動態精密系統控制研究

  近年來我們逐漸將研究重點轉移至控制的層面。最初的研究以剛体機構的動態系統控制為主。例如:肘節機構、機械手臂的軌跡控制、曲柄─滑塊系統的位置與速度控制等。關於控制器設計方面,應用各種不同的控制理論,包括:古典PID控制、適應性控制(Adaptive control) 、最佳化控制(Optimal control)、變結構控制(Variable structure control)以及模糊控制 (Fuzzy control)。而在系統中加入控制器的主要目的在於增加系統本身的動態穩定性,而且一個好的控制品質必須兼顧動態穩定性及軌跡追蹤效能(tracking performance)。以變結構控制為例,其主要概念在於利用一個不連續的切換邏輯函數來調變系統的動態結構,改善系統不穩定性以獲得良好的動態響應,控制系統亦不會因本身參數變化和外界干擾(disturbance)影響其控制品質,因而達到精密控制的目的。若將上述的概念應用在撓性機構的精密系統中,便可以進行振動控制的研究。這一部份的研究以先前完成振動分析的機構做為藍本,以變結構控制為主要的控制理論,完成了多項機構振動控制的研究,達到機構系統運動控制與振動抑制的雙重效果,如撓性曲柄─滑塊系統、肘節機構、高速速回機構、電梯系統等。

  控制的系統以統御方程式和邊界條件來分類,可分成:

Ⅰ 非齊次統御方程式&齊次邊界條件(輸入輸出控制)
如,邊界兩端固定的弦或樑,控制力作用在橫向方向。

Ⅱ 具參數激發統御方程式&齊次邊界條件(參數控制)
如,邊界兩端固定的弦或樑,以速度之參數作為控制系統的振動。

Ⅲ 齊次統御方程式&非齊次邊界條件(邊界控制)
控制力作用在系統的邊界,均是邊界控制的問題。

Ⅳ 剛體運動與撓性振動系統之耦合(混合系統控制)
如,機械手臂之剛體運動與撓性振動耦合,控制扭力作用在剛體運動上,達到撓性振動壓抑的效果。