前言
機器人慣量前饋技術是貝加萊公司的一項非常重要的技術，即使在整個業(yè)界也是一項前沿的技術，它能解決機器人在運動過程中抖動的問題，提升機器人系統(tǒng)的精度和效率。目前該項技術僅為業(yè)內少數(shù)公司擁有。

一、慣量匹配與扭矩前饋

對于運動控制而言，慣量匹配是一項非常重要的特性需求，而對于驅動器，良好的慣量匹配才能產生更好的動態(tài)性能，在理想的剛性連接情況下，僅需計算出所需扭矩即可驅動系統(tǒng)，使其處于高動態(tài)特性運轉，然而，由于機械系統(tǒng)的連接具有的彈性變形，例如減速機、皮帶、聯(lián)軸器等，使其無法實現(xiàn)真正意義上的高動態(tài)控制特性，這就帶來了慣量匹配的問題。在驅動器對負載的控制過程中，其電流環(huán)的計算周期非?？欤趹T量匹配值較大的情況下，系統(tǒng)需要給出一個非常大的偏差才能在PID調節(jié)中實現(xiàn)輸出，然而，這一扭矩輸出會產生較大的振動。

貝加萊提供一種力矩前饋控制的模型用于解決這一問題，通過快速給出慣量則能實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。但是，對于機器人系統(tǒng)而言，其關節(jié)連接處于多個維度的運動狀態(tài)，其慣量的變化是多維的，如何施以良好的慣量匹配以確保機器人系統(tǒng)的高速運行呢？

這是機器人系統(tǒng)目前存在的一個普遍問題，然而，貝加萊的系統(tǒng)所具有的建模、算法設計、高速扭矩控制等技術的組合形成了一種解決這一問題的辦法。

二、機器人機械振動的問題

拉格朗日方程描述了機器人在整個運動過程中的動力學能量問題，動能與勢能的產生影響了機器人運動過程中的力矩、位置等參數(shù)的變化，例如機器人運動過程中由于機械臂位置變化而產生的勢能變化。

在機器人系統(tǒng)中，由于機器人的各個關節(jié)的機械特性隨著運動過程的變化，其慣量也產生了變化，例如，當機械臂處于X軸方向伸長時，則沿著Y軸方向的旋轉在0～90度范圍內，其慣量也發(fā)生了變化，從最大慣量變到最小慣量；而當這個臂旋轉超過90度~180度范圍時，則其慣量又開始變大。由于這種慣量所產生的變化，會對驅動器整個控制過程產生調制振動，這也是目前機器人控制中普遍存在的問題。

三、貝加萊動態(tài)慣量前饋技術
貝加萊運動控制技術中的慣量動態(tài)前饋技術能夠很好的解決這一問題，對于機器人系統(tǒng)而言，其慣量的變化是一個動態(tài)過程，同時也是一個在數(shù)學上可建模的過程，因此，可以通過建立動態(tài)的慣量模型來為系統(tǒng)的控制提供前饋變量，如下圖1所示。

圖1 前饋模型
在這個模型中，當設定位置、設定速度及加速度值給出后，則將根據(jù)當前值和機械常數(shù)來計算出整個運動過程的慣量變化，并計算出力矩輸出的前饋值給電機，該值與控制器給定值在電流環(huán)中的控制輸出進行疊加，使得扭矩輸出可以快速的實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)調整，從而降低扭矩輸出的偏差。

該前饋輸出需要在偏差產生之前即給出，并且以每50uS的周期不斷地刷新，由于其高速刷新，確保了扭矩輸出值高速與高精度，并能夠同步地跟隨機械慣量的變化，達到較好的控制狀態(tài)。

四、基于MATLAB/Simulink的前饋模型設計

MATLAB/Simulink是目前最為流行的建模工具，由于與Mathworks公司的合作，貝加萊控制系統(tǒng)與MATLAB/Simulink建模仿真軟件建立了接口連接，經(jīng)過MATLAB/Simulink仿真工具建模生成的控制器模型可以通過代碼自動生成技術產生控制器的C代碼，而這一代碼無需手工重寫即可導入到BR控制器中，從而實現(xiàn)在環(huán)測試。