ADAMS的二连杆机械臂PID控制

这里利用ADAMS 2014，来完成如下方法。
1 二连杆平面臂初始状态呈直线

图1 二连杆平面臂呈直线时三维模型
不计重力，忽略摩擦。在xy平面，连杆1和连杆2长度分别为300mm，100mm，其宽和厚都设为20mm。支座与大地为固定副，连杆1通过关节1（旋转副）与支座连接；连杆2通过关节2（旋转副）与连杆1连接。
连杆1和连杆2的质心都是在各自的中心位置，其质心位置和转动惯量，ADAMS会在建立完模型后，自动得到。在关节1和关节2处分别添加力矩SFORCE_1,SFORCE_2，同时设定SFORCE_1为50N*mm，SFORCE_2,先设为0。
2 给定控制目标
该二连杆平面臂在运动过程中，两个连杆始终是直线状态（绕支座转动），也就是说两连杆之间夹角为180°。如果不控制，很难实现该状态。
3 PID控制

图2 PID闭环负反馈控制框图
4 ADAMS内置的PID控制器实现控制
在这里，要使两连杆能够在运动中一直保持直线，而初始状态两连杆就是直线状态，故只需要连杆2与连杆1的角速度（绕Z轴）相同，角加速度相同，也就是说连杆2的角速度相对于连杆1的角速度为0，连杆2的角加速度相对于连杆1的角加速度也为0。
故在PID控制框图中，我们设置输出为连杆2相对于连杆1的角速度；参考输入为0，这是期望的相对角速度值，表示是直线状态。在ADAMS中，当运行仿真时，各力或力矩、速度、加速度等都会根据建立的三维模型自动得到。
设置三个设计变量，作PID控制器的常数。Design Exploration>Design Variable，先设定P=I=D=50。
设置PID控制器输入，Elements>Controls Toolkit，控制器要两个输入：第一个，是给定要求的输入，input function为0-WZ(To_MARKER,From_MARKER)*RTOD,WZ是绕Z轴的角速度，To_MARKER是连杆2上关节2处的MARKER点，From_MARKER是连杆1上关节1处的MARKER点，WZ(To_MARKER,From_MARKER)表示连杆2相对于连杆1的角速度，*RTOD是以角度表示，而不是弧度；第二个，是第一个输入的微分，input function为0-WDTZ(To_MARKER,
From_MARKER)*RTOD，WDTZ是绕Z轴的角加速度， WDTZ(To_MARKER,From_MARKER)表示连杆2相对于连杆1的角加速度。
设置PID控制器，Elements>Controls Toolkit，PID的Input，Derivative Input分别是上述两个输入，P、I、D三个参数分别是上述三个设计变量。完成后，会在ADAMS左侧模型树中生成一个PID控制器。
接下来，我们设置前面的SFORCE_2，将其设为生成的PID控制器。这样，根据图3的PID控制框图，生成的PID控制器，输入到SFORCE_2，也就是要控制的力矩，然后输出为两连杆的角速度、角加速度差值，保证运动过程中为直线状态。
5 ADAMS的仿真模拟与验证
点击simulation，设置时间10s和步数100，观察仿真，同时建立测量：Design Exploration>Measures，测量两连杆之间的角度，并生成图形。根据图3可知，夹角为180°，实现了给定的呈直线的运动控制。

图3 初始呈直线的运动过程中两连杆间的角度
调节三个设计变量P、I、D的值，能够改变图4中趋于180°的时间等其他响应参数。
6.总结
如果两连杆为某一个角度，而不是180°，也是相同方法，只是在4的设置PID控制器输入，把相对速度和相对加速度换成 相对位移和相对速度；
参考：ADAMS入门详解与实例-李增刚；
因学业有限，如有错误，望诸位批评指正，恳请见谅。