关于阻抗控制及其实验

1. 概念

阻抗控制分为基于力的阻抗控制和基于位置的阻抗控制，另一种说法是阻抗控制和导纳控制。两者都是做柔顺控制的常用方法。导纳控制，位置内环，通过检测外部力产生位置修正量，阻抗控制，力内环，通过检测位移变化，产生相应的阻抗力，两者都可以表现为柔顺性，但导纳控制更易实验，详细诸位可以去知网查阅相关硕博士论文。控制框图如下：

 图1，2   导纳控制与阻抗控制

2. 特性

阻抗控制器与导纳控制器一组关键的参数是J,B,K或者M,B,K，这取决于你控制的是转动件还是移动件，事实上，机电系统很多都可以以MBK模型表示，之不多以上的参数都可以用等效动能或者等效消耗的功来计算。

仿真发现，在阻抗控制中加入J或者M环节，可能会带来系统的震荡（如果此时共轭极点为主导极点的话），所以，我一般不加这个M或J环节以避免提升系统的阶次带来不稳定。

当PD控制中参数较小时，系统也可以表现为柔顺性，但这种单单的PD控制器自由度很小，与导纳控制的区别在不与外界环境接触时的响应特性无法控制，因为PD控制器中的参数用来表现为柔顺性，而导纳控制却可以调节位置内环控制参数以调整系统响应特性。

3. 实验

做了一个单关节电机导纳控制实验，无刷直流电机，FOC控制，力传感器为薄膜压力传感器，用橡皮筋变形程度表征力的大小，如图3：

 

4. 实验视频

说明：因为薄膜压力传感器不好安装且质量不高，所以导致静止时电机转轴位置抖动，此视频只做示意性作用。大致就是按压传感器受力片时，导纳将力转化为位置修正量，此时系统犹如一根弹簧；按压把柄但是不通过受力片传递力时，系统变"刚"；

 

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图3 导纳控制实验