Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рисунок 4.9 - Переходные процессы САУ с ПИД-регулятором (зеленый цвет) и САУ с ЭМ (синий цвет) при переменном моменте нагрузки в увеличенном масштабе

Таким образом, для третьей степени подвижности была разработана адаптивная система управления с эталонной моделью, которая справилась с поставленной ей задачей и удовлетворила целям данной выпускной работы.

4.2. Вторая степень подвижности

Аналогичным путем была построена система управления с ПИД-регулятором для второй степени подвижности. Модель представлена на рис. 4.10. Чтобы убедиться, что данная система управления справляется со своей задачей, на двигатель был подан нулевой момент нагрузки, а на вход системы было подано 80% от номинального количества оборотов двигателя:

ω_хх 0,8 = 265 рад/с .

Качество переходного процесса данной схемы можно увидеть на рисунке 4.11

Рисунок 4.10 - Модель САУ с ПИД-регулятором второй степени подвижности

Рисунок 4.11 - Переходной процесс САУ с ПИД-регулятором второй степени подвижности

Таким образом, можно убедиться, что данная система управления справилась со своей задачей: частота вращения вала двигателя на выходе системы соответствует заданной, а время регулирования намного меньше, чем 5Т_ж.

4.2.1 Построение контура адаптации

Адаптивная система управления с эталонной моделью строится по тому же принципу, что и для третьей степени подвижности. Для этого необходимы два значения: желаемое время регулирования – Т_ж, которое было рассчитано по формуле (3.17) для второй степени подвижности, и корректирующее звено W_k, которое было принято равным 5.

На рис. 4.12 представлены переходные процессы САУ с ПИД-регулятором и САУ с ЭМ второй степени подвижности с номинальным моментом нагрузки.

Рисунок 4.12 - Переходные процессы САУ с ПИД-регулятором (зеленый цвет) и САУ с ЭМ (синий цвет) второй степени подвижности с номинальным моментом нагрузки

В режиме с номинальным моментом нагрузки переходной процесс САУ с ПИД-регулятором в первый момент времени идет в область отрицательной частоты вращения, что говорит о долгой подстройке регулятора при подаче нагрузки на двигатель. САУ с ЭМ имеет желаемый переходной процесс.

САУ с ЭМ была проверена на возмущения момента нагрузки, для чего на двигатель был подан переменный момент нагрузки.

График переменного момента и сравнение переходных процессов САУ с ПИД-регулятором и САУ с ЭМ можно увидеть на рис. 4.13 и 4.14 соответственно.

Рисунок 4.13 - График переменного момента нагрузки

На оси абсцисс данного графика (рис. 4.13) отображен момент инерции нагрузки на двигатель (J, кг м²), на оси ординат – время (t, с).

В результате работы обеих систем были получены следующие переходные процессы:

Рисунок 4.14 - Переходные процессы САУ с ПИД-регулятором (зеленый цвет) и САУ с ЭМ (синий цвет) при переменном моменте нагрузки

Так же, как и при рассмотрении третьей степени подвижности робота, САУ с ЭМ второй степени подвижности имеет желаемый переходной процесс при переменном моменте нагрузки.

Таким образом, для второй степени подвижности была разработана адаптивная система управления с эталонной моделью, которая справилась с поставленной ей задачей и удовлетворила целям данной выпускной работы.

4.3 Первая степень подвижности

Так же, как и с предыдущими степенями подвижности, первоначально для первой была построена модель САУ с ПИД-регулятором, которая представлена на рис. 4.15. Чтобы убедиться, что данная система управления справляется со своей задачей, на двигатель был подан нулевой момент нагрузки, а на вход системы было подано 80% от номинального количества оборотов двигателя:

ω_хх 0,8 = 265 рад/с .

Качество переходного процесса данной схемы можно увидеть на рисунок - 4.16

Рисунок 4.15 - Модель САУ с ПИД-регулятором первой степени подвижности

Рисунок 4.16 - Переходной процесс САУ с ПИД-регулятором первой степени подвижности

Таким образом, можно убедиться, что данная система управления справилась со своей задачей: частота вращения вала двигателя на выходе системы соответствует заданной, а время регулирования намного меньше, чем 5Т_ж.

4.3.1 Построение контура адаптации

Адаптивная система управления с эталонной моделью строится по тому же принципу, что и для вышерассмотренных степеней подвижности. На рисунке 4.17 представлены переходные процессы САУ с ПИД-регулятором и САУ с ЭМ второй степени подвижности с номинальным моментом нагрузки.

Рисунок 4.17 - Переходные процессы САУ с ПИД-регулятором (зеленый цвет) и САУ с ЭМ (синий цвет) второй степени подвижности с номинальным моментом нагрузки

В режиме с номинальным моментом нагрузки переходной процесс САУ с ПИД-регулятором в первый момент времени идет в область отрицательной частоты вращения, что говорит о долгой подстройке регулятора при подаче нагрузки на двигатель. САУ с ЭМ имеет желаемый переходной процесс.

САУ с ЭМ была проверена на возмущения момента нагрузки, для чего на двигатель был подан переменный момент нагрузки.

График переменного момента и сравнение переходных процессов САУ с ПИД-регулятором и САУ с ЭМ можно увидеть на рис. 4.18 и 4.19 соответственно.

Рисунок 4.18 - График переменного момента нагрузки

На оси абсцисс данного графика (рис. 4.18) отображен момент инерции нагрузки на двигатель (J, кг*м²), на оси ординат – время (t, с).

В результате работы обеих систем были получены следующие переходные процессы:

Рисунок 4.19 - Переходные процессы САУ с ПИД-регулятором (зеленый цвет) и САУ с ЭМ (синий цвет) при переменном моменте нагрузки

Так же, как и при рассмотрении третьей и второй степеней подвижности робота, САУ с ЭМ первой степени подвижности имеет желаемый переходной процесс при переменном моменте нагрузки.

Таким образом, для первой степени подвижности была разработана адаптивная система управления с эталонной моделью, которая справилась с поставленной ей задачей и удовлетворила целям данной выпускной работы.

4.4 Заключение

Представляется, что полученные в данном разделе результаты полностью удовлетворяют заданию на выполнение ВКР в соответствующей части.

Разработанный электропривод для каждой из трех степеней подвижности обеспечивает требуемые показатели по грузоподъемности, точности позиционирования и скорости перемещения рабочего органа, а также по динамическим показателям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы была спроектирована модель адаптивного электропривода робота-манипулятора с вертикально-ангулярной кинематической схемой.

Была разработана и рассчитана кинематическая схема каждой степени подвижности робота, на основании чего были получены необходимые расчетные показатели: минимальное допустимое значение пускового момента двигателя, минимальное допустимое значение частоты вращения двигателя при соответствующем значении момента на валу двигателя в установившемся режиме работы.

На основе полученных значений, для каждой степени подвижности был произведен выбор элементной базы:

• Для 3-ей степени подвижности – бесколлекторный двигатель постоянного тока Maxon Motor EC45 flat 402686, инкрементальный датчик Hohner Serie 26;

• Для 2-ой и 1-ой степеней подвижности – бесколлекторный двигатель постоянного тока Maxon Motor EC60 flat 408057, инкрементальный датчик Hohner Serie 10.

На основе имеющихся данных элементной базы, для каждой степени подвижности был синтезирован ПИД-регулятор, построена модель системы автоматического управления с ПИД-регулятором для управления двигателем в режиме статических нагрузок. Все три модели были проанализированы, для каждой был получен график переходного процесса, подтверждающий, что требования задания по быстродействию удовлетворяются.

Для каждой степени подвижности также была разработана модель адаптивной системы управления двигателем с эталонной моделью. Системы были проанализированы, и результаты математического моделирования показывают, что система удовлетворяет поставленным требованиям.

Разработка и анализ проводились в пакете прикладных математических программ Scilab (Разработчик – Scilab Enterprises).

Таким образом, представляется, что требования технического задания к разрабатываемому электроприводу полностью удовлетворены.

Список используемых источников

1. А/О "Нокиа". Промышленный робот РМ-01: руководство по аппаратной части;

2. Описание промышленного робота KUKA KR 6-2. [Электронный ресурс]. URL: http://www.kuka-robotics.com/russia/ru/products/industrial_robots/low/kr6_2/ (дата обращения 15.06.2015);

3. Принцип работы инкрементного и абсолютного энкодера. [Электронный ресурс]. URL: http://www.devicesearch.ru/article/enkodery (дата обращения 13.06.2015);

4. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Том 1. Линейные системы /Д.П. Ким – М.: Физматлит, 2003. – 288 с.;

5. Адаптивное управление. [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Адаптивное_управление (дата обращения 14.06.2015);

6. Макаров И.М., Интеллектуальные системы автоматического управления. / В.М. Лохин, И.М. Макаров – М.: Физматлит, 2001. –576 с.;

7. Юревич Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 408 с.;

8. Фу К., Робототехника / К. Ф у, Р. Гонзалес, К. Ли – М.: Мир, 2009. - 621 с.;

9. Зенкевич С.Л., Управление роботами / А.С.Ющенко, С.Л. Зенкевич - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000.;

10. Каляев, И.А. Интеллектуальные роботы: учебное пособие для вузов: / И.А. Каляев, В.М. Лохин, И.М. Макаров С.В. Манько - М.: Машиностроение, 2007. - 360 с.;

11. H.B. Василенко, К.Д. Никитин, В.П. Пономарёв, А.Ю. Смолин. Основы робототехники. Под общей редакцией К.Д. Никитина. – Томск: Раско. 1993. [Электронный ресурс] URL: http://www.bibliotekar.ru/7-robot/index.htm (дата обращения 14.06.2015);

12. Ахромеев Ж. П. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: учебное пособие для студентов технических вузов, в 9 книгах. Книга 2: Приводы робототехнических систем. / Ж. П. Ахромеев, Н. Д. Дмитриева, В. М. Лохин., Ж.П. Ахромеев – М.: Высш. шк., 2005. – 175 c.;

13. Монаков В.К. Методические указания по разделу дипломного проекта «Экологичность и безопасность» / В.К. Монаков, В.С. Розанов, А.В. Трубицын.М.: - МИРЭА, 2009, 24 с.

14. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.2.542–96 «Гигиенические требования к видео дисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» - М.: Госкомсанэпиднадзор, 1996.

15. Малаян К.Р. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность при работе с компьютером: Учеб. Пособие / К.Р. Малаян – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001, 124 с.

16. Розанов В.С. Обеспечение оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне / B.C. Розанов, А.В. Рязанов – М.: МИРЭА, 2012, 365 с.

17. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» - М.: Госкомсанэпиднадзор, 2003, 26 с.

18. ГОСТ Р 50807–95 «Устройства защитные, управляемые дифференциальным (остаточным) током. Общие требования и методы испытаний» - М.: Госстандарт, 1995, 41 с.

19. Строительные нормы и правила СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» - М.: Госстрой, 2003, 76 с.

21

Характеристики

Список файлов ВКР