Keyboard shortcuts

Press ← or → to navigate between chapters

Press S or / to search in the book

Press ? to show this help

Press Esc to hide this help

5.2 驱动

§5.1 讲的是部件,本节讲整条驱动链的动态行为。教材开篇一句就定下了方法(§5.2):

「本节介绍驱动机械手关节的电气驱动和液压驱动的工作。从描述动态特性的数学模型出发,得到可以突出控制特性和机械传输影响的方框图。」

也就是说:本节不满足于「电机有电阻电感」这种定性描述,而是要把每一段写成传递函数,最后拼成一张能拿去设计控制器的框图——这张框图将在第 8 章(运动控制)里被直接使用。录播 01:03:28–01:44:57。

两条路线与一条类比

本节要建立的两个模型结构完全平行,教材特意点明:「图 5.2 和图 5.6 的结构比较清楚地显示了电气驱动和液压驱动动态特性的类比关系」。这个类比可以一次性记住:

电气驱动液压驱动角色
电枢电压 vav_a阀杆位移 xx控制作用的入口
电枢电流 iai_a压差 pp与输出力矩成正比的内变量
电流反馈回路(传感器 kik_i)压力反馈回路局部反馈(结构特征)
电枢电感 LaL_a、电阻 RaR_a可压缩性流速 QcQ_c、渗漏 QlQ_l造成动态滞后的储能/泄漏项

但教材随即给出一句重要的警告:「这种类比不应令人相信,可以由液压驱动来实现速度控制发电机或力矩控制发电机的作用」——压力反馈回路是液压系统的固有结构特征,「除非引入适当变换器并实现相关控制电路,否则不能将其修正」。换句话说:电气驱动可以选用要不要电流反馈,液压驱动的压力反馈去不掉。

考点 · 老师原话(录播时间点)

执行系统是心脏、是肌肉:「整个上面就是咱们的关节执行系统……是(机器人)机械系统的心脏,相当于咱们人体的肌肉这部分」(01:03:27)。

接下来改从数学模型看:「咱们下面的几个 PPT 呢,主要就是从数学模型的角度出发,来分析咱们驱动系统或者执行系统的(性能)」(01:03:49)。

默写点 · 合上书再写(主动回忆)
  1. 本节的方法是什么(一句话)?
  2. 电气驱动与液压驱动的框图里,哪两个变量互为类比?哪一个变量各自与输出力矩成正比?
  3. 为什么说液压的压力反馈「去不掉」,而电气的电流反馈可以「不用」?
核对

从描述动态特性的数学模型出发,画出能突出控制特性与机械传输影响的方框图。

控制入口:电枢电压 vav_a ↔ 阀杆位移 xx;与输出力矩成正比的量:电枢电流 iai_a ↔ 压差 pp。

因为压力反馈是液压伺服阀/分布器/发动机这一物理结构的固有特征,除非额外引入变换器与控制电路才能改;而电流反馈在电气驱动里是一个可以取舍的设计选择(例如为抑制干扰力矩可以不加)。

5.2 小结与常见错误

  • 一条方法论:从数学模型出发,把每一段写成方程,最后拼成能拿去设计控制器的框图(本节给出的两张图,第 8 章直接使用)。
  • 一组类比:电气驱动与液压驱动的框图结构平行(控制入口、与力矩成正比的内变量、局部反馈回路),但压力反馈是液压的结构特征、去不掉,电流反馈则是可取舍的设计选择。
  • 本章其余各节的引子:5.2.1 建立电气模型、5.2.2 建立液压模型、5.2.3 量化传动装置的影响、5.2.4 用它设计位置环。
常见错误清单 · 自查三条
  1. 以为「电气与液压可以互相替代特性」——教材明确警示:不能由液压实现速度 / 力矩控制发电机的作用(或反之)。
  2. 把驱动建模当成纯理论——这里的每一张框图都在第 8 章的控制器设计里出现。
  3. 漏掉「局部反馈」这一层——电气侧是电流环、液压侧是压力环,这是两者动态差别的关键所在。