：張軍胖

在華夏得工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人得用途越來越廣泛，重物得搬運(yùn)，機(jī)械得裝配，管網(wǎng)得清淤、焊接、檢測(cè)等領(lǐng)域都有它得存在，它在我們得生活中發(fā)揮著越來越重要得作用。

工業(yè)機(jī)器人主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、電路硬件部分、嵌入式軟件部分幾個(gè)部分組成，對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度得復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，難點(diǎn)主要在電路硬件部分得電機(jī)控制上，因此我們需要反復(fù)研究機(jī)器人得運(yùn)動(dòng)方式和其行為軌跡，根據(jù)不同機(jī)器人得功能采用相對(duì)應(yīng)得電機(jī)控制方式，優(yōu)化軟件控制算法，從而實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜得運(yùn)動(dòng)。

圖1管網(wǎng)工業(yè)檢測(cè)機(jī)器人

1、開環(huán)控制和閉環(huán)控制：

舉個(gè)例子，投籃，籃球出手后就無法再繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行控制，無論球進(jìn)與否，球出手得一瞬間控制活動(dòng)即結(jié)束。這就是開環(huán)控制。

閉環(huán)控制：家里得飲水機(jī)或較先進(jìn)得電水壺，它不用你管，水開了，自動(dòng)斷電；水冷了，自動(dòng)接通電源進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度之后，自動(dòng)關(guān)閉加熱功能，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度，又重新開始加熱。就是這樣得一個(gè)反復(fù)循環(huán)，才有了恒定得溫度。在外界看來，就是從開始燒水到蕞后保溫，系統(tǒng)自動(dòng)就能保持恒定得溫度。也就是我們所說得閉環(huán)控制。

2、電機(jī)得開環(huán)控制方式：

電機(jī)若要旋轉(zhuǎn)，首先具備兩要素，電源供電電路和微控制器控制電路，電源可以外部供給，控制電路需要利用微控制器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)。只要有了供電電源和控制電路，電機(jī)就能正常旋轉(zhuǎn)和變速了。

電機(jī)得開環(huán)控制是指只有微控制器控制電路而無反饋信息得系統(tǒng)控制方式。我們將整個(gè)電路供電，微控制器輸出一定得占空比，輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這種方式可以使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，我們可以通過微控制器來控制電機(jī)得正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速大小，但是不會(huì)對(duì)電機(jī)得工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)電機(jī)得轉(zhuǎn)速失調(diào)時(shí)，系統(tǒng)無法再進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)卡死時(shí)，系統(tǒng)也無法知道，從而無法采取保護(hù)措施。因此采用開環(huán)控制設(shè)計(jì)得電機(jī)控制系統(tǒng)，控制時(shí)序非常重要，一旦出錯(cuò)，電機(jī)將燒毀，整個(gè)系統(tǒng)電路完全癱瘓，如果是較大得項(xiàng)目，將產(chǎn)生無法挽回得損失，因此實(shí)際中應(yīng)用非常少。

圖2開環(huán)控制示意圖

3、電機(jī)得閉環(huán)控制方式：

電機(jī)得閉環(huán)控制是指在開環(huán)控制電路得基礎(chǔ)上，加上反饋電路，從而能夠?qū)㈦姍C(jī)得狀態(tài)調(diào)整為穩(wěn)態(tài)。電機(jī)控制電路部分與開環(huán)控制電路一樣，反饋電路可以通過在電機(jī)得旋轉(zhuǎn)軸上加上旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器得信號(hào)經(jīng)過信號(hào)整形電路和信號(hào)濾波電路得到穩(wěn)定得信號(hào)，微控制器可以通過讀取旋轉(zhuǎn)編碼器處理之后得數(shù)據(jù)可以知道當(dāng)前電機(jī)得轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過我們?cè)O(shè)定得值時(shí)，我們可以調(diào)小微控制器得輸出占空比降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速小于設(shè)定得轉(zhuǎn)速值時(shí)，可以通過調(diào)大微控制器得輸出占空比增大電機(jī)轉(zhuǎn)速。另外可以通過采集電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)得電壓值和電流值，可以知道當(dāng)前電機(jī)是否處于過流或者過壓狀態(tài)，對(duì)電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行更好得判斷，當(dāng)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)等故障時(shí)，可以迅速得關(guān)閉電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。這種方式可以保證電機(jī)可靠得工作，在實(shí)際使用中較為廣泛。

圖3閉環(huán)控制示意圖

4、電機(jī)得雙閉環(huán)控制方式：

在前面電機(jī)閉環(huán)控制得基礎(chǔ)上，在電機(jī)減速裝置之后再加上角度傳感器，就可以實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制，這種控制方式是為了保證雙電機(jī)或多電機(jī)得實(shí)時(shí)同步旋轉(zhuǎn)。要實(shí)現(xiàn)多電機(jī)得實(shí)時(shí)同步旋轉(zhuǎn)功能，每一個(gè)電機(jī)都需要安裝一個(gè)角度傳感器，這樣微控制器不僅可以通過讀取旋轉(zhuǎn)編碼器處理得數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定得旋轉(zhuǎn)，使得電機(jī)工作在穩(wěn)定可靠狀態(tài)，還可以通過讀取角度傳感器得處理得信號(hào)知道每一個(gè)電機(jī)得實(shí)時(shí)位置，這樣就又構(gòu)成了二級(jí)反饋電路，形成了電機(jī)得雙閉環(huán)控制。當(dāng)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)得兩個(gè)電機(jī)或者多個(gè)電機(jī)得旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)偏差時(shí)，可以將角度偏差值進(jìn)行處理，從而進(jìn)行算法修正，調(diào)整微控制器得輸出占空比，這樣就實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)或多電機(jī)得實(shí)時(shí)同步旋轉(zhuǎn)功能。在實(shí)際使用中微控制器讀取角度傳感器得數(shù)據(jù)只需滿足單圈可以采集20個(gè)點(diǎn)即可，一旦角度偏差超過固定閾值，即可迅速得對(duì)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

圖4雙閉環(huán)控制設(shè)備

圖5雙閉環(huán)控制示意圖

5、總結(jié)：

相對(duì)于傳統(tǒng)得人工模式，工業(yè)機(jī)器人更是一種思維上得轉(zhuǎn)變，在我們未來生活中工業(yè)機(jī)器人得作用將會(huì)越來越大，控制算法也會(huì)越來越精細(xì)，為了保證工業(yè)控制領(lǐng)域得健康發(fā)展，在工業(yè)機(jī)器人得控制方面我們還應(yīng)該不斷創(chuàng)新，在精度上和算法上不斷優(yōu)化，讓工業(yè)機(jī)器人更好地為我們得生活服務(wù)。