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抖动在运动控制系统中何时有用?

经过丹妮尔·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

在一些运动系统中,抖动在故意诱导以减少摩擦的影响,或更具体地,粘滑。当两个物体开始相对于彼此相对移动时,运动开始期间遇到的静态摩擦力较高 - 通常显着高于一旦启动移动时发生的动态摩擦。这导致了一种称为粘滑或沉降的现象,导致生涩,不均匀的运动。

迫使对象抖动 - 即制备非常小的振荡运动 - 使物体保持在动态摩擦的领域,避免静态和动态摩擦之间的过渡和减少或消除静止。抖动通常用于阀门的控制并且在伺服控制的运动系统中,可以将抖动信号添加到控制命令以确保运动非常平滑,尤其是慢速。

抖动
方波抖动信号被添加到伺服控制器的模拟输出。这抖动使系统非常略微振荡,避免粘滑的效果。
图片信用:帕克

同样,一些人步进压电马达(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对应于编码器计数9.88的位置,系统将在遭遇计数9和10之间振荡或抖动。为了避免在这种情况下抖动,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,打猎伺服系统试图纠正命令位置和实际位置之间的误差是不希望的结果。

控制器的增益设置可以加剧狩猎 - 特别是积分增益,随着时间的推移而增加,在移动结束时强制系统迫使系统到零定位误差。但是,误差不断变化,因此系统必须快速响应以在位置再次变化之前实现纠正措施。但是检测位置误差和矫正移动之间的任何滞后都可能导致系统过度过冲,导致相反方向的误差。现在系统必须启动反向方向的纠正移动,但由于积分增益,再次过冲。围绕所需位置的这种振荡循环被称为狩猎。

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

提交:运动控制提示


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