Разработка разрывных управлений электромеханическими исполнительными системами промышленных роботов тема автореферата и диссертации по математике, 01.01.11 ВАК РФ

РГб од

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

21 ;::он 1взз

На правах рукописи

ЛУКЬЯНЕЦ Олег Степанович

РАЗРАБОТКА РАЗРЫВШХ УПРАВЛЕНИИ ЭЛЕРГГРОМЕЗСАИШЖИМИ ЙСГОШГЕЛЬШМИ СИСТЕМАМИ ТОМЛЕННЫХ РОБОТОВ

Специальность 01.01.11 - системный анализ и автоматическое управление

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¡'инск 1993

Работа выполнена на кафедре кибернетики Белорусского государственного университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук.

доцент МАТЮХИНА Л.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Хутский Г.И.

кандидат технических наук, с^н.с. Ярусов А.Г.

Ведущее предприятие - НПО "Гранат".

Зашита диссертации состоится "-¿5" ¿¿нт -<? 1ддз года в Ю час. на заседании специализированного совета К 056.03.14 в Белорусском государственном университете по адресу: 220080. Минск, проспект Скорины, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан "26" 1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук.

профессор

В.М.Скрипник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Характерной особенностью развития производства машиностроительного, радиоэлектронного, приборостроительного профиля за последнее десятилетие является создание гибких производственных сис--, тем (ГПС) и робототехнологических комплексов (РТЮ. Дальнейшее повышение показателей ГПС и РТК. в значительной мере определяется характеристиками применяемых в них промышленных роботов. В связи с необходимостью обеспечения высокой производительности и качества изделий к роботам предъявляются повышенные требования по быстродействию и точности отработки движений рабочих органов. Благодаря успехам в создании микропроцессорной техники вопросы обеспечения быстродействия и точности формирования траекторий схвата робота в значительной мере решены. Центр тяжести рассматриваемой проблемы переносится на исполнительный уровень. Решение круга задач, связанных с совершенствованием электромеханических исполнительных систем, развивается по трем основным направлениям. Первое из них -улучшение применяемых исполнительных элементов (двигателей постоянного тока) и привлечение для -промышленных- роботов других типов этих устройств (шаговых, асинхронных и вентильных двигателей). Среди перечисленных заслуживают внимания бесконтактные двигатели постоянного тока (БДПГ), так как по сравнению с шаговыми двигателями они обладают значительно более высокими динамическими, энергетическими и массо-габаритными показателям^. а по сравнению с асинхронными - улучшенными массо-габаритными характеристиками и большими возможностями в реализации сложных законов управления. В развитие этого направления значительный вклад внесли отечественные и зарубежные ученые: Лебедев Н.И.-, Лозенко В.К., Миловзоров В.П., Михалев A.C., Овчинников И.Е., Kenjo Т. Второе Направление связано с разработкой алгоритмов. управления отдельными степенями подвижности манипуляторов, с созданием квазиоптимальны>:, адаптивных, самонастраивающихся систем, систем с переменной структурой, позволяющих получить высокие качественные показатели в условиях неопределенности параметров. Эти задачи в основном решены в трудах Борцова Ю.А., Попова Е.П., Уткина В.И. и других.'Для третьего направления характерен учет в математических моделях и алгоритмах управления взаимного влияния степеней подвижности робота путем рассмотрения его как многомерного нелинейного объекта.

Вопроси разработки разрывных управлений электромеханическими исполнительными системами промышленных роботов, рассматриваемые в настоящей диссертации,"относятся к перечисленным направлениям. Ак-гуольностъ tmi исследований подтверждается также тем, что они

проводились в соответствии с республиканскими комплексными программами научно-исследовательских работ "Интенсификация" и "Машиностроение".

Цель работы. Цель работы заключается в повышении точности и улучшении энергетических характеристик электромеханических исполнительных систем промышленных роботов.

В работе решайся следующие основные задачи:

- разработка способов управления исполнительными бесконтактными двигателями постоянного тока, обеспечивающих оптимальные регулировочные и энергетические характеристики;

- разработка регуляторов электроприводов с разрывными законами управления, повышающих точность исполнительных систем;

- синтез алгоритмов управления промышленным роботом ' типа "SCARA". учитывающих взаимовлияние степеней подвижности ;

- разработка программного обеспечения исполнительных систем.

Методы исследования. При решении указанных задач использованы

методы теоретической механикн сложных пространственных механизмов, теории автоматического управления, теории электрических машин, математического .моделирования и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы -заключается в следующем:

- синтезированы способы управления БДГГГ, обеспечивающие улучшенный механические, энергетические и динамические показатели электропривода, в основу 'которых положено формирование угла установки датчика положения ротора в зависимости от величины сигналов управления и частоты вращения или развиваемого момента;

- разработаны регуляторы- следящих систем с коммутируемыми инвариантными связями, повышающие точность воспроизведения траекторий ;

- разработаны следящие системы с алгоритмами дискретно-непрерывного управления БДПТ;

- синтезирован алгоритм управления двухзвенным-манипулятором, учитывающий взаимовлияние степеней подвижности и отклонение параметров манипуляционного механизма от паспортных значений.

Практическая ценность работы: :

- предложенные разрывные законы управления Исполнительными системами промышленных роботов доведены до алгоритмов и структурных схем регуляторов с рекомендациями по их реализации с учетом конкретных условий применения;

- разработано программное обеспечение исполнительных систем промышленных роботов типа "Гранат-2.5 БК", "Электроника".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались на 2-м Всесоюзном семинаре "Роботы и гибкие производственное системы" (Челябинск,1988), 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы" (Челябинск, .1988), Всесоюзном научно-техническом семинаре по электроме-ханотронике (Ленинград,1989)_ республиканской научно-технической конференции "Новые' направления развития систем управления для промышленной робототехники и станочного оборудования" (Минск,1989).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы, связанные с разработкой способов управления БДПТ, следящих систем на базе вентильных электродвигателей постоянного тока, алгоритмов управления манипуляционньм механизмом типа "ЭСАРА" и соответствующего программного обеспечения, использованы в НПО "Гранат" (г.Минск), а алгоритмическое и программное обеспечение следящих систем с коммутируемыми инвариантными связями в опытных образцах манипулятора в ОКБР НТО "Кварц" (г.Черняховск).

. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 221 наименования и 14 приложений. Диссертация изложена на 216 страницах, в том числе содержит 32 страницы иллюстраций и таблиц. 20 страниц списка литературы и 76 страниц приложений.

СОДЕРАНИЕ РАБОТУ Во введении обоснована актуальность проблемы повышения точности отработки траекторий и улучшения энергетических характеристик электромеханических исполнительных систем промышленных роботов. Определены цели и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту. •

В-первом разделе исследуются способы управления БДПТ с пози-ционн'о-зависимой модуляцией фазных напряжений синхронной машины (СМ). Рассмотрена математическая модель п-фазной СМ, построенная на предположениях, что статорные обмотки расположены симметрично, параметры всех фаз одинаковы, ротор является явнополюсным, распределение индукции в зазоре машины носит синусоидальный характер, вихревые токи, наводимые в роторе,- несущественны, а напряжение, подводимое к .1-ой фазе формируется по закону

^ = и-впчСр-ф +и-1)2Я + р), .....п.

где и - напряжение питания, р - число пар полюсов, ф - угловое погложете ротора, р - угол установки датчика положения ротора.

Получены аналитические выражения механических, мошностных и энергетических характеристик: ■

II = I -саКаЗ.

Рм= у I сое С а),

Рэ= -т£— и-1 соеСр-а). _ ... 2 у сов(а)

4 " п и а«Ср-(0' ^

а = огс1дС~ аг^дСр;-^-V), , _ и - совСр) _ уЧ1 - иАз1пСрЗ?

^ 1 л «2 2 '

1 + А V 1 + А V р р

ГДе и = у . ц . ^ , „ Рм= Рэ= ^

ин~ номинальное напряжение питания, ы - угловая скорость вращения ротора, о^- угловая скорость холостого хода, М - момент, развиваемый СМ, - пусковой момент, I - амплитуда фазных токов, I - пусковой ток, а - -угол между вектором тока и вектором противоэдс в фазе двигателя, Ры- развиваемая мощность, Рэ- потребляемая мощность, А = Тд-ш^, Тэ= р1_Л? - электромагнитная постоянная времени СМ, |_'И I? - индуктивность и активное сопротивление фазы соответственно.

В работе рассмотрены способы управления, при которых угол р принимается разным нулю либй формируется по нелинейному закону с целью получения максимальной развиваемой мощности. Показано несовершенство известных способов управления БДПТ из-за высокой нелинейности механически^ характеристик и низких энергетических показателей. Обоснованность выводов подтверждается результатами экспериментальных исследований.

Существенная нелинейность механических характеристик БДПТ приводит к изменению в широких пределах электромеханической постоянной времени привода. С учетом вариации моментов инерции нагрузки, приведенной к оси вращения исполнительного двигателя, незначительной для редукторных приводов и более весомой для безредуктор-ных моментных приводов манипуляторов, электромеханическая постоянная времени системы может претерпевать изменения в несколько раз, что приводит к необходимости применения сложных алгоритмов управления в следящей системе. В связи с этим синтезированы законы из-' менения угла р, обеспечивающие наиболее линейные механические характеристики : -

0ГС31 п

2.2 3.2

и+иу> А -у А

при

2.2 3.2

ц+и\> А -у А

/тт

2 2 V

£1. (2)

р = агчйдСА-V)

при

и+цу А -у А

>1. (3)

/ 1+А2уг

В безредукторном высокомоментном приводе, отличающемся малыми угловыми скоростями вращения ротора, наряду с датчиками скорости находят применение и датчики момента. В этом случай

р =агет!п

при

Ц+иСи-Ц? А -Си-цЭ А

/ 1+Аг(и-ц31 и*иСц-ц?аАа-<и-ЮаАа

1

51.

(4)

(5)

/ 1+АгСи-и)2

Вне области, определяемой (5). р Находится как одно из решений уравнения

саз<р>-51пСр)+А-11 = и-АссвСрЗ, (6)

соответсвугапее наименьшему значению выражения с

V =

(8)

с 2и ц-Аг*1-А и 5тСрЗ*тч1-и-.А в1пС(3?)г-411Аг(ц-ц-соз(р?

Исследование закона изменения р=Ки.ц). обеспечивающего получение максимальной развиваемой мощности или при неизменном моменте наибольшей угловой скорости V, где .

Аиз!п{рЗ-1-»-УС1-и-А5{пСр?>'-41-Д^Сц-асо8Ср>? гц-А1

также приводит к выражению (6), при этом из множества его решений выбирается то. которое обеспечивает наибольшее при и>0 и наименьшее при и<0 значение у, определяемое (8).

Требование к линейной зависимости ¡sfCU.pL) также явунется весьма существенным, особенно при экспортации сильноточных высо-комоментных "двигателей. ГЬэтому рассмотрена задача синтеза алгоритм формирования угла р. реализукпего оптимальное управление СМ по минимуму фазных токов, необходимых для создания требуемого момента, т.е. линеаризушего зависимость 1=Ки.ц.)

А»* 1_____I_А-о*

р = - агсэт

=1 А1 V1]

♦агсЛдСА^ при

р = - агсссвС-—)

при

и/1+А2»* А-у*

(9)

>1. (10)

Решение этой задачи в плоскости параметров и и (1 имеет вид

р = - arcs in

,u/i+A2H2.

+circtg(Ap.D при,

JOC

u/l +AZ • (i'

-1. (11)

При невыполнении условия угол р находится как одно из решений (6), минимизирующее выражение

1+А-и-sinCg)+-/fl+u-A siп(Р))г-4А (A u--A u-u-cos(tb+u-sinCP)V

" 2iiA В плоскости параметров и и i

р = - arcsin

Ai'

»2 .2 ' I

u/í+A1

p = ± arcsi n/1+A2 • u2+A2 • ¡

+orctg(A-i) при

Ai'

при

u/I^T7

Ai2

и/ l+A2 • i í

.(12)

¿1. (13)

>1. (14)

Способ управления БДПГ. оптимизирующий электропривод по критерию минимума фазных токов, носящему в значительной мере качественный характер, лишь косвенно влечет за собой снижение энергопотребления и повышение мощности. Поэтому рассматривается критерий максимальности кпд электропривода, являющийся весьма существенным для мощного электропривода и систем с автономным питанием, какими являются мобильные роботы. Анадаз на экстремум выражения для кпд приводит к закону изменения р:

2Аа-у2

р = -arcsin

./cuWÍW+VVAV

- arctgp^L^Oj. (15)

Для сопоставительного анализа введены в рассмотрение следук>-щие количественные показатели основных зависимостей способов управления, представленные в таблице: • '

г

Р=0 максимум развив. мощности наибольшая линейность мех. х-к минимум фазных токов максимум кпд

V' 0.25 2.5 0.065 0.101 0.143

i' 0.11 0.48 0.10 0. 0.01

Р' П. 152 0.241 0.236 • 0.202 0.191

К ' 0. - - 0.042 0.071

т£ 0. 0.47 0.12 - -

р' = mux Cu-u+ц) - максимальное отклонение механической характеристики u=f(u,p.) от линейной зависимости; ¡' = maxCi-ц) - максимальное отклонение зависимости i=f(u,n) от линейной характеристики;

' р' -чтхСрм-Ки,у)> - значение максимальной развиваемой мощности; т);=тахСт)-\>) - максимальное приращение кпд; т)1=т1пСт(-у) - маяси-мальное снижение кпд по сравнению со способом управления при р=0 для А=2.06. что соотвот.свует двигателю ДБМ-О.4-36. Электропривод, управляемый способом, поддеретваюшим наибольшую линейность механических характеристик, развивает практически максимально возможную мощность, а по показателю п! почти в четыре раза превосходит электропривод, оптимальный по максимуму механической мощности. Способы управления, оптимальные по критериям минимума фазных токов и максимума кпд. близки друг к другу по линейности механических характеристик и зависимости ¡=Ки,|1>, значениям развиваемой мощности, оба повышают кпд.

.Дополнительное исследование динамических показателей электропривода моделированием реакции БДПТ на скачок управления при различных моментных возмущениях еще раз подтвердило неэффективность управления с р=0, т.к. СМ очень вяло разгоняется, и показало, что по времени выхода на установившийся режим способ, оптимальный по( линейности механических характеристик, превосходит все остальные.в 1.5-2 раза.

Таким образом, в прецезионных системах, высокого быстродействия, требуюших также больших ускорений,, целесообразно обеспечить более линейную механическую характеристику БДПТ, позволяющую кроме того значительно упростить синтез алгоритмов управления следящими системами и системами стабилизации .частоты вращения, поскольку с достаточной для практики точностью БДПТ описывается апериодическим звеном. В системах меньшей ответственности возможно использование остальных рассмотренных способов..

Второй раздел посвящен разработке разрывных законов управления следящих систем промышленных роботов.

В рамках иерархической концепции управление степенями подвижности является довольно непростой задачей, сложность которой обусловлена неопределенностью моментов инерции и нагрузки, приведенных к оси вращения исполнительного двигателя. Значительные вариации момента инерции вызваны изменением конфигурации манипулятора и сменой рабочего инструмента или перемещаемого груза. Моментные возмущения определяются действиями гравитационных, центробежных и кориолисовых сил. Кроме того, не могут быть абсолютно точно изменены параметры самого манипулятора и исполнительного двигателя.

С помощью метода эквивалентного управления обосновывается целесообразность применения систем с переменной структурой в следящем электроприводе, проводится выбор базовой структуры регулятора

и доказывается устойчивость электропривода на его основе с помощью метода Ляпунова.

Синтезированы нелинейные изодромные регуляторы с коммутируемыми инвариантными связями. Следящий электропривод в этом случае описывается системой дифференциальных уравнений:

с!<р <1со

и.

и"сГГ = Ки'СКз|Е|-81дпСЗ)+«д+Квф)ч^+ + (Кд+Кю Фр ь^+у^ КИчо -у =[ К^Ыв^СБ) сИ,

(16)

с законами коммутации инвариантных связей 1 при ы' Э >0, при ш' Б <0. 1 при и^'ы <0 или Бы >0.

"■'(о

Г 1 при м,-е'>0;

■ Чо •

при (А "Ш >0 и 3-й <0.

(17)

(18)

(19)

О при ы^-е'<0.

где О - момент инерции ротора двигателя и нагрузки, Ки= М^/ин, Ки= нагрузочный момент, е = <р3-'ч> - рассогласование между заданным ф3 и действительным <р Угловыми значениями, 3 = С ё + е', С - сог^, С >0, у - выходной сигнал интегратора, коэффициенты регулятора.

Получены условия существования скользящих режимов и устойчивости названных электроприводов.

Рассмотрен также комбинированный самонастраивающийся регулятор:

-г

. с!ш

~аг

= ы,

= - к -и

(20)

ш3(К5+|с-Д

• (Кз |е| в! сг1<8)+(К9+К10• Ф!) •

К-у—К*

+ —2—з1спСе е')) е сЮ),

= К4-е-8»дпС8-е).

Структурные схемы предложенных приводов изображены на' рисун-

ке:

+

Г- р

щ

in

к10 x

—Ejl

Tg 4*1

ш

s

пгЬп re— +Х rt— ^ ы

нншк®—s

- ш—пл.—

^ — «г —

■ 1— о —Г-. К„

- К,

И»

I

•л

|1 2

Ш г@

«3 +

м—чЯн^Ё

р

к

Выполнено экспериментальное исследование разработанных регуляторов с целью .подтверждения теоретических положений, проверки работоспособности систем в реальных условиях,'оценки статической и динамической точности, быстродействия. В качестве объектов управления взяты степени подвижности промышленного робота РМ-01 с системой управления "Сфера-56".

Рассмотрены следующие случаи:

- отработка скачкообразных задающих воздействий (время переходных процессов не превышает 50 мс, точность позиционирования составляет ±1 дискрету инкрементального датчика);

- отработка траекторий с л-рапециидальным профилем скорости и максимальным значением, равным ±0.9,±0.5,±0.02 от шх;

- отработка гармонических задающих воздействий с частотой 1, 10,20 Гц, при которых максимальное' значение скорости не превышает ±0.9чох (погрешность не превышает ±6 дискрет).

Проведены исследования при одновременной отработке различных траекторий несколькими степенями подвижности как на низких, так и на близких к предельным скоростях и выявлено, что благодаря переменной структуре и настраиваемым инвариантным связям снижение динамической точности из-за действия корйолисовых и центробежных сил не происходит.

Сравнение полученных результатов с показателями точности регуляторов, используемых в серийно выпускаемых образцах устройств "Сфера-36", "Сфера-56", других регуляторов, относящихся к классу систем с переменной структурой, показало. что динамическая ' точность лучшего из разработанных регуляторв более чем в 1.Б раза выше.

Анализируются' алгоритмы дискретно-непрерывного управления БДПТ и следящие системы на.их основе. Сущность их состоит в том. что при перемещении в заданную точку СМ первоначально работает в режиме БДПГ,- развивая максимальные скорости и ускорения, а при подходе к точке позиционирования - в шаговом режиме, т.е. вначале ориентация магнитного потока статора определяется положением ротора ("непрегывный" режим), а затем связь по положению ротора разрывается и' ориентация магнитного потока статора осуществляется в зависимости от рассогласования, скорости и иных внутренних координат .("дискретный" режим).

Предлагаются оригинальные функциональные схемы следящих систем, облададяих по сравнению с известными значительно большим быстродействием, одна из которых представлена на рисунке:

Приводятся результаты экспериментальных исследований, позволившие сделать вывод об увеличении быстродействия в 1.8 раза по сравнению с известными системами этого класса.

В третьем разделе исследуются системы управления манипулятором типа "ЗСАЯА".

Наличие нелинейных связей между сочленениями, которые следует ' учитывать для повышения точности отслеживания траекторий при быстром движении, требует большого времени для их вычисления. Однако ' из-за ошибки моделирования и неизвестных нагрузок трудно получить точную динамическую модель. Эта неизбежная ошибка моделирования ■препятствует применению многих известных алгоритмов нелинейного управления, т.к. неточность модели, особенно ошибка в матрице инерции, приводит к неустойчивости и ухудшению качества управляемой системы. Закон управления манипулятором должен обладаг- либо свойствами коррекции ошибок моделирования, либо нечувствительности к ним и допускать быстрое вычисление для возможности практического использования.

Анализируются известные методы и отмечается их основной недостаток - низкая эффективность при высоком уровне неопределенности и вычислительная сложность. Отмечено преимущество алгоритмов управления с переменной структурой, . привлекахщих внимание своей простотой и свойствами робастности.

Получена математическая модель электромеханической системы:

^б" = в'0 + Р ? + В-б' (21)

где и=

0=

-ис31П<рг) ^¡пСс^)

-^¡пСс^Э О

б = ад(Ки1 ,Киг>', В = сМадС-К^ ,-К„2).<5 = Сд^.Чз). обобщенная

координата, 0 = а^.ид)'- вектор управления, 2 = (с^.Сф+с^) ) , и - матрица инерции.

Синтезируется алгоритм управления манипулятором в обобщенных

координатах:

о = НЯ + V I * У N 6^+ 1.<£. Где й = < |ег | ^¡сцС^), |е2| б!спС82>)Т,

«Г-в-Н.

Н »

V =- в'-О. У = -0_1<В + и С5. N = I = в"-и.

,-1

8 = Е - С Е. § = (^.Б^Т

Е = (е1,ей)Т Е = й,- О.

«НадС^.!^. Г-1ч1>0, С = сПадСС^ ,С2), С^О.

Датчики угловых перемещений, которыми оснащены манипуляторы, позволяет определить лишь взаимную ориентацию сочленений и относительные угловые скорости. Для нахождения положения и ориентации рабочего органа в декартовых координатах приходится решать прямую кинематическую задачу. Такой подход прост с точки зрения технической реализации, однако требует при планировании траекторий решения обратной кинематической задачи, которая, как известно, неоднозначна и трудоемка, особенно для манипуляторов с антропоморфной структурой. Конечной же целью управления является управление положением и ориентацией рабочего органа в пространстве. Но даже при нулевых рассогласованиях е1 рабочий орган может отклоняться от требуемого положения из-за несовпадения реальной кинематической структуры манипулятора и идеальной, лежащей в основе прямой и обратной кинематических задач. Эти отклонения могут быть вызваны как неточностями изготовления звеньев, сочленений, так и перекосами и несоосностями. возникшими при сборке механизма, наличием лкфтов в механических передачах (при редукторном приводе), деформацией звеньев в процессе эксплуатации. Выявление действия этих Факторов требует индивидуального тестирования каждого образца манипулятора и последующего учета в кинематической схеме. Однако, если в прямой кинематической задаче это возможно, то обратная кинематическая задача усложняется существенно из-за множественности своих решений.

Для устранения этих недостатков предложено строить систему управления, используя для замыкания главной обратной связи по положению и ориентации рабочего органа уже имеющиеся датчики и решая прямую кинематическую задачу с максимальным учетом всех неточностей механизма, либо применяя датчики пространственного расположения рабочего органа.

В рамках такого подхода синтезирован алгоритм управления ро-

ботом также в классе систем с переменно!) структурой:

О = н"-Ях* 4*1 *

где Йх= Сух1,ух2)т= С|ех1 |31дпС5х1). |£><2| ^¡дпСБ^))!

5 = Е- СЕ,

в^а^'Г - О). У*= -с"1 СВ*+ 0*0 . Н*= б'^^'^С, 1.*=

сПадСМ^ .М^). М^О.

^ С8х1.3Х23Т

О" = .д^чоТ

х = г-а.пУ = в-аг'. - г г *

вм=

«1

«2

о

»«г

Г =

11соэ<д1) 1131'пСд1)

1оСОИ(<), +1^)

[^¡ЛСд! +С12)

К =

•11а1лСр1) -1гз1пСч1+с|г) 11сов(д1) 1гсса(д1+ца)

Ех= (еч1,ех2) - ошибка по положению, вычисляемая кшс разность мег-ду заданным 5<2= (ху1 ,хг,)т и текущим Х- <х1.хг>Т значениями .декартовых координат, длины звеньев манипулятора.

Структурная схема системы управления манипулятором имеет рид:

р г

¿НЕ

-'(УЙ'Ч

О)

С С)

J

прямая кинематическая задача

Получены условия существования скользящих режимов и' устойчивости многомерной системы управления. Приведены результаты экспериментальных исследований.

В четвертом разделе описывается программное обеспечение исполнительных систем промышленных роботов. •

Рассмотрены структура и-особенности программ для управления БДПТ. реализуюиих предложенные способы Формирования угла установки датчика положения ротора, и. программ исполнительного уровня, решавшего задачи планирования и отработки траекторий с использованием разработанных нелинейных изодромных регуляторов с коммутируемыми инвариантными связями. Оно ориентировано на применение в микропроцессорных контроллерах исполнительного уровня устройств управления типа "Сфера-36","СФера-Б6","Прогресс-2","Орион".

В его состав входят:

- программы, выполняющие инициализацию контроллера;

- программы калибровки СМ, т.е. поиска индексной метки инкрементального датчика углового положения ротора для определения взаимной ориентации магнитных потоков статора и ротора;.

- программа обработки прерываний, решающая задачу замыкания обратной связи по положению ротора СМ и формирование ориентации магнитного потока статора с применением синтезированных законов изменения угла р;

-программы калибровки" степеней подвижности, т.е. определения взаимной ориентации сочленений;

- программы планирования траекторий движения, осуществляющие выбор вида траектории, ее параметров;

- пакет программ, реализующих разработанные нелинейные регуляторы;

Рассмотрено также программное обеспечение, позволявшее выполнить параметрическую оптимизацию регуляторов и обеспечить представление результатов отработки траекторий в виде таблиц или графиков. Программы реализованы на языке Ассемблер для микропроцессора 1801ВМ2.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, отражен личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве.

В приложениях приведены результаты экспериментальных исследований, тексты программного обеспечения и акты о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В соответствии с поставленной целью и задачами диссертационной работы в процессе проведения теоретических.и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты. .

1.Применение известных способов управления бесконтактными двигателями постоянного тока в высокоточном электроприводе ограничено из-за нелинейных механических характеристик и низкого кпд. В связи с этим предложены способы управления БД1ТГ, оптимизирующие электропривод по одному из критериев: минимум фазных токов синхронной машины, максимум развиваемой мощности, максимум кпд, наибольшая линейность механических характеристик. Все они основаны на едином подходе, связанном с формированием угла установки датчика положения ротора в зависимости от величины сигналов управления и частоты вращения или развиваемого момента. Показано преимущество способа, оптимизирующего привод с точки зрения линейности механических характеристик.

2.Предложенные разрывные законы управления и разработанные на их основе регуляторы следящих систем с коммутируемыми инвариантными связями позволили повысить в 1.5 раза точность отработки траекторий по сравнению с устройствами управления "Сфера-36" или "Сфера-56", а регуляторы с алгоритмами дискретно-непрерывного уп-; равления БШТГ - в 1.8 раза быстродействие по сравнению с известными системами этого класса.

3.Синтезированный алгоритм управления двухзвенным манипулятором, учитывающей при решении прямой задачи кинематики отклонение параметров манипуляционного механизма от паспортных значений или использующий показания датчика положения.робочего органа, позволяет отказаться. от решения обратной задачи кинематики. Регулятор, реализующий этот алгоритм, обеспечивает повышение точности позиционирования и отработки траекторий по сравнению с регуляторами устройства управления "Сфера-36" в 1.5 раза.

4.При реализации предложенных способов управления БДПТ и следящих систем промышленных роботов разработано соответствующее программное обеспечение. Пакеты программ имеют модульную структуру, поддерживают основные режимы работы манипуляторов при различных законах изменения задающих воздействий. Они используются в контроллерах исполнительного уровня промышленных роботов "Гранат-2.5 БК" и "Электроника".

. Основные научные результаты и выводы, полученные в диссертации, опубликованы в работах:

1. Лукьянец О.С., Маткжина Я.И., Михалев A.C. Синтез'управлений двухзвенным манипулятором с программной обратной связью по положению схвата // Автоматика и вычислительная техника. -1991. Вып.20. -с.29-35.

2- Лукьянец О.С. Алгоритм управления бесконтактным двигателем постоянного тока // Автоматика и вычислительная техника. -1992. ВШ. 21. -с.23-26.

3. Лукьянец О.С. . Магкиина Л.И.. Михалев A.C. Оптимизация энергетических показателей вентильного электродвигателя // Известия ВУЗов СССР,- Энергетика. -1992. №5-6. -с.13-16.

4. Благовещенский C.B.. Вербицкий В.А.. Занемонец С.Г.. Лукьянец О.С. Принципы построения непосредственного привода для промышленных |хзботов на основе серводинов // Роботы и гибкие производственные системы. -Москва. 19S8. -с.79-80.

5. Астапенко Г.Ф., -Лукьянец О.С.. Маткжина Л.И. Алгоритмическое и программное обеспечение микропроцессорных замкнутых систем управления манипуляшонными роботами // Микропроцессорные системы. -Челябинск. 1988. -с.52.

6. Лукьянец О.С., Михалев A.C.. Сидорук С.Н. Алгоритмы управления бесконтактным двигателем постоянного тока// Всес. научно-техн. семинар по электромеханотронике. -Ленинград. 1989. -с.75-77.

7. Вербицкий В.А., Кузьменков В.В.. Лукьянец О.С.. Любецкий

B.Д. Алгоритмы дискретно-непрерывного управления серводвигателями с постоянными магнитами // Всес. научно-техн. семинар по электромеханотронике. -Ленинград. 1989. -с.39-40.

8. Лукьянец О.С. Алгоритмическое и программное обеспечение микропроцессорных систем управления роботами типа "9CARA" // Новые направления развития сйстем управления для промышленной робототехники и станочного оборудосания. -Минск. 1989. -е.120-121.

9. A.C. 1757039 (СССР). Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока 7 Лукьянец О.С,. Михалев A.C. Сидорук

C.Н. - Опубл. в БИ N31. 1992.

10. А.С. 1757040 (ОССР); Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока / Лукьянец О.С.. Михалев A.C. Сидорук С.Н. - Опубл. в БИ №31. 1992.

И. Положит, решение БНИИГГО по заявке M 5012433/07 от 16.01. 92. Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока / Лукьянец О.С., Матюкина Л.И.. Михалев A.C.

12. Шложит. решение ВНИИПВ по заявке К" 5012837/07 от 30.01. 92. Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока / Лукьянец О.С.. Матюкина Л.И.. Михалев A.C.

13. Положит, решение ВНИИГПЭ по заявке M 5018044/07 от 30.01. 92. Способ управления вентильным электродвигателем постоянного тока / Лукьянец О.С., Матюхина Л.И.. Михалев А.С

14: Положит, решение ВНИИГГО по заявке Г/ 4846170/24 от 25.11.

91. Следящая система / Лукьянец О.С., Матюхина Л.И., Михалев A.C., Трухан C.B.

15. Положит, решение ВНИИГПЭ по заявке H 4943381/24 от 15.01.

92. Следящая система / Лукьянец О.С., Матюхина Л.И., Михалев A.C.. Трухан C.B.

16. Положит, решение ВНИИГПЭ по заявке M 4682923/24 от 27.10. 89. Цифровая следящая систему / Вербицкий В.А.. Кузьменков В.В., Лукьянец О.С. и др.

17. Разработка унифицированного аналого-цифрового модуля управления серводином: Отчет о НИР / БГУ им. Ленина; Руководитель Матюхина Л.И. - Шифр темы 16858; № г р.. 01.87.005873. - Минск.1937. -72 с.

18. Разработка основных технических решений по созданию исполнительного уровня повышенной надежности систем.управления промышленными роботами типа "Гранат" ча основе серводинов: Отчет о НИР (промежут.) / БГУ им. Ленина; Руководитель. Мат кжина Л.И. -Шифр темы 16866; N гр.01.87.0034926. - Минск. 1987. - 177 с.

19. Разработка основных технических решений по созданию исполнительного уровня системы управления быстродействующего универсального робота повышенной надежности: Отчет о НИР (промезгут.) / БГУ им. Ленина* Руководитель Михалев A.C. - Шифр теш 16867; И гр. 01.87.0034925. - Минск, 1988. -58 с.

20. Разработка аппаратного и программного обеспечения испол-нительтельного. уровня системы управления быстродействующего универсального робота повышенной надежности: Отчет о НИР (заключ.) / ЕГУ им. Ленина; Руководитель Михалев A.C. - Шифр темы 16867; M гр. 01.87 . 0034925. - Минск. 1989. -85 с.

21. Разработка аппаратных средств. алгоритмического и программного обеспечения контроллера электропривода: Отчет о НИР / БГУ им. Ленина; Руководитель Михалев A.C. - Шифр темы 16803; M гр. 01.89. 0045737. - Минск. 1989. -120 с.

22. Разработка исполнительного уровня системы управления промышленного робота типа "Тур-2,5" на базе серводинов: Отчет о НИР / БГУ им.Ленина; Руководитель Матюхина Л.И. - Шифр темы 16962; W гр. 01.89.0053319. - Минск. 1990. -61 с. ^rîrÀs