激光测距技术的机器人电机转矩控制
激光测距技术的机器人电机转矩控制
杜丽娟,陈 帅
机器人作为 种新兴的高科技产品,对国家的发展和人们的生活均有很高应用价值 。激光测距无 损检测机器人就是装有激光无损检测装置的可自动 行走的机器人,在机器人移动的过程中,会使超声波探测器工作,在机器人行走的区域覆盖整个检测区域时,即可实现对检测区域的探伤检测 。而电机转矩控制对激光测距无损检测机器人的行走及检测性 能起到了非常关键的作用,对其的研究具有重要意义。
文献[ 8] 将异步电机应用千机器人电机转矩控制中,针对机器人关节负载的改变情况,通过变结构控制器,结合自适应方法实现电机转矩的控制,该方法一控制精度较高,但实现过程过于复杂;文献[9] 提出 种定子磁链沿近似圆形轨迹运行的电机转矩控制方法,对电机的转矩误差和磁链误差进行实时监控,同时结合定子磁链的位置判断逆变器的开关状态。 该方法控制效果较好,然而其控制结构非常繁杂,开关频率较高,能耗高;文献[10]依据已知的转矩与上一 步长转矩求出输出电压,通过输出电压对电机转矩进行控制。 该方法控制效果不佳,但不容易受到外界环境的干扰,且实时性好。
针对上述方法的弊端,提出新的激光测距无损检测机器人电机转矩控制方法,实验结果表明,所提方 法能够使电机转矩运行平稳,且超调量小,反应速度快。
1.激光测距的无损检测机器人电机转矩控制系统
1.1 系统硬件设计
1.1. 1 硬件设计总体方案
所设计系统硬件主要由功率电路、控制模块及辅助电路构成。 功率电路主要由变压变频电路、驱动电 路以及交流电机构成。 控制模块将由TI公司生产的TMS320F2407 ADSP控制芯片作为核心,主要包括TMS320F2407 ADSP控制芯片及其主电路、外围电路以及电机。
1.1. 2 电机转矩控制芯片TMS320F2407ADSP
所设计的激光测距尤损检测机器人电机转矩控制系统因为采用矢量控制策略,所以计算量较大,对精度的要求较高[13-14 J。为了提高机器人电机转矩控制的实时性,需提高CPU的计算速度,并且为了减少 系统的外围电路,选用的芯片需集成PWM输出电路 和 AID转换电路,依 据上述 要求,本节选用TMS320F2407 ADSP芯片,该芯片功能强大,通过改进的外围设备单元与性能高的 DSP内核,实现对电极转矩的高精度、高效实时控制。 TMS320F2407ADSP芯 片的总线结构可并行完成取指令、执行指令、数据处理及外围控制,可大大增强工作效率。 不仅如此,DSPTMS320 LF2407芯片存在两个特殊的资源管理模块EVA与EVB,能够利用光电编码增最接口对电机 的转数与角位移进行监测,形成不同死区可调的 PWM波形。DSPTMS320LF2407芯片中的PWM输出电路。
1.1. 3 检测电路设计
检测电路为机器人电机转矩控制系统硬件设计 的关键,能够实现系统的双闭环控制,检测信号准确 度决定了电机转矩控制系统工作的可靠性和稳定性。 本节设计的检测电路主要有电压检测和电流检测,具体如图3所示。 电压检测电路采用的屯儿传感器t. 要负责对逆变电压进行检测,通过模数转换把检测屯 压模拟量转换为数字星,对得到的数字址进行处月可将处理结果存储至TMS320F2407ADSP芯片中,利用R检测电路对电压进行检测。 本节电儿检测电路采 用的传感器是由LEM公司提供的粘度和f扰抑制能力较高的 LV25-P型电压传感器。
据激光测距尤损检测机器人电机转矩控制即论,三相定子电流对机器人电机磁锐勹转知[(I]心11常关键,因此电流电测电路的实时性另准确性决定f屯机转矩控制系统的精度与可靠性[ \5-16 ( 电流检测电路利用闭环控制系统把采集的电流校拟伈号锐AID 模块转换为数字信号,和电机转矩控制芯片进行数剒交换,完成对电流环的闭环控制。
1.2系统软件设计
激光测距无损检测机器人屯机轧矩控制系统的软件设计通过模块化设计思路实现,也就足h软件中 设计各种功能模块,在需要该模块内容的怕况下,制 用该部分即可。
本系统软件设计所需完成的功能如卜:术从传感 器信息,利用控制方法对激光测距儿损检测机器人屯 机转矩进行控制,和上位机进行估息交换、1,前机器人电机转矩控制方法将电机石什动力将且输 出,将机器人工作过程中所需的有界变化转矩看什扰 动。
2 实验结果分析
在激光测距无损检测机器人电机转速较低的情况下进行。分别采用本文方法、PIC 控制方法和 PLC 控制方法对低速运行的电机转矩进行控制,分别在0. ls和0.2s增加负载转矩,三种方法的转速控制结果。
和 PIC 控制方法与 PLC 控制方法 相比,采用本文方法进行控制后,电机转速更加平稳,在突然增加负载转矩的情况下,超调量更小,反应速 度更快,能够更好地跟踪电机输出转速,整体性能优。
3 结论
针对当前机器人电机转矩控制方法存在直流偏 移的弊端,提出激光测距尤损检测的机器人电机转矩 控制方法,采用机转矩控制芯片、电压检测电路和电 流检测电路作为硬件系统,软件设计包括采集传感器 信息、机器人电机转矩控制、和上位机的信息交换功 能,最后通过具体实验对控制方法的有效性和优越性进行了测试,实验结果表明,本文方法能够使电机转 矩运行平稳,且超调量小,反应速度快,具有良好的创 新性和实际应用价值。
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