Автоматизированный синтез регуляторов следящих приводов манипуляторов с целью стабилизации динамических свойств промышленных роботов

• Автор: Медведев, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Аннотация
Робототехнические системы (РТС) стали неотъемлемой частью технологического процесса во многих отраслях промышленности. Роботы используются в сварке, сборке, механообработке, окраске и многих других процессах, успешно заменяя собой человека и обеспечивая большую скорость и качество выполнения операций. В то же время усложнение технологических процессов и растущие требования к качеству изделий ставят перед робототехникой все более сложные задачи, часть из которых неизбежно связана с качеством и достижением требуемых характеристик управления.
Особенностью синтеза управления приводами манипуляторов является наличие неопределенностей их параметров. В диссертации под неопределенностями понимается: во-первых, изменение ряда параметров привода влияющих на его динамические свойства в процессе работы из-за меняющейся конфигурацией манипулятора. Во-вторых, отсутствие точной априорной информации о некоторых параметрах приводов и объекта управления на этапе проектирования.
Существенным фактором может стать непостоянство момента инерции нагрузки. В мехатронных системах, не всегда возможно точное определение конструктивных параметров, например, упругости редукторов.
Работа манипулятора связана с непрерывным изменением его конфигурации, поэтому приводы манипулятора будут испытывать различную нагрузку в различных положениях «руки» - вытянутом, сложенном, когда груз поднят вверх или опущен вниз. Особенно сильно этот фактор влияет на работу первых трех степеней подвижности.
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА УПРАВЛЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ
1.1 Историческая справка
1.2 Понятие эффективности, как обобщенный критерий подавления
возмущений
1.2.1 Формирования показателей эффективности системы
1.2.2 Математическая модель объекта управления
1.2.3 Использование взвешенных норм для оценивания эффективности системы
1.2.4 Стандартная модель для расчета регулятора
1.3 Методы синтеза регуляторов по норме Н®
1.3.1 Вычисления нормы Н2 и синтез регулятора по этой норме
1.3.2 Постановка задачи синтеза регулятора по норме Н°
1.3.3 Решение задачи синтеза регулятора по норме Й°
Выводы по главе
2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА КОРРЕКТИРУЮЩИХ СВЯЗЕЙ
ДЛЯ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕПАРАТНЫМИ ПРИВОДАМИ
2.1 Модели исполнительных механизмов следящих приводов с учетом
присущих им неопределенностей
2.2 Синтез регуляторов по норме Н" без применения эталонной модели
динамики привода
2.2.1 Синтез регулятора для модели привода, учитывающей механическую
постоянную времени двигателя
2.2.2 Синтез регуляторов для модели, учитывающей механическую и
электрическую постоянные времени двигателя
2.2.3 Синтез регуляторов для модели привода с учетом упругости редуктора
2.3 Синтез регуляторов по норме Н® с применением эталонной модели
динамики привода
2.3.1 Синтез регулятора для привода, с учетом механической постоянной времени
двигателя
2.3.2 Синтез регулятора для модели привода, учитывающий механическую и
электрическую постоянные времени
2.3.3 Синтез регулятора для привода с учетом упругости редуктора
Выводы по главе
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРОВ ПРИВОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
3.1 Стандартная модель исполнительного механизма манипулятора
3.1.1 Построение нелинейной стандартной модели механики манипулятора
3.1.2 Вывод уравнений динамики механики манипулятора с использованием
символьного исчисления
3.1.3 Линеаризация уравнений динамики механики манипулятора
3.2 Синтез регулятора для управления многозвенным исполнительным
механизмом манипулятора
3.2.1 Синтез регулятора при полной информации о переменных состояния
объекта управления
3.2.2 Анализ системы синтезированной при полной информации о переменных
состояния

* 3.2.3 Синтез регулятора при неполной информации о переменных состояния
3.2.4 Анализ системы синтезированной при неполной информации о переменных состояния
3.2.5 Анализ робастности транспортной подсистемы приводов манипулятора при наличии упругости редуктора
Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИНТЕЗИРОВАННЫХ
ПРИВОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
4.1 Моделирование движения манипулятора РМ
4.1.1 Движение рабочего органа в позиционном режиме работы манипулятора
4.2 Движение рабочего органа по заданной траектории
4.2.1 Движение по кусочно-линейной траектории
4.3 Экспериментальное исследование робастности синтезированного привода манипуляционного робота
4.3.1 Описание лабораторной установки
4.3.2 Обоснование адекватности математической модели динамики приводов манипулятора РМ01 реальному роботу
Выводы по главе 4:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
« ПРИЛОЖЕНИЕ!

Графики логарифмических амплитудно-фазовых частотных характеристик разомкнутой системы для рассматриваемого случая приведены на рис. 2.18.
ЛАФЧХ
Частота (rad/sec)
Рис. 2.18. Графики ЛАФЧХ для разомкнутой системы по углам поворота вала нагрузки при различных значений момента инерции нагрузки ср=108 Нм/рад ,/=25 кгм2 - сплошная, .7=50 кгм2 - пунктир, 7= 150 кгм2 - точечная, /=250 кгм2
штрихпунктир
Система имеет большие запасы устойчивости: по фазе 83° при 7=25-50 кгм2, 63° при 7=150 кгм2 и 52° при 7=250 кгм2; при всех 7 по амплитуде 13 дБ, что характеризует ее робастность (ср= 108).
Заметим, что с увеличением веса составляющей критерия качества, относящейся к сигналу ошибки, время переходного процесса уменьшается, а перерегулирование увеличивается. С увеличением весов составляющих критерия качества по скорости вращения вала нагрузки, угла скрутки и тока якоря двигателя, время переходного процесса уменьшается, а перерегулирование увеличивается. Воспользовавшись этими правилами, можно выполнить повторный синтез регулятора и уточнить требуемые динамические свойства регулируемого привода.
Для повышения точности системы следует повысить ее астатизм для чего ввести корректирующую связь по интегралу от ошибки с коэффициентом усиления 2.5 (примерно половина частоты среза передаточной функции разомкнутой системы). Структурная схема привода с ПИ регулятором приведена на рис. 2.19.