Sterowanie przegubem obrotowym z wykorzystaniem sprzężenia

zamyka pętlę sprzężenia zwrotnego układu regulacji. Standardowe czujniki obciążenia są projektowanetak by być sztywne dla danego obciążenia. Pozwala to przekazywać siły interakcjinie magazynując przy tym energii. Niestety, sztywne ogniwo w połączeniu z już dość sztywnymnapędem powoduje, że wzmocnienie w otwartej pętli jest bardzo duże. Oznacza to, że małezmiany położenia obciążenia powodują bardzo dużą zmianę siły w czujniku. Dla zapewnieniastabilności całości układu w zamkniętej pętli, wzmocnienie regulatora musi wtedy być bardzomałe. Małe wartości wzmocnienia regulatorów zazwyczaj nie zapewniają dobrej jakości sterowania.Małe wzmocnienia, duża impedancja napędu oraz sztywność czujnika sprawiają, że układnie jest odporny na duże przeciążenia oraz udary siłowe pochodzące z otoczenia. Ponadto niema własności filtrujących dla tarcia i nieliniowości przekładni, które występują w rzeczywistychaplikacjach.W laboratoriach MIT [1] powstał projekt napędu, w którym wspomniane niedogodnościzostały zminimalizowane a niektóre wręcz wyeliminowane. Napęd ten składa się z silnika elektrycznego,przekładni redukcyjnej oraz szeregowo dołączonej sprężyny o małej sztywności. Informacjao wyjściowej sile otrzymywana jest poprzez pomiar odkształcenia sprężyny. Tak zbudowanynapęd nazwano siłownikiem z elastycznością szeregową (ang. Series Elastic Actuator),rysunek 2. Siłownik taki topologicznie podobny jest do jakiegokolwiek napędu z czujnikiemRysunek 2: Minimalny model siłownika z elastycznością szeregowąobciążenia i układem sterowania z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. Jednakże są dwiezasadnicze różnice wynikające z małej sztywności czujnika. Po pierwsze, sprężyna ma zdolnośćdo gromadzenia energii, czego nie można pominąć w rozważaniach teoretycznych. Po drugie,zintegrowanie czujnika o małej sztywności z niewielkim siłownikiem może być kłopotliwe.Podstawową zaletą elastyczności szeregowej jest to, że mała sztywność czujnika obniżawzmocnienie obiektu w układzie z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. Można więc proporcjonalniezwiększyć wzmocnienie regulatora zachowując przy tym bezpieczny margines stabilnościukładu. Dzięki temu napęd z elastycznością ma małą impedancje wyjściową, jest odpornyna uderzenia siłowe oraz na zmianę obciążenia. Ponadto zwiększenie wzmocnienia regulatoraznacznie obniża negatywny wpływ tarcia oraz nieliniowości przekładni, w wyniku czego otrzymujemyniezakłócone wyjście siłowe.8