作者：張軍胖

在我國的工業控制領域，工業機器人的用途越來越廣泛，重物的搬運，機械的裝配，管網的清淤、焊接、檢測等領域都有它的存在，它在我們的生活中發揮着越來越重要的作用。

工業機器人主要由機械結構部分、電路硬件部分、嵌入式軟件部分幾個部分組成，對于設計者來說，想實現機器人高精度的複雜運動，難點主要在電路硬件部分的電機控制上，因此我們需要反複研究機器人的運動方式和其行為軌迹，根據不同機器人的功能采用相對應的電機控制方式，優化軟件控制算法，從而實現高精度複雜的運動。

圖1管網工業檢測機器人

1、開環控制和閉環控制：

舉個例子，投籃，籃球出手後就無法再繼續對其進行控制，無論球進與否，球出手的一瞬間控制活動即結束。這就是開環控制。

閉環控制：家裡的飲水機或較先進的電水壺，它不用你管，水開了，自動斷電；水冷了，自動接通電源進行加熱。當溫度超過設定溫度之後，自動關閉加熱功能，當低于設定溫度，又重新開始加熱。就是這樣的一個反複循環，才有了恒定的溫度。在外界看來，就是從開始燒水到最後保溫，系統自動就能保持恒定的溫度。也就是我們所說的閉環控制。

2、電機的開環控制方式：

電機若要旋轉，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驅動電路，電機驅動電路驅動電機。隻要有了供電電源和控制電路，電機就能正常旋轉和變速了。

電機的開環控制是指隻有微控制器控制電路而無反饋信息的系統控制方式。我們将整個電路供電，微控制器輸出一定的占空比，輸入電機驅動器，電機驅動器驅動電機，這種方式可以使得電機轉動起來，我們可以通過微控制器來控制電機的正反轉和轉速大小，但是不會對電機的工作狀态進行監測，當電機的轉速失調時，系統無法再進行調節，當電機堵轉卡死時，系統也無法知道，從而無法采取保護措施。因此采用開環控制設計的電機控制系統，控制時序非常重要，一旦出錯，電機将燒毀，整個系統電路完全癱瘓，如果是較大的項目，将産生無法挽回的損失，因此實際中應用非常少。

圖2開環控制示意圖

3、電機的閉環控制方式：

電機的閉環控制是指在開環控制電路的基礎上，加上反饋電路，從而能夠将電機的狀态調整為穩态。電機控制電路部分與開環控制電路一樣，反饋電路可以通過在電機的旋轉軸上加上旋轉編碼器，旋轉編碼器的信号經過信号整形電路和信号濾波電路得到穩定的信号，微控制器可以通過讀取旋轉編碼器處理之後的數據可以知道當前電機的轉速，當電機實際轉速超過我們設定的值時，我們可以調小微控制器的輸出占空比降低電機轉速，當實際轉速小于設定的轉速值時，可以通過調大微控制器的輸出占空比增大電機轉速。另外可以通過采集電機旋轉時的電壓值和電流值，可以知道當前電機是否處于過流或者過壓狀态，對電機當前狀态進行更好的判斷，當出現堵轉等故障時，可以迅速的關閉電機進行保護。這種方式可以保證電機可靠的工作，在實際使用中較為廣泛。

圖3閉環控制示意圖

4、電機的雙閉環控制方式：

在前面電機閉環控制的基礎上，在電機減速裝置之後再加上角度傳感器，就可以實現雙閉環控制，這種控制方式是為了保證雙電機或多電機的實時同步旋轉。要實現多電機的實時同步旋轉功能，每一個電機都需要安裝一個角度傳感器，這樣微控制器不僅可以通過讀取旋轉編碼器處理的數據實現穩定的旋轉，使得電機工作在穩定可靠狀态，還可以通過讀取角度傳感器的處理的信号知道每一個電機的實時位置，這樣就又構成了二級反饋電路，形成了電機的雙閉環控制。當穩定旋轉的兩個電機或者多個電機的旋轉角度出現偏差時，可以将角度偏差值進行處理，從而進行算法修正，調整微控制器的輸出占空比，這樣就實現了雙電機或多電機的實時同步旋轉功能。在實際使用中微控制器讀取角度傳感器的數據隻需滿足單圈可以采集20個點即可，一旦角度偏差超過固定阈值，即可迅速的對狀态進行調整。

圖4雙閉環控制設備

圖5雙閉環控制示意圖

5、總結：

相對于傳統的人工模式，工業機器人更是一種思維上的轉變，在我們未來生活中工業機器人的作用将會越來越大，控制算法也會越來越精細，為了保證工業控制領域的健康發展，在工業機器人的控制方面我們還應該不斷創新，在精度上和算法上不斷優化，讓工業機器人更好地為我們的生活服務。

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