm,由由图5.21可可以看出出,电动动机在3000r/min范范围内加加速或减减速时,转矩的的最大值值为37N·cm,所所以可以以充分地地满足要要求。图5.21电动机的的速度-转矩曲线线5.5.4驱驱动器驱动器是是对信号号进行电电力放大大的电力力放大器器(功率率放大器器)。因因此,对于于驱动器器的选择择,应应能最充充分地发发挥电动动机的性性能。通常,驱动器的的选择由由电动机机的制造造厂指定定。5.5.5检检测位置置用的脉脉冲编码码器(PE)和和检测速速度用的的测速发发 电机机(TG)首先,考考虑脉冲冲编码器器每一转转内的脉脉冲数目目。设位位置的确确定精度度为0.01mm。滚滚珠丝杠杠每转一一转,滚滚珠螺螺母移动动5mm。减减速比为为Z1/Z2=1／10。设设每一转转对应的的脉冲数数为x时,则则下式成成立:(5.41)因此,可以采用用50个脉冲／／转的编编码器。。其次,因因为最最大移动动距离为为300mm,所以滚滚珠丝杠杠的转数数为300/5=60转。因因为减速速比为1／10,所所以电动动机的转转数为600转转,脉脉冲编码码器的脉脉冲数为为600×50=30000个脉脉冲。这这个数目目必须在在控制器器能够处处理的最最大脉冲冲数以内内。另外,因因最大速速度为3000r/min,故每每秒脉冲冲编码器器的脉冲冲数为(3000/60)××50=2500个脉脉冲。这这个脉冲冲率也必必须小于于控制器器能够处处理的最最大脉冲冲率。当当增加脉脉冲编码码器的脉脉冲数目目时,精度会升升高,但是处理理速度会会变慢。。测速发电电机(TG)是是一种直直流发电电机,随随着从从低速到到高速的的运转,它能够够输出平平滑的直直流电压压。转速速为1000r／min时,它的的输出电电压为2～3V。在中中、高速速的情况况下,通通过在在一定时时间内统统计脉冲冲编码器器产生的的脉冲数数目来进进行速度度检测。。在低低速情况况下,则则是通通过在脉脉冲编码码器的脉脉冲间隔隔内,用统计细细小脉冲冲数目的的方法来来进行速速度检测测。直流电动动机的传传递函数数表示法法1.直直流电动动机的等等效电路路和方框框图直流电动动机的等等效电路路可以表表示成图图5.22。图图中L为线圈的的电感,Li为磁通,磁通通对时间间的微分分为电压压。R为线圈的的电阻。。电压压KEωm为速度电电动势,它是是用常数数KE乘速度ωm得到的。。分析结结果可以以构成电电路方程程式:(5.42)图5.22直直流电电动机的的等效电电路由于存在L,因此电电流的变化化比电压的的变化滞后后。当考虑虑不产生滞滞后问题的的平稳响应应时,应设设L=0。电动动机产生的的转矩τm,用常数KT乘电流i可以求得。。当负载是是由转动惯惯量JL、具有摩擦擦系数D的摩擦和外外力τL构成时,其其运动方程程式可以表表示成下式式:(5.43)通常,摩擦比较小小,因此多数情情况下可以以忽略不计计。设初始条件件为0,对式(5.42)和式(5.43)进行拉普拉拉斯变换,可以得到V(s)=(sL+R)I(s)+KEΩ(s)(5.44)(5.45)式中中,I(s)=L［i(t)］］,V(s)=Lv(t)］］,Ω(s)=L［ω(t)］］,Tm(s)=L［τM(t)］］,TL(s)=L［τL(t)］］,J=JL+JmKTI(s)=(sJ+D)ΩΩ(s)+TL(s)图5.23直流流电电动动机机的的方方框框图图2.直直流流电电动动机机对对输输入入电电压压的的速速度度响响应应在图图5.23中中,为为使使问问题题简简化化,设设电电感感L、摩摩擦擦系系数数D和干干扰扰与与TL(s)均均为为0。。求求这这时时从从输输入入V(s)到到输输出出ΩΩ(s)的的传传递递函函数数。。由由图图5.23可可以以求求得得(5.46)(5.47)由式式(5.46)和式式(5.47),可以以求求出出传传递递函函数数式式(5.48)当电电压压V(s)为为1/s时(此此时时v(t)为为单单位位阶阶跃跃函函数数,它它在在时时刻刻t<0时时为为0,在在时时刻刻t≥0时时为为1),速速度度Ω(s)变变为为式式(5.49):(5.49)利用用拉拉普普拉拉斯斯变变换换表表进进行行拉拉普普拉拉斯斯反反变变换换,可以以得得到到式式(5.50):(5.50)图5.24表表示示了了速速度度响响应应。。其其中中,Tm为时时间间常常数数,Tm越小小,响响应应越越快快。。因因此此,R、Jm越小小,KE、KT越大大,则则响响应应就就越越快快。。图5.24对电电压压的的速速度度响响应应5.5.7位位置置控控制制和和速速度度控控制制正如如图图5.19所所示示的的那那样样,对对加加速速和和减减速速的的模模式式作作出出了了规规定定。。因因此此,可可按按照照下下列列步步骤骤对对位位置置进进行行控控制制:(1)当当新新给给出出一一个个向向某某点点移移动动的的指指令令时时,在在软软件件上上实实现现一一个个图图5.19所所示示的的速速度度模模式式,然然后后作作为为指指令令速速度度加加到到控控制制器器上上。。如如果果对对速速度度模模式式进进行行积积累累(积积分分),即即可可得得到到指指令令要要求求的的距距离离。。(2)用用指指令令速速度度减减去去检检测测速速度度,如如果果存存在在误误差差,则则对对其其进进行行积积累累(积积分分),于于是是可可以以求求出出位位置置的的差差值值。。当当用用脉脉冲冲检检测测速速度度时时,可可用用脉脉冲冲构构成成指指令令速速度度,然然后后用用计计数数器器累累积积计计算算其其差差值值,于于是是可可以以求求得得位位置置的的差差值值。。(3)使使位位置置的的差差值值通通过过补补偿偿元元件件和和驱驱动动器器变变换换成成电电压压后后加加到到电电动动机机上上。。图5.25中的方框图表表示了这种速速度控制系统统。图5.26表示了速度和和位置的波形形示例。图5.25速度控制系统统的方框图图5.26速度和位置的的波形在焊接机器人人中,有必要要确定焊接棒棒在焊接点上上的位置,这这时,要要用到这个确确定的位置。。从一开始就就要求进行速速度控制,当当速度模式给给定时,就就没有必要在在软件上进行行工作了。在图5.25中,设K1K2/KE=K,并且采用偏偏差E(s)=Ω*(s)-Ω(s)时,可以得得到下式:(5.51)当用E(s)=Ω*(s)-Ω(s)取代E(s)时,从输输入量Ω*(s)到输出量Ω(s)之间的传递递函数就变成成了(5.52)式中,设其中,ωn为固有频率,ξ为衰减常数。。当增大K时,ωn随之变大,快快速响应变变好,但当当ξ变小时,衰减特性性会变坏,系系统会振动动。5.5.8通通过实验识识别传递函数数通过实验可识识别式(5.52)中的的常数Tm、K和ξ。单独在电动机机上施加阶跃跃电压,测定定速度的上升升状态,从从而可以求出出时间Tm。开环增益K是在不加反馈馈的条件下,以图5.25中积分器器后的量作为为输入,以测测速电动机的的输出电压作作为输出求出出的。根据闭环时的的阶跃响应求求出h(即(检测速速度的最大值值-指令速度度)/指令速速度),然后后由图5.27查找ξ的数值。图5.27衰减常数ξ的求法

5.5.9通通过比例积积分微分(PID)补偿偿改善系统特特征再次将图5.25表示在在图5.28上,则图图5.28上上方框图的开开环传递函数数G(s)变成下式:(5.53)设s=jω并求绝对值时时,可以求得增益益的频率特性性,它由下式表示示:(5.54)若设K3=45、Tm=0.2时,可以得到如图图5.29所示的补偿前前的曲线。图5.28速度度控控制制系系统统的的方方框框图图图5.29PID补偿偿由图图5.29可可以以看看出出,在在ω=10～～20rad/s时时,会会产产生生稳稳定定性性问问题题,这这时时增增益益的的斜斜率率为为-40dB/10倍倍频频程程,相相位位趋趋近近于于-180°°。。因因此此,在在增增加加了了PID补补偿偿环环节节后后,其其斜斜率率在在5～～100rad/s之之间间变变成成为为-20dB/10倍倍频频程程,于于是是相相位位裕裕量量增增大大到到趋趋近近于于-90°°。。为为此此,我我们们需需要要考考虑虑下下式式表表示示的的补补偿偿环环节节GC(s):(5.55)当T1＞T2时,它它变变成成滞滞后后环环节节;当当T1＜T2时,它它变变成成超超前前环环节节。。它它们们的的伯伯德德图图表表示示在在图图5.30上上。。因因为为这这里里需需要要相相位位超超前前,所所以以作作为为超超前前环环节节,设设1/T2=5,1/T1=100。。在在图图5.29中中,表表示示了了补补偿偿环环节节和和补补偿偿后后的的伯伯德德图图。。在在图图5.31中中,表表示示了了补补偿偿后后的的方方框框图图和和各各部部分分的的信信号号波波形形图图。。在在图图中中,PID补补偿偿器器GC(s)的的输输出出对对于于分分子子的的微微分分项项来来说说,显显然然会会变变成成一一个个上上升升很很大大的的波波形形。。当当T2的值值增增大大时时,波波形形上上升升得得更更高高。。当当作作为为电电动动机机的的输输入入考考虑虑时时,应应当当注注意意,实实际际上上它它会会达达到到饱饱和和。。图5.30PID补偿环节节的伯德德图图5.31PID补偿后速速度控制制系统的的方框图图5.5.10通通过IPD补补偿改善善系统特特性在图5.25的的方框图图中,采采用IPD(积积分比例例微分)补偿后后,得得到图5.32所示的的系统。。检测出出的速度度Ω(s),通过过比例(P)和微分分(D)的环节节进行反反馈。因因此,为为了能提提高开环环增益,加进了了积分环环节的增增益K1。若设积积分环节节后面的的信号为为Ω′,则当当KK>>TD时,从从Ω′(s)到输出出Ω(s)的传递递函数变变为下式式:(5.56)图5.32IPD补偿后的的速度控控制系统统方框图图5.5.11电电流控控制在图5.23所所示的直直流电动动机的方方框图中中,将电电流I(s)进行反反馈,并并且将将其与指指令电流流I*(s)进行比比较,从从而可可以构成成电流控控制。现现在我们们来考虑虑这种控控制,变变量Ω(s)仍采用用原来的的量,从从指令令电流I*(s)到检测测电流I(s)的传递递函数可可以求出出为(5.57)在式(5.57)中,当增增益Kc十分大时时,I(s)≈I*(s),于于是图5.33可以简简化成图图5.34。这这是因为为由线圈圈的电感感L造成成的电流流相对于于电压的的滞后,以及及速度电电动势KEΩ(s)可以忽忽略。这这时电动动机的转转矩τM的响应特特性得到到改善,同时时,防防止电动动机的过过电流也也变得比比较容易易。在在大多数数伺服电电动机的的控制回回路中,都采采用了电电流控制制方式。。图5.33增加了电电流控制制的直流流电动机机的方框框图图5.34因电流控控制而简简化的直直流电动动机的方方框图用图5.34中中得到的的结果,取代代图5.25中中的直流流电动机机,可可以得到到图5.35。。在图5.35中,从从输入入Ω*(s)到输出出Ω(s)的传递递函数,这时时变成下下式:(5.58)图5.35加电流控控制后的的速度控控制系统统方框图图因为摩擦擦系数D较小,所所以速速度ωm(t)变成振振动的,这从从拉普拉拉斯变换换表中可可以清楚楚地看出出。因因此,如如果设设微分环环节1/s为1/s+Kp时,则则传递函函数变成成为下式式:(5.59)当在积分分环节1/s上增加比比例增益益Kp时,由于于