摘要：为提升工业机器人作业精度与运行稳定性，本文结合电气自动化技术核心优势，开展工业机器人精准控制方案设计研究。通过分析电气自动化技术在机器人控制中的应用基础，构建包含硬件选型、控制算法优化、信号处理的完整控制体系，实现对机器人运动轨迹、姿态调整的精准调控。研究表明，该方案可有效降低控制误差，提升机器人作业响应速度与重复定位精度，满足工业生产精细化需求。方案设计思路为工业机器人控制技术升级提供参考，具有重要工程应用价值。

关键词：电气自动化技术；工业机器人；精准控制；控制算法

引言：

工业机器人作为智能制造核心装备，其控制精度直接影响生产效率与产品质量。电气自动化技术凭借高响应速度、强稳定性和精准调控能力，成为提升工业机器人控制性能的关键支撑。当前工业生产对机器人作业精度、动态响应能力的要求不断提高，传统控制方案已难以满足复杂工况下的精细化作业需求。因此，基于电气自动化技术设计工业机器人精准控制方案，优化控制逻辑与硬件配置，对推动智能制造技术升级、提升工业生产竞争力具有重要现实意义。

一、电气自动化技术与工业机器人控制基础

1.1 电气自动化技术核心要素

电气自动化技术以电力电子技术、控制理论、传感器技术为核心，通过电气设备与控制系统的集成，实现工业过程的自动监测、调控与优化。其核心要素包括控制器、执行机构、传感器、信号传输模块，各部分通过协同工作完成指令下发、信号采集、动作执行的闭环控制流程。该技术具备高精度信号处理、快速指令响应、多设备协同控制等优势，能够为工业机器人精准控制提供技术支撑。

1.2 工业机器人控制需求分析

工业机器人控制需满足多维度需求，包括运动轨迹精准跟踪、姿态实时调整、负载自适应调控、多关节协同联动等。在精密制造场景中，机器人重复定位精度需达到微米级，且需具备快速动态响应能力以适应高速作业需求。同时，控制方案需兼顾稳定性与灵活性，能够根据不同作业任务动态调整控制参数，实现复杂工况下的高效作业。电气自动化技术通过精准的信号检测与闭环控制，可有效适配机器人控制的精细化要求。

二、工业机器人精准控制方案总体设计

2.1 控制方案架构设计

基于电气自动化技术构建三级控制架构，包括上位机监控层、中间控制器层、执行机构层。上位机监控层负责作业任务规划与参数设置，通过人机交互界面实现控制指令下发与运行状态监测；中间控制器层采用高性能PLC 与运动控制器，完成轨迹规划、姿态解算与控制算法执行，实现对机器人运动的精准调控；执行机构层由伺服电机、减速器、传感器组成，负责接收控制信号并执行相应动作，同时通过传感器实时反馈运行状态数据，形成闭环控制。

2.2 硬件选型与配置

硬件选型围绕精准控制需求展开，控制器选用高性能工业级PLC，具备多轴联动控制与高速数据处理能力，支持复杂控制算法运行；伺服系统采用交流永磁同步伺服电机与高精度减速器，提升动力输出稳定性与位置控制精度；传感器配置位移传感器、力矩传感器与视觉传感器，实现对机器人位置、姿态、负载及作业环境的实时监测；信号传输采用工业以太网与高速总线，保障控制指令与反馈信号的快速传输，降低信号延迟。

2.3 控制算法选型与优化

选取PID 控制算法作为基础控制策略，通过比例、积分、微分参数的动态调整，实现对机器人运动误差的快速修正。针对传统 PID 算法动态响应不足的问题，引入模糊控制理论进行优化，构建模糊PID 控制器，根据误差变化率自适应调整PID 参数，提升系统对复杂工况的适应性。同时，采用轨迹规划算法对机器人运动路径进行平滑处理，减少关节冲击，确保运动轨迹的精准跟踪，进一步提升控制精度。

三、控制方案关键技术实现

3.1 信号采集与处理技术

通过多传感器融合技术实现对机器人运行状态的全面监测，位移传感器实时采集关节位置信息，力矩传感器检测负载变化，视觉传感器获取作业对象位置信息。采用数字滤波技术对采集到的信号进行预处理，剔除噪声干扰，提升信号准确性；通过信号放大与模数转换，将模拟信号转换为数字信号，传输至控制器进行进一步处理，为控制决策提供可靠数据支撑。

3.2 闭环控制逻辑实现

闭环控制逻辑以误差补偿为核心，控制器根据上位机下发的目标轨迹指令，结合传感器反馈的实际运行数据，通过控制算法计算误差值，生成相应的控制指令下发至伺服系统。伺服电机根据控制指令调整运行状态，同时将实时位置、速度信息反馈至控制器，形成“指令下发-动作执行-状态反馈-误差修正”的闭环控制流程，确保机器人运动轨迹与目标轨迹的精准吻合。

3.3 多关节协同控制策略

针对工业机器人多关节联动需求，采用基于运动学正解与逆解的协同控制策略。通过运动学逆解算法，将末端执行器的目标姿态与位置分解为各关节的角度指令；控制器根据各关节的动态特性，动态分配控制参数，确保多关节运动的同步性与协调性。同时，引入交叉耦合控制技术，对各关节运动误差进行耦合补偿，减少关节间误差累积，提升机器人整体控制精度。

四、控制方案性能测试与优化

4.1 性能测试指标与方法

选取重复定位精度、轨迹跟踪误差、动态响应时间作为核心测试指标。重复定位精度通过多次重复同一动作，记录末端执行器实际位置与目标位置的偏差；轨迹跟踪误差采用激光跟踪仪采集机器人运动轨迹数据，与预设轨迹进行对比分析；动态响应时间通过测试控制器下发指令至执行机构完成动作的时间差。测试过程中模拟不同作业工况，全面评估控制方案的稳定性与适应性。

4.2 测试结果与优化方向

测试结果显示，该控制方案下机器人重复定位精度优于 ±0.02mm ，轨迹跟踪误差小于 0.1mm ，动态响应时间小于0.1s，满足精密制造作业需求。针对测试中发现的高负载工况下误差略有增大的问题，进一步优化控制算法参数，增强系统负载自适应能力；通过提升传感器数据采样频率，减少信号延迟，进一步降低动态响应时间，提升控制方案的鲁棒性。

结论：

本文基于电气自动化技术设计工业机器人精准控制方案，构建三级控制架构，优化硬件配置与控制算法，实现对机器人运动轨迹与姿态的精准调控。测试表明，方案可有效提升机器人重复定位精度与轨迹跟踪准确性，满足工业生产精细化需求。信号采集处理、闭环控制逻辑与多关节协同策略是保障控制精度的关键。该方案为工业机器人控制技术升级提供可行路径，对推动智能制造装备发展具有重要参考价值。

参考文献：

[1]孙林艳.煤矿工程中电气自动化技术运用分析[J].电气应用,2025,44(09):59-63.

[2]马兆后.电气工程及其自动化技术的智能化应用研究[J].时代汽车,2025,(20):31-33.