【摘 要】
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相对于传统履带式机器人和轮式机器人,四足机器人由于突出的适应性能成为近年来国内外移动机器人研究领域的热门。四足机器人的控制性能由作为驱动单元的关节电机直接决定,其中关节电机响应性能由电机驱动控制系统直接决定。由于关节电机工作空间和运行环境的制约,电机驱动控制系统趋向于将各部分功能进行封装与集成。同时关节电机频繁启停的特殊工况,需要关节电机控制策略具有快速反应的响应特性。本文首先根据关节电机实际工作
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相对于传统履带式机器人和轮式机器人,四足机器人由于突出的适应性能成为近年来国内外移动机器人研究领域的热门。四足机器人的控制性能由作为驱动单元的关节电机直接决定,其中关节电机响应性能由电机驱动控制系统直接决定。由于关节电机工作空间和运行环境的制约,电机驱动控制系统趋向于将各部分功能进行封装与集成。同时关节电机频繁启停的特殊工况,需要关节电机控制策略具有快速反应的响应特性。本文首先根据关节电机实际工作空间的制约,围绕如何提高驱动控制系统的空间利用率和稳定性展开研究。其次针对现有控制策略不能满足关节电机响应性能的问题,围绕如何进一步提高关节电机的响应性能展开研究。为了提高驱动控制系统的空间利用率和系统稳定性,本文基于模块化的思想设计了一款关节电机驱动控制系统。同时为了提高驱动控制系统的快速响应性能,提出了一种改进无差拍直接转矩控制（DB-DTC）策略。然后在MATLAB/Simulink下搭建仿真模型、设计驱动控制系统的软硬件模块,搭建驱动控制系统实验测试平台。最后基于搭建的仿真模型和测试平台,对文中提出的控制算法进行验证。验证分为两部分构成,首先在仿真模型中验证所提控制策略的优越性,分别在0.5N负载、给定位置20°和空载、给定转速50r/min条件下对比传统PI控制策略、传统DB-DTC策略和改进DB-DTC策略的速度和位置响应性能。然后在空载、给定转速50r/min条件下通过测试台架上测试提出的改进控制策略启动瞬间响应性能和稳定运行控制性能。对仿真结果分析可知相对于传统PI控制策略,传统DB-DTC策略到达给定转速所需时间减少0.013s,达到给定角度电机转速降为零所需时间和位置收敛时间减少0.037s。相对于传统DB-DTC控制策略,改进DB-DTC策略速度和位置响应时间分别减少0.004s和0.002s。对实验结果分析可知相对于传统PI控制策略,传统DB-DTC策略速度响应时间减少0.13s,相对于传统DB-DTC控制策略,改进DB-DTC策略速度响应时间减少0.008s,稳定运行时电机相电流波形畸变得到改善。由仿真和实验结果分析可知文中设计的关节电机驱动控制系统可以满足关节电机实际工作空间和稳定性的需求,文中提出的改进DB-DTC在减少计算量的情况下到达与传统DB-DTC一样的控制效果,简化了控制过程,降低了实时计算量,降低了q轴电流脉动,抑制了相电流畸变。
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