壓電式力量感測之低頻補償改善研究

力量訊號的運用使得運動系統能與環境互動，達到僅靠位置控制無法執行的任務。相對於使用應變規的力量感測器，壓電式力量感測器擁有剛性高、體積小、動態範圍大與線性測量範圍寬等優點，能保有運動系統本體的剛性與緊湊程度，但是卻無法量測靜態與近乎直流的力量。本計畫使用壓電式力量感測器，利用運動系統的剛體模型，並導入適應性法則，以獲得良好的力量訊號，並應用於一個運動平台。 力量訊息的取得方式可以概分為使用力量感測器與使用力量估測法則兩類。本計畫結合兩種力量訊息的取得方式，使用壓電式力量感測器，提出低頻力量估測方法，以補償壓電式力量訊號的低頻響應缺陷，獲得完整的力量訊號。本計畫使用運動系統的剛體模型，來推測力量訊號的低頻部分；由於系統本身存在著未知干擾，因此導入適應性法則，估測環境力以外的系統擾動，以達到準確的低頻力量觀測。 筆者先前已執行的計畫為「壓電式力量感測之低頻補償及其於伺服機構之應用」（MOST 107-2221-E-003-021），其需要使用加速度訊號，因此於系統硬體中需要安裝加速規（accelerometer），增加了系統的成本與複雜度。本計畫提出改良設計，免除加速規的使用，降低系統成本與複雜度，增加系統的可靠度。 相較於先前的力量估測法則，其需要預知環境力以外的系統擾動，本計畫提出的方法不需事先知道環境力以外的系統擾動，還會一併產出擾動估測，不需額外再實現一個干擾估測器。相較於先前的壓電式靜態力量感測方法，本計畫提出的方法無須重新設計感測器的結構，無須重新設計感測電路，且具有同時量測靜態與動態力量的能力。 本計畫將所提出的方法應用於以線性馬達為基礎的運動系統，驗證本計畫提出方法的實用性與有效性。透過這些應用實驗，本計畫訓練學生建構DSP/FPGA（digital signal processor/field-programmable gate array）機電控制系統，培育技術人才。