7.3 Системы управления исполнительного,
тактического и стратегического уровней
7.3.1 Системы управления исполнительного уровня
Контроллеры движения, архитектура которых рассмотрена в
гл. 5.8, согласно принятой иерархии управления движением мехат-
ронных систем являются устройствами управления исполнительного
уровня (рис. 7.3). Назначение устройства управления состоит в
обеспечении заданных требований по устойчивости, точности и
качеству переходных процессов в системе при достижении цели
управления движением, которая поступает с тактического уровня
управления. При этом необходимо учитывать специфику мехатрон-
ных объектов управления.
222
Структурная схема системы управления движением, реализу-
емая типовым контроллером, представлена на рис. 7.5. В состав
системы входят пять основных регуляторов: регулятор положения
(РП), регулятор скорости (РС), регулятор момента или силы (РМ),
регулятор прямой связи по скорости изменения управляющего
воздействия (РПСС) и регулятор корректирующей связи по возмуща-
ющему воздействию f (РСВВ). Входными воздействиями для сис-
темы в зависимости от поставленной цели управления могут быть
управляющие сигналы по положению q
з
, скорости, либо по разви-
ваемому усилию. В системе реализуется принцип замкнутого управ-
ления, что предусматривает наличие соответствующих обратных
связей по фазовым координатам системы.
Рис. 7.5. Функциональная схема системы управления
на исполнительном уровне
Для обеспечения заданных требований необходимо выполнить
структурный и параметрический синтез регуляторов исполнительных
приводов.
Традиционный подход предусматривает, что структура и коэф-
фициенты усиления всех регуляторов и корректирующих устройств
определяются при проектировании системы и далее остаются
фиксированными в процессе ее эксплуатации. В современных
системах управления вид и параметры регуляторов автоматически
модифицируются в зависимости от цели конкретного движения и
условий, в которых оно фактически осуществляется. Это позволяет
адаптировать (приспособить) движение мехатронной системы к
начальной неопределенности и изменяющимся условиям работы.
Адаптация по существу есть оптимизация в условиях недостаточной
априорной информации.
223
Адаптивная настройка регуляторов необходима, если введенные
отрицательные обратные связи в исполнительных приводах не спо-
собны компенсировать влияние возмущающих воздействий и изме-
нения параметров (и, возможно, структуры) объекта управления,
которые вызывают недопустимое снижение показателей качества
управляемого движения. Адаптивные системы управления по срав-
нению с традиционными имеют существенно более сложную струк-
туру и техническую реализацию. Поэтому их проектирование требу-
ет решения целого ряда теоретических проблем управления и
решение о применении адаптивного регулятора должно быть техни-
чески и технологически обосновано.
Задача построения адаптивного управления мехатронной систе-
мой включает в себя три основных раздела: создание сенсорных
устройств, обработка информации сенсоров и синтез адаптивных
законов управления.
Сенсорные устройства выполняют роль технических органов
чувств и необходимы для решения двух основных задач:
– повышение точности работы мехатронной системы;
– обеспечение автономности функционирования в изменяющих-
ся условиях работы.
Для решения указанных задач мехатронная система оснащается
датчиками двух типов:
– датчики измерения положения, скорости и ускорения самой
мехатронной системы;
– датчики измерения состояния окружающей среды.
С позиций адаптивного управления наибольший интерес предс-
тавляют датчики второго типа. Они делятся на три больших группы:
– сенсоры геометрических свойств, выполняющие функции
ограничения движения (тактильные датчики) и определения рассто-
яния до окружающих предметов и их размеров (системы техни-
ческого зрения, локационные системы);
– сенсоры физических свойств, выполняющие функции изме-
рения усилий и моментов, плотности и давления, температуры, цвета
и запаха;
– сенсоры химических свойств.
7.3.2 Системы управления тактического уровня
Рассмотрим построение системы управления тактического уров-
ня для технологического робота, выполняющего операции механо-
224
обработки. Параметрический подход при постановке задачи для
технологического робота предполагает одновременное управление
перемещением рабочего органа по заданной траектории (кривая L) и
развиваемой в процессе движения силой (вектор Р), которая воз-
действует на объект работ (рис. 7.6). Таким образом, в системе
должны сочетаться методы контурного и силового управления
движением робота.
Рис. 7.6. Схема роботизированной механообработки
Робот при этом действует аналогично человеческой руке. Раз-
вивая определенные усилия в суставах руки, человек может пере-
мещать в пространстве предметы, выполнять механическую работу.
В то же время с помощью нервно-мышечной системы он воспри-
нимает и обратные силовые воздействия со стороны объекта, что
позволяет выполнять человеку многие сложные операции, (напри-
мер, сборочные) даже вслепую.
Применение принципа двустороннего действия для технологи-
ческих роботов требует учета их специфики как объекта автома-
тического управления, а также особенностей роботизированных
технологических операций.
Контурную скорость робота для операции механообработки
целесообразно регулировать в зависимости от величины внешнего
силового воздействия. Это позволяет обеспечивать высокую произ-
водительность при изменении силы в широком диапазоне из-за
переменных размеров и формы заусенцев, а также предупреждать
силовые перегрузки исполнительной системы робота. Например, при
225
зачистке облоя на шасси видеомагнитофона с помощью промыш-
ленного робота РМ-01 вследствие колебаний размеров заусенцев
амплитуда силы резания колебалась в диапазоне (10–300%) от
номинального значения.
На рис. 7.7 приведена блок-схема системы контурного силового
управления, которая обеспечивает адаптацию движения робота к
возмущающему силовому воздействию. Силомоментный датчик,
установленный в запястье манипулятора, дает информацию о силах,
действующих непосредственно на рабочий орган. Силовая обратная
связь замыкает систему управления на тактическом уровне, что в
сочетании с обратными связями в исполнительных приводах обеспе-
чивает необходимую точность движения. Вычислитель контурной
скорости служит для задания технологически рационального ско-
ростного режима движения робота по заданной траектории.
Рис. 7.7. Блок-схема контурного силового управления
Задачи интерполяции траектории движения и решения обратной
задачи о положении выполняются управляющей ЭВМ в реальном
масштабе времени. Результатом работы этих программ является фор-
мирование вектора обобщенных координат q
рг
( t), который опреде-
ляет желаемые перемещения степеней подвижностей манипулятора.
Программная траектория ( L) рабочего органа определяется
геометрическими характеристиками обрабатываемой поверхности и
задается как параметрическая функция, аргументом которой является
226
не время t, как в традиционных системах автоматического управ-
ления, а путь (геометрическая переменная).
Таким образом, особенность параметрического подхода состоит
в независимом задании траектории рабочего органа в пространстве и
в адаптивном управлении его контурной скоростью во времени.
Достарыңызбен бөлісу: |