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抖动在运动控制系统中何时有用?

通过丹妮尔·柯林斯|2021年9月3日

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抖动是用来描述物体微小、快速、来回运动的几个术语之一。根据上下文,在运动控制系统中使用术语“抖动”时,它可以指有目的的、有指令的运动,也可以指非预期的、不需要的运动。

摩擦
静摩擦和动摩擦之间的差异可能导致一种称为粘滑的情况。
图片来源:纽约大学詹姆斯·赫德伯格博士

在某些运动系统中,故意诱发抖动以减少摩擦的影响,或者更具体地说,粘滑.当两个物体开始相对运动时,在运动开始时遇到的静摩擦比运动开始时发生的动摩擦要高——通常要高得多。这就导致了一种被称为粘滑或粘滞的现象,这种现象会导致剧烈、不均匀的运动。

迫使一个物体抖动——即做非常小的振动运动——使该物体保持在动态摩擦的范围内,避免静态和动态摩擦之间的过渡,减少或消除摩擦力。抖动经常用于阀门的控制,而在伺服控制运动系统中,可以在控制命令中加入抖动信号,以确保非常平稳的运动,特别是在低速时。

高频振动
在伺服控制器的模拟输出中加入方波抖动信号。这种抖动导致系统振动非常小,避免了粘滑的影响。
图片来源:帕克

同样,一些步进压电马达(也称为“行走”压电马达)具有称为抖动的工作模式。在这种模式下,他们可以提供非常小的运动-在纳米或皮米范围在某些情况下-在高频率。

然而,抖动也可以指线性或旋转系统在两个编码器计数之间振荡时的不必要运动。当控制命令系统移动到位于非整数编码器计数或脉冲的位置时,伺服系统中可能会发生这种情况。换句话说,如果控制器命令系统移动到编码器计数为9.88的位置,系统将在遭遇计数9和10之间振荡或抖动。为了避免这种情况下的抖动,编码器的分辨率应高于运动系统所需的定位精度。


需要注意的是,术语“狩猎”和“抖动”有时可以互换使用。然而,狩猎是伺服系统试图纠正命令位置和实际位置之间的错误时不希望出现的结果。

控制器的增益设置会加剧狩猎——尤其是积分增益,随着时间的增加,迫使系统在移动结束时定位误差为零。然而,误差是不断变化的,因此系统必须迅速作出反应,在位置再次变化之前执行纠正动作。但是在位置误差检测和修正运动之间的任何滞后都可能导致系统超调目标位置,造成相反方向的误差。现在,系统必须启动一个反向的纠正动作,但由于积分增益再次过冲。围绕期望位置的这种摆动周期称为寻猎。

在运动控制的背景下,摆动的技术定义是轴围绕目标位置的周期性振荡。
图片来源:美国电影技术

了下:运动控制提示


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