Самонастройка регуляторов исполнительных подсистем мехатронных устройств

• Автор: Алексеев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЕ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Задачи конструирования адаптивных исполнительных мехатронных систем управления

1.2 Построение адаптивных исполнительных мехатронных подсистем управления на основе численных методов синтеза линейных систем.
1.3 Вещественный интерполяционный метод в задачах самонастройки регуляторов мехатронных систем.

1.3.1 Вещественное интегральное преобразование

1.3.2 Получение вещественных изображений и численных характеристик

1.4 Задачи самонастройки исполнительных подсистем мехатронных устройств

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ МЕХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
2.1 Идентификация динамического объекта на основе вещественного интерполяционного метода
2.1.1 Формирование численных характеристик объекта по экспериментальным временным динамическим характеристикам.
2.1.2 Идентификация структурных параметров передаточных функций динамического объекга
2.1.3 Идентификация инерционных свойств объектов по временным динамическим характеристикам.
2.2 Привлечение кинематических соотношений для оценки инерционных свойств многозвенных мехатронных систем .
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ МЕХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
3.1 Основные задачи синтеза регуляторов мехатронных систем и трудности их решения.
3.2 Формирование желаемых передаточных функций.
3.2.1 Методы формирования желаемых передаточных функций
3.2.2 Получение желаемых передаточных функций систем по переходным характеристикам.
3.2.3 Получение желаемых передаточных функций систем по прямым
показателям качества.
3.3 Синтез регуляторов исполнительных подсистем мехатронных устройств
ГЛАВА 4. САМОНАСТРОЙКА РЕГУЛЯТОРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ МЕХАТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.
4.1 Основные подходы и трудности синтеза самонастраивающихся регуляторов мехатронных систем
4.2 Сепаратный синтез регуляторов многоконтурных систем.
4.3 Совместный синтез регуляторов многоконтурных систем.
4.3.1 Формирование системы уравнений совместного синтеза регуляторов.
4.3.2 Упрощение системы уравнений совместного синтеза регуляторов.
4.4 Практическое применение алгоритмов самонастройки в исполнительной подсистеме управления вентильным двигателем
4.4.1 Состав исполнительной подсистемы управления вентильным двигателем.
4.4.2 Самонастройка регуляторов исполнительной подсистемы вентильного двигателя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В третьей главе рассматриваются вопросы посвященные решению основных задач автоматической настройки регуляторов на основе вещественного интерполяционного метода. Предложен способ получения ПФ эталонной системы по прямым показателям качества. Разработаны необходимые для решения поставленных задач алгоритмы. В четвертой главе представлено обобщение алгоритма самонастройки регуляторов на многоконтурные системы автоматического регулирования. Рассмотрен сепаратный синтез многоконтурных систем, а также поставлена и частично решена задача совместного синтеза регуляторов. Получены условия, при которых возможно упрощение уравнения совместного синтеза. Четвертая глава содержит материалы по экспериментальной проверке разработанных алгоритмов самонастройки регуляторов исполнительных подсистем мехатронных модулей, устройства управления которых построены на базе контроллера iv. В заключении перечислены основные выводы и результаты диссертационной работы. В приложениях приведены таблицы, поясняющие расчетные примеры и акты о внедрении результатов работы. Автор считает своей прямой обязанностью выразить искреннюю благодарность и признательность научному руководителю профессору Гончарову Валерию Ивановичу, а также сотрудникам кафедры интегрированных компьютерных систем управления ТПУ за всестороннюю помощь в работе. ГЛАВА 1. В главе рассматриваются наиболее важные и перспективные задачи построения адаптивных мсхатронных систем управления. Решению этих актуальной задачи посвящено большое количество публикаций, рассматривающих методы и алгоритмы управления. Поэтому обзор основан на представлении процесса адаптации в виде обобщенной схемы, демонстрирующей задачи управления указанными объектами, а также трудности, возникающие при их решении, и возможные пути их преодоления. В главе рассматриваются основные задачи, проблемы и методы построения адаптивных исполнительных систем роботов. Указанные системы должны отвечать ряду требований, которые чаще всего носят противоречивый характер. Мехатрониая система представляет собой сложный технический объект, целью которой является выполнение различных производственных или исследовательских задач. Такая система в своем составе содержит исполнительный механизм, информационные устройства, систему управления движением, источники питания и ряд других компонент, необходимых для обеспечения нормального функционирования. Под исполнительным механизмом понимается движущаяся часть мехатронной системы. Механическая часть системы образована звеньями и ее можно рассматривать в виде кинематической цепи, элементы которой сопрягаются друг с другом кинематическими парами с вращательным или поступательным движением. Каждая кинематическая пара имеет встроенный исполнительный двигатель, который формирует управляющий момент или силу в случае вращательного или поступательного движения соответственно. В состав исполнительной подсистемы ИПС мехатронньтх устройств входят исполнительный механизм, приводные двигатели всех звеньев и системы автоматического управления САУ каждым двигателем. Особенностью ИПС манипуляционного механизма мехатронной системы является работа нескольких приводных двигателей на общую нагрузку. Такую систему можно представить в виде структуры, приведенной на рис. Имеется п приводов, формирующих управляющие воздействия на исполнительный механизм, на п выходах которого необходимо воспроизвести вид задающих функций ,,у1,2,. Рис. С позиции теории управления исполнительный механизм мехатронной системы обладает рядом существенных особенностей, вытекающих из математического описания, так как в общем случае его можно рассматривать как многомерный многосвязный нелинейный объект управления. При этом исполнительная система, состоящая из приводных двигателей каждого звена и устройств управления ими, в полной мере подвержена влиянию различных негативных воздействий со стороны исполнительного механизма. Эти воздействия проявляют себя в виде сигнальных и параметрических возмущений. Обратимся к математической модели механизма, отражающей эти возмущения. Динамика многозвенной мехатронной системы может быть описана нелинейным векторным уравнением 1.