工业与协作机器人控制模型对比分析
1. 工业控制
- 控制目标：不与环境接触（环境刚度为0）。负载位置速度完全跟随，伺服是PID（除了图上弹簧阻尼，还有积分）。要求极致伺服刚度，快稳准。
PID与伺服PPI（位置环P，速度环PI）参数关系，详细可以参考通用伺服PPI参数含义：
| PID参数 | 对应PPI参数 |
|---|---|
| $P$ | $K_v(K_p+K_i)$ |
| $I$ | $K_vK_pK_i$ |
| $D$ | $K_v$ |
可认为 $P$ 是弹簧刚度，$D$ 是阻尼。
可测状态：$J_m$ 的位置速度
控制难点：
积分在消除静差的同时，加入额外能量，容易振动
负载惯量一般需要测得，但负载可能随时间变化
要求极致的伺服刚度，但会受机械限制（伺服位置环带宽$K_p$不能超过负载模态$\sqrt{\frac{K}{J_l}}$？）
有时机械传动环节不止有一个柔性环节
- 可调参数：
伺服刚度（通过PPI参数调节）
可通过位置反馈和辨识的负载质量设计扰动观测器观测$J_m$上受力进行补偿
2. 协作阻抗
控制目标：与环境接触，且环境刚度未知。从伺服到连杆部分表现为一个可调的质量弹簧阻尼系统，柔顺地与环境交互，不发生振动。伺服一般是PD控制，没有I，不要求精确位置跟随，更强调柔顺地与环境交互。
可测状态：
$J_m$ 位置速度（模组第一编码器必有）
$J_l$ 位置速度（模组第二编码器可选）
$J_l$ 受到的力（模组力矩传感器可选）
- 控制难点：
环境刚度未知，并且可能突然变化
希望能够任意设置伺服刚度，使得机械臂能够表现任意软硬度（伺服刚度与环境刚度接近时更容易振动？）
- 可调参数：
伺服刚度（电子弹簧，阻尼）
通过测量到的状态设计反馈，比如：将两端速度的差值乘一个系数补偿给转矩指令（主动关节组阻尼）
3. 协作导纳
控制目标：与阻抗相同，但是导纳控制能够做得比较软，而阻抗控制能做得比较硬。导纳控制伺服部分一般采用工控的伺服控制方法，有积分环节。
可测状态：与阻抗相同
$J_m$ 位置速度（模组第一编码器必有）
$J_l$ 位置速度（模组第二编码器可选）
$J_l$ 受到的力（模组力矩传感器可选）
- 控制难点：
环境刚度未知，并且可能突然变化
希望能够任意设置伺服刚度，使得机械臂能够表现任意软硬度，希望比阻抗做得更软
又多了一个柔性环节，系统阶数提高。
- 可调参数：
伺服刚度（电子弹簧，阻尼）
导纳控制器（电子弹簧，阻尼，质量）
通过测量到的状态设计反馈
