ИМИТАТОР АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ ОДНОЗВЕННОГО РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА

Полезная модель относится к системам автоматического управления и может быть использована при проектировании систем управления простыми однозвенными манипуляционными роботами в периодических режимах.
Известна подобная система управления, предназначенная для поддержания стабильного периодического режима работы однозвенного. Данная система состоит из управляемого нелинейного объекта (однозвенного робота-манипулятора), наблюдателя состояния, предназначенного для определения оценок недоступных переменных состояния, блока задающего воздействия, определяющего требуемое угловое смещение звена робота, блока задания коэффициентов, первого и второго блоков суммирования и комбинированного адаптивного регулятора, обеспечивающего слежение за командным сигналом. Описание такой системы представлено в работе Капитонова М.С. Адаптивное управление периодическим движением однозвенного робота-манипулятора // Информатика и системы управления. - 2007. - №1(13). - С.161-170.
Однако основным недостатком данной системы является потеря работоспособности в случае присутствия внешних непериодических возмущений, действующих на управляемый объект.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение стабильного функционирования системы управления периодическими режимами простого однозвенного манипулятора при наличии внешних непериодических возмущений.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в систему, содержащую нелинейный объект управления, наблюдатель состояния (НС), блок задающего воздействия, блок задания коэффициентов, первый и второй блоки суммирования и комбинированный адаптивный регулятор, вместо адаптивного контура управления вводится комбинированный робастный регулятор (КРР). Также дополнительно вводятся первый, второй, третий и четвертый осциллографы. При этом выход объекта управления соединен с входом четвертого осциллографа и со вторым входом НС, к первому входу которого подключен выход КРР; первый, второй, третий и четвертый выходы НС соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами КРР и соответствующими входами блока задания коэффициентов, выходы которого подключены к входам первого блока суммирования; выход первого блока суммирования соединен со вторым входом второго блока суммирования, к первому входу которого подключен выход блока задающего воздействия; выход блока задающего воздействия также подключен к входу первого осциллографа; выход второго блока суммирования соединен с пятым входом КРР, а также входом второго осциллографа; выход КРР подключен к входу третьего осциллографа, входу объекта управления и первому входу НС.
За счет введенного комбинированного робастного регулятора обеспечивается стабильное функционирование системы управления периодическими режимами однозвенного робота-манипулятора, подверженного действию внешних непериодических возмущений.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок схема имитатора автоматической системы управления, включающая: объект управления 1, наблюдатель состояния 2, блок задания коэффициентов 3, комбинированный робастный регулятор 4, первый блок суммирования 5, второй блок суммирования 6, блок задающего воздействия 7, первый осциллограф 8, второй осциллограф 9, третий осциллограф 10, четвертый осциллограф 11, y - выход объекта управления, u - вход объекта управления (управляющий сигнал), е - сигнал ошибки регулирования,  - оценки переменных состояния. На фиг.2 представлена блок схема наблюдателя состояния, на фиг.3 - блок схема комбинированного робастного регулятора.
Динамика объекта управления описывается следующими уравнениями
4
где x(t)∈R - вектор переменных состояния;
u(t)∈R - скалярное управляющее воздействие степеней подвижности, удовлетворяющее соотношению
где m - некоторая положительная константа;
пер
poб
-
u(t), u(t)  соответственно периодическая и робастная части комбинированного регулятора (2);
y(t)∈R - выход объекта управления (угловое перемещение звена манипулятора);
1
A(x) - нелинейная матрица состояния со структурой
2
1
где , ϕ(х) - нелинейные функции;
1
2
3
1
2
a, a, a, с, c - некоторые положительные константы;
1
A(x) - нелинейный вектор вида
;
3
1
где ϕ(х) - неизвестная нелинейная функция;
0
с - положительная константа;
*
b=[0, 0, 0, 1] - стационарный вектор управления;
*
L=[1, 0, 0, 0] - стационарный вектор выхода;
f(t) - вектор внешних непериодических возмущений, удовлетворяющий условию
*
2
4
4
f(t)=[0 0 0 f(t)]; f(t)=|f|(t)≤f=const>0;
* - символ транспонирования.
На основании критерия гиперустойчивости В.М.Попова, можно показать, что обеспечение устойчивости системы регулирования достигается за счет определения периодической и робастной частей регулятора (2) в виде соотношений
0
1
2
где β, β, β=const>0;
e(t) - ошибка рассогласования между значениями задающих воздействий и выходов объекта управления;
- вектор оценок внутренних состояний объекта (1), формируемый с помощью наблюдателя состояния
4
где (t)∈R - вектор переменных состояния наблюдателя;
- выход наблюдателя;
- матрица состояния наблюдателя.
0
А - гурвицева матрица.
Система управления функционирует следующим образом.
1
4
3
2
1
4
4
4
3
4
4
3
3
2
4
3
2
2
1
4
2
1
1
1
4
1
Скалярный сигнал у с выхода объекта управления 1 поступает на вход четвертого осциллографа 11, а также на второй вход НС 2 (структурная схема представлена на фиг.2), на первый вход которого идет сигнал u с выхода КРР 4. Сигнал y со второго входа НС 2 подается на второй вход блока сравнения 14, на первый вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 13. Внутри блока сравнения 14 вычисляется разность поданных на его входы сигналов, а сигнал с его выхода одновременно идет на: шестой вход блока суммирования 12, второй вход блока суммирования 12, второй вход блока суммирования 12, второй вход блока суммирования 12. На первый вход блока суммирования 12 поступает сигнал и с первого входа НС 2. Выходной сигнал блока суммирования 12 идет на вход интегратора 13, сигнал с выхода которого поступает на первый вход блока суммирования 12, пятый вход блока суммирования 12, а также на четвертый выход НС 2 (). Сигнал с выхода блока суммирования 12 идет на вход интегратора 13, выходной сигнал которого одновременно подается на первый вход блока суммирования 12, четвертый вход блока суммирования 12 и на третий выход НС 2 (). Выходной сигнал блока суммирования 12 поступает на вход интегратора 13, сигнал с выхода которого подается на первый вход блока суммирования 12, третий вход блока суммирования 12, а также на второй выход НС 2 (). Сигнал с выхода блока суммирования 12 идет на вход интегратора 13. Сигнал с выхода интегратора 13 одновременно подается на второй вход блока суммирования 12, на первый вход блока сравнения 14 и на первый выход НС 2 (). Выходные сигналы НС 2 (, , , ) подаются на соответствующие входы блока задания коэффициентов 3 и на первый, второй, третий и четвертый входы КРР 4. Сигналы с выхода блока задания коэффициентов 3 идут на входы первого блока суммирования 5, выходной сигнал которого подается на второй вход второго блока суммирования 6. На первый вход второго блока суммирования 6 идет сигнал с выхода блока задающего воздействия 7, этот же сигнал поступает на вход первого осциллографа 8. Сигнал е с выхода второго блока суммирования 6 подается на вход второго осциллографа 9 и на пятый вход КРР 4 (структурная схема представлена на фиг.2). Сигналы с первого, второго, третьего и четвертого входов КРР 4 (, , , ) поступают на соответствующие входы блока выделения модуля 15, выходные сигналы которого идут на входы блока суммирования 16. Выходной сигнал блока суммирования 16 с соответствующим коэффициентом подается на первый вход умножителя 17, на второй вход которого с соответствующим коэффициентом поступает сигнал е с пятого входа КРР 4. Этот же сигнал подается на первый вход блока суммирования 18, выходной сигнал которого одновременно поступает на первый вход блока суммирования 19 и на вход блока задержки 20. Сигнал с выхода блока задержки 20 поступает на второй вход блока суммирования 18. На второй вход блока суммирования 19 подается сигнал с выхода умножителя 17. Выходной сигнал блока суммирования 19 (u) с соответствующим коэффициентом поступает на выход КРР 4. Сигнал с выхода КРР 4 одновременно поступает на: вход третьего осциллографа 10, вход объекта управления 1, первый вход НС 2.
Технический результат заключается в обеспечении стабильного функционирования периодической системы управления работой простого однозвенного манипулятора при действии постоянных внешних непериодических возмущений.
Данное устройство может быть реализовано промышленным способом на основе стандартной элементной базы.