在自动控制原理中,“欠驱动系统”与“全驱动系统”是两类典型系统,常作为面试考察点。回答时可聚焦三个关键层面:核心概念、关键差异与典型应用,逻辑清晰且便于记忆。
一、核心定义(必答重点)
欠驱动系统指的是系统的控制输入维度小于其自由度维度。例如单电机驱动的双摆倒立摆或无人自行车,这类系统无法对所有状态变量进行直接独立控制,必须依赖系统内部的动力学耦合关系实现间接调控。
相对地,全驱动系统中控制输入数等于系统自由度数,如工业机械臂每个关节配备独立电机,各状态可单独精确控制,控制结构简单、响应直接。
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二、核心对比(提升印象分)
从控制复杂度看:欠驱动系统显著高于全驱动系统。因其存在非完整约束和强状态耦合,通常仅具备局部可控性,需设计复杂的非线性控制器(如能量 shaping、LQR 改进算法等);而全驱动系统控制路径明确,易于实现全局稳定。
从系统特性看:欠驱动系统结构简洁,具有轻量化、低能耗、低成本优势,适合移动机器人等对功耗敏感的应用;全驱动系统则强调高精度、高稳定性,适用于要求严苛的工业自动化场景。
典型代表场景:欠驱动常见于双足行走机器人、桥式吊车、无人机俯仰控制等;全驱动多用于数控机床、多轴伺服机械臂等高性能执行机构。
三、面试表达参考(可直接使用)
“欠驱动系统是指控制输入数量少于系统自由度的一类动力学系统,与全驱动系统形成对比。比如用一个电机控制两个摆的倒立摆,不能直接独立调节每个状态,需要借助系统自身的动力学特性来间接控制。这种系统的优势在于结构简单、节能高效,广泛应用于机器人领域。而全驱动系统输入与自由度一一对应,每个自由度都能独立受控,控制精度高、稳定性好,但成本和能耗也更高,常见于工业级设备。两者最根本的区别在于控制输入与自由度之间的匹配关系,这也决定了它们在建模、分析与控制器设计上的不同路径。”


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