CN111103791B - 一种多电动杆同步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种双电动杆同步控制方法，包括以下步骤：步骤1获取电动杆的初始长度为初始目标位置；步骤2控制器向电动杆发送速度指令，电动杆根据速度指令更新初始目标位置为新的目标位置；步骤3，电动杆以设定的反馈周期向控制器反馈各自的实际位置；步骤4，根据实际位置和新的目标位置，计算位置差值；步骤5控制器根据位置差值，依据PID控制算法生成开环速度，电动杆依据开环速度动作；步骤6，控制器将开环速度作为控制电动杆动作的速度指令，重复步骤2至5，使得所有电动杆位置同步。本公开的控制方法通过引入位置差和速度做负反馈，使得开环速度变成具有反馈量修正的闭环速度，达到消除不同电动杆之间位置差，达到位置同步的目的。
Description
技术领域
本公开涉及电动杆控制方法，尤其涉及一种多电动杆同步控制方法。
背景技术
机器人机械臂的肩关节在转动时为了实现大力矩大负载，通常采用两个电动杆进行驱动，虽然能够增大力矩，但由于电动杆的推杆与机械臂之间是刚性连接，系统对两个电动杆的推杆有一个同步要求，否则机械臂会受到损坏。
对于排爆机器人来讲，主要通过控制电动杆的速度来控制机械臂的转动速度，进而控制机械臂的末端速度，这就对电动杆的同步控制提出了一个难题。由于缺乏闭环速度控制，在实际运行中，即使给定同样的开环速度，双推杆在运动过程中也会存在高达几十毫米的位置差，对机械机构损害极大。
发明内容
本公开提供了一种多电动杆同步控制方法，该方法利用PID控制实现电动杆的同步控制。
本公开的技术方案是这样实现的：
一种多电动杆同步控制方法，所述电动杆包括第1个电动杆至第N个电动杆，N≥2；所述电动杆与控制器相连，包括以下步骤：
步骤1，控制器分别获取所述第1个电动杆至所述第N个电动杆的初始长度作为初始目标位置；
步骤2，控制器向所述第1个电动杆至第N个电动杆同时发送速度指令，所述第1个电动杆至第N个电动杆依据所述速度指令更新初始目标位置为新的目标位置；
步骤3，所述第1个电动杆至第N个电动杆均以设定的反馈周期向所述控制器反馈各自的实际位置；其中，所述第1个电动杆的实际位置为第1实际位置，所述第N个电动杆的实际位置为第N实际位置；
步骤4，根据所述第1实际位置和新的目标位置，计算第1位置差值；根据第N实际位置和新的目标位置，计算第N位置差值；
步骤5，控制器根据第1位置差值至第N位置差值，依据PID控制算法分别对应生成第1开环速度至第N开环速度；所述第一个电动杆至第N个电动杆，分别对应按照第1开环速度至第N开环速度动作；
步骤6，控制器将第1开环速度至第N开环速度，分别对应作为控制第1个电动杆至第N个电动杆作动的速度指令，重复步骤2至5，使得第1个电动杆至第N个电动杆位置同步。
进一步地，所述PID控制算法如下：
v＝p×err+d×(err-err_last)；其中，v未生成的速度，err为电动杆实际位置和目标位置的差值，err_last为上一个差值；p和d为控制系数，p＞0，d＞0。
进一步地，调节PID控制算法的参数，以增大PID控制的稳态误差，消除电动杆因速度频繁加减速带来的抖动。
进一步地，调节PID控制算法的参数为：减小系数p的值。
进一步地，所述电动杆为伺服电动杆，具有绝对位置反馈信息、绝对位置控制能力和开环速度控制能力。
进一步地，步骤2中，电动杆更新目标位置的方法包括：
电动杆依据设定的指令周期间隔接受控制器发送的速度指令，根据所述指令周期，以及所述速度指令，计算在所述指令周期内电动杆的动作距离，将该距离累加到原目标位置，作为新的目标位置。
进一步地，所述稳态误差应满足电动杆两个指令周期内动作的最大距离的需求。
进一步地，所述指令周期为50ms。
进一步地，所述反馈周期为100ms。
进一步地，所述控制器通过CAN总线与所述电动杆通信连接。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开的控制方法的流程示意图；
图2是本公开的控制方法的原理示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
实施例一
本实施例提供一种多电动杆同步控制方法，所述电动杆包括第1个电动杆至第N个电动杆，N≥2；所述电动杆与控制器相连；其中所述电动杆的数量依据本公开实际应用场景的需要设定。
参照图1和图2，所述控制方法包括以下步骤：
步骤1，控制器分别获取所述第1个电动杆的初始长度至所述第N个电动杆的初始长度作为初始目标位置；其中，电动杆的初始长度为电动杆推杆的初始长度，根据设定的需要，一般情况下，同组应用下的电动杆的初始长度基本相同。
步骤2，控制器向所述第1个电动杆至第N个电动杆同时发送速度指令，所述第1个电动杆至第N个电动杆依据所述速度指令更新初始目标位置为新的目标位置；
其中，电动杆依据设定的指令周期间隔接受控制器发送的速度指令，所述新的目标位置根据指令周期的时间与速度指令对应的速度，依据距离、速度、时间三者对应，进行计算，然后将计算后的得到的电动杆动作距离，将该距离累加到原目标位置，即得到新的目标位置；其中，所述指令周期的时间间隔可根据期望达到的效果和目的进行设置，例如本实施例中，所述指令周期设定为50ms。即，电动杆的目标位置每间隔50ms将会做一次更新。
步骤3，所述第1个电动杆至第N个电动杆均以设定的反馈周期向所述控制器反馈各自的实际位置；其中，所述第1个电动杆的实际位置为第1实际位置，所述第N个电动杆的实际位置为第N实际位置；其中，所述反馈周期的时间间隔可根据期望达到的效果和目的进行设置，例如本实施例中，所述反馈周期设定为100ms，即，电动杆每间隔100ms向控制器反馈一次实际位置。
步骤4，根据所述第1实际位置和新的目标位置，计算第1位置差值；根据第N实际位置和新的目标位置，计算第N位置差值；
步骤5，控制器根据第1位置差值至第N位置差值，依据PID控制算法分别对应生成第1开环速度至第N开环速度；所述第一个电动杆至第N个电动杆，分别对应按照第1开环速度至第N开环速度动作；其中，所述每个电动杆杆对应的开环速度，因为差值不同，而使得开环速度有所差异。
步骤6，控制器将第1开环速度至第N开环速度，分别对应作为控制第1个电动杆至第N个电动杆作动的速度指令，重复步骤2至5，使得第1个电动杆至第N个电动杆位置同步。
通过以上步骤，可以实现多电动杆在运动时位置同步和速度伺服，采用PID控制方法，通过将实际位置与目标位置的差值作为反馈参数，进而在速度层面做了负反馈，使得开环速度变成具有反馈量修正的闭环速度，实现电动杆开环速度的闭环控制，达到消除不同电动杆之间的位置差，达到位置同步的目的。
所述PID控制算法如下：
v＝p×err+d×(err-err_last)；其中，v未生成的速度，err为电动杆实际位置和目标位置的差值，err_last为上一个差值；p和d为控制系数，p＞0，d＞0。
通过以上实施例可知，所述电动杆的没间隔一个指令周期更新一次目标位置，每间隔一个反馈周期更新一次开环速度，这会导致通过本实施例的控制方法，电动杆会出现频繁的加减速，从而可能引起电动杆的推杆在运动过程抖动。
为解决由于电动杆频繁加减速导致的电动杆的推杆抖动的问题，我们可以通过调节PID控制算法的参数，以增大PID控制的稳态误差，牺牲电动杆的一部分响应速度，消除电动杆因速度频繁加减速带来的抖动问题。
本实施例中，调节PID控制算法的参数为：减小系数p的值。所述稳态误差应满足电动杆两个指令周期内动作的最大距离的需求。即能够满足两个指令周期*电动杆最大电推杆速度。
所述电动杆为伺服电动杆，具有绝对位置反馈信息、绝对位置控制能力和开环速度控制能力。开环速度受负载的线性影响，最大负载时损失20％的速度。
本实施例中，所述控制器通过CAN总线与所述电动杆通信连接。所述控制器选用带有CAN总线的普通控制器，控制器的系统为linux系统。
实施例二
由于机械臂的肩关节在转动时为了实现大力矩大负载，通常采用两个电动杆进行驱动，这时候必须保证电动杆的运动位置保持同步，以达到均匀施加载荷的目的；本公开可应用于机器人的机械臂的控制，实现双电动杆的同步控制。
因此，本实施例基于实施例一，应用于双电动杆的同步控制，即N＝2；
控制方法如下：
步骤1，控制器分别获取所述第1个电动杆的初始长度和所述第2个电动杆的初始长度作为初始目标位置；
步骤2，控制器向所述第1个电动杆和第2个电动杆同时发送速度指令，并更新初始目标位置为新的目标位置，所述第1个电动杆和第2个电动杆分别依据所述速度指令动作；
步骤3，所述第1个电动杆和第2个电动杆均以设定的反馈周期向所述控制器反馈各自的实际位置；其中，所述第1个电动杆的实际位置为第1实际位置，所述第2个电动杆的实际位置为第N实际位置；
步骤4，根据所述第1实际位置和新的目标位置，计算第1位置差值；根据第2实际位置和新的目标位置，计算第2位置差值；
步骤5，控制器根据第1位置差值，依据PID控制生成第1开环速度；控制器根据第2位置差值，依据PID控制生成第2开环速度；
步骤6，控制器将第1开环速度作为控制第1个电动杆动作的速度指令，控制器将第2开环速度作为控制第2个电动杆动作的速度指令，重复步骤2至5，使得第1个电动杆和第2个电动杆位置同步。
在实际运用中，即使控制器的主程序给定了恒定的速度值，由于测量误差等原因，运用的本公开的控制方法，电动杆仍然始终存在轻微的加减速运动，进行自动的同步控制。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (10)
1.一种多电动杆同步控制方法，所述电动杆包括第1个电动杆至第N个电动杆，N≥2；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，控制器分别获取所述第1个电动杆至所述第N个电动杆的初始长度作为初始目标位置；
步骤2，控制器向所述第1个电动杆至第N个电动杆同时发送速度指令，所述第1个电动杆至第N个电动杆依据所述速度指令更新初始目标位置为新的目标位置；
步骤3，所述第1个电动杆至第N个电动杆均以设定的反馈周期向所述控制器反馈各自的实际位置；其中，所述第1个电动杆的实际位置为第1实际位置，所述第N个电动杆的实际位置为第N实际位置；
步骤4，根据所述第1实际位置和新的目标位置，计算第1位置差值；根据第N实际位置和新的目标位置，计算第N位置差值；
步骤5，控制器根据第1位置差值至第N位置差值，依据PID控制算法分别对应生成第1开环速度至第N开环速度；所述第一个电动杆至第N个电动杆，分别对应按照第1开环速度至第N开环速度动作；
步骤6，控制器将第1开环速度至第N开环速度，分别对应作为控制第1个电动杆至第N个电动杆作动的速度指令，重复步骤2至5，使得第1个电动杆至第N个电动杆位置同步。
2.如权利要求1所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，所述PID控制算法如下：
v＝p×err+d×(err-err_last)；其中，v未生成的速度，err为电动杆实际位置和目标位置的差值，err_last为上一个差值；p和d为控制系数，p＞0，d＞0。
3.如权利要求2所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，调节PID控制算法的参数，以增大PID控制的稳态误差，消除电动杆因速度频繁加减速带来的抖动。
4.如权利要求3所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，调节PID控制算法的参数为：减小系数p的值。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，所述电动杆为伺服电动杆，具有绝对位置反馈信息、绝对位置控制能力和开环速度控制能力。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，步骤2中，电动杆更新目标位置的方法包括：
电动杆依据设定的指令周期间隔接受控制器发送的速度指令，根据所述指令周期，以及所述速度指令，计算在所述指令周期内电动杆的动作距离，将该距离累加到原目标位置，作为新的目标位置。
7.如权利要求6所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，稳态误差应满足电动杆两个指令周期内动作的最大距离的需求。
8.如权利要求6所述的一种多电动杆同步控制方法，其特征在于，所述指令周期为50ms。
9.如权利要求1-4任一项所述的多电动杆同步控制方法，其特征在于，所述反馈周期为100ms。
10.如权利要求1-4任一项所述的多电动杆同步控制方法，其特征在于，所述控制器通过CAN总线与所述电动杆通信连接。
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