Page 167 - 电气自动化控制技术研究

第六章 工业自动化伺服驱动器系统的相关研究

产效率高，即可迅速抢占市场，而高的产品质量利于企业迅速在市场中稳住阵脚。工业现

场环境中作业的工业机器人需要以高速度、高精度运行，才能满足生产的需要。这对工业
机器人的控制算法提出了严峻的挑战，控制算法必须进一步优化，要有更快的计算速度，
更高的实时性和更强抗干扰能力。工业机器人是为了完成某些特定的加工任务，例如切割、

焊接、喷涂等操作，其运动轨迹相对比较简单，大多由直线、圆弧等简单线条组合而成。
随着工业自动化的发展，一些特殊形状的工件也要求使用工业机器人进行加工，如汽车外

形、发动机叶片等，自由曲线、曲面的理论算法被提出并得到广泛研究。
工业机器人实际现场作业时，待加工工件的形状可能很复杂，为保证产品质量，机械
末端执行器的运动轨迹要尽量与理论轨迹保持一致。实际应用中，用直线、二次曲线或高

次样条曲线去逼近理论曲线轮廓，这就是运动轨迹的插补。机器人的轨迹规划分为关节空
间内轨迹规划和笛卡尔空间的轨迹规划。其中，关节空间的轨迹规划计算量小，相对简单，

但末端执行器的运动轨迹不能直观表述；笛卡尔空间内轨迹插补计算量大，可以直接计算
出末端执行器的坐标，运动轨迹清晰明了，可时刻反映出轨迹曲线的变化。工业机器人用
于工件的切割，轨迹上的每一点都能反映出加工精度，运动轨迹需要直观表述，因此选择

笛卡尔空间的曲线插补进行研究。直线插补、圆弧插补、抛物线插补等常见的插补算法，
在轨迹插补中得到广泛应用，且已经发展成熟。但这些简单的算法不足以表示出复杂的曲

线，只能使用当前研究的热点，非均匀有理 B 样条 (NURBS) 曲线曲面理论。NURBS 插补
算法处于当前的理论前沿，有很强的理论研究价值和实际应用价值，不仅能精确统一地表
达标准解析曲线，还能表示自由曲线曲面。

二、工业机器人伺服结构原理及控制方式

（一）工业机器人伺服驱动器的内部构成
1. 整流部
通过整流部，将交流电源变为直流电源，经电容滤波，产生平稳无脉动的直流电源。

2. 逆变部
由控制部过来的 SPWM 信号，驱动 IGBT，将直流电源变为 SPWM 波形，以驱动伺服

电机。
3. 控制部分

伺服单元采用全数字化结构，通过高性能的硬件支持，实现闭环控制的软件化，现在
所有的伺服已采用数字信号处理 (DSP) 芯片，能够执行位置、速度、转矩和电流控制器的
功能。给出 PWM 信号作用于功率驱动单元，并能够接收处理位置与电流反馈，具有通信

接口。
4. 编码器

伺服电机配有高性能的转角测量编码器，可以精确测量转子的位置与电机的转速，逆
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