Повышение быстродействия при позиционном управлении движением руки робота

Повышение быстродействия при позиционном управлении движением руки робота Марахин Е.Ю.1, Беляева А.С.2

1Марахин Евгений Юрьевич /Marahin Evgenij Urevich - студент; 2Беляева Анастасия Сергеевна /Belyaeva Anastasija Sergeevna - студент, кафедра автоматизации и робототехники, факультет информационных технологий и компьютерных систем, Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: исследуется задача квазиоптимального по быстродействию управления манипулятором учебного робота. Предложен алгоритм квазиоптимального управления угловой координатой положения руки робота.

Abstract: study the problem of the quasi-time control of the robot manipulator school. An algorithm for quasi-optimal control angular coordinate position of the robot arm.

Ключевые слова: управление роботом, оптимальное управление, быстродействие робота, алгоритм оптимального управления.

Keywords: rnntrol of robot, optimal control, the speed of robot, the algorithm of optimal control.

УДК 62-529: 681.532

Мини робот МФЮУ15 предназначен для учебных целей и управляется от компьютера, реализующего функции системы числового программного позиционного управления. Возможность свободного перепрограммирования алгоритмов управления позволяет улучшать процесс управления и обеспечивать его более высокое качество [1,2]. Рассмотрим вопрос повышения быстродействия робота путем модернизации алгоритма управления координатными перемещениями.

В качестве объекта исследования выбрана система поворота плеча руки робота. В исходном варианте управление этой координатой разомкнутое, с использование шагового привода. Однако, в системе предусмотрен потенциометрический датчик угла поворота, что позволяет использовать более совершенное замкнутое управление и осуществить позиционное управление с обратной связью по управляемой координате. [3].

Рис. 1. Функциональная схема привода поворота

Замкнутая система управления координатой поворота плеча робота представлена на рис. 1: Пл -подвижный компонент (плечо руки) робота; Д - приводной двигатель вместе с электронной схемой управления; К - логика управления, реализованная на программируемом контроллере; Дк - датчик координаты.

Если привести поворачиваемую массу плеча к валу двигателя и рассматривать двигатель как астатический элемент с инерционными свойствами, то двигатель вместе с перемещаемым плечом робота можно описать структурой, состоящей из последовательного соединения интегрирующего и инерционного звеньев с передаточной функцией:

Р Тр + 1'

где кд - коэффициент преобразования двигателя, кп - коэффициент преобразования по углу поворота плеча робота, Тр - постоянная времени поворачиваемой части конструкции робота.

Уравнение движения плеча робота в соответствие с приведенной передаточной функцией:

р(Тр + 1)^(0 = к • и(£),

где = I • /&(£), I - передаточное отношение редуктора, к = кд • кп - коэффициент преобразования.

Полученное уравнение соответствует инерционным свойствам объекта управления и в этом случае можно применить квазиоптимальное по быстродействию управление, которое состоит в использовании максимального управляющего воздействия в начальный момент управления и в скачкообразном изменении управления до требуемого значения в момент прихода объекта управления в заданное состояние. На возможность оптимизации управления по критерию быстродействия указывается также в [4].

Логику квазиоптимального управления можно отобразить эквивалентной структурой регулятора, показанной на рис. 2.

С Начало )

Вычисление dx/dt

Блок оптимизации контролирует ошибку в системе и при превышении ошибкой

и = ита^8пх

и=knx+kddx/dt

кп,кл

Вывод и

Рис. 3. Алгоритм квазиоптимального управления

установленного предельного значения переключает управление на выход формирователя максимального управляющего воздействия

После того, как ошибка станет равной нулю, управление переключается на выход пропорционально-дифференциального регулятора, который стабилизирует заданное уставкой значение управляемой координаты. Алгоритм вычисления управляющего воздействия контроллером в соответствие со структурой на рис.2 приведен на рис.3.

Программа управления формирует заданное значение координаты плеча робота (уставку). С этим значением сравнивается сигнал от датчика координаты и вычисляется ошибка. Если ошибка превышает заданный предел, то выдается максимальное управление на привод. В том случае, когда ошибка меньше заданного предела, реализуется пропорционально-дифференциальный закон регулирования положения плеча руки. Управляющее воздействие при этом вычисляется через величину ошибки и производную этой величины. При вычислении управления используются коэффициенты настройки ПД-регулятора кп и кд, которые хранятся в памяти.

Описанный алгоритм используется при управлении всеми поворотами робота, что позволяет улучшить его динамику и сократить время отработки координатных перемещений.

Литература

1. Садкина А.А., Федотов А.В. Управление промышленным роботом с ангулярной системой координат. Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы III Междунар. науч.-техн. интернет-конф. молодых ученых. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. - С. 145-147.

2. Бобров М.Ю., Федотов А.В. Управление транспортным манипулятором. Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы II Междунар. науч.-техн. интернет-конф. молодых ученых. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - С. 90 -93.

3. Федотов А.В. Основы теории автоматического управления: учебное пособие. - Омск: Издательство ОмГТУ,

2012. - 312 с.

4. Юревич Е.И. Основы робототехники. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 416 с.