автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Синтез независимого управления звеньями манипуляционного робота

... -\Я

, ■'• '¿И ПАЯ .

\ МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВАМ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э.БАУМАНА

На правах рукописи УДК 62-50

РОМАНОВА ТАТЬЯНА АЛЕКСЕЕВНА

□ШТЕЗ НЕЗАБЙСЙМОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗВЕНЬЯМИ МАШШУЛЯШШНОГО РОБОТА

05.02.05. - Роботы, манипуляторы и робототехкические пи^темч

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 19Э4

Работа выполнена в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудо: ого Красного Знамени государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Медведев B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Градецкий В.Г.

кандидат технических наук, с.н.с.' Зенкевич С.Л.

Ведущая организация - Институт космических исследований РАН

Защита диссертации состоится "5" декабря 1994 г.

в_ ч. на заседании специализированного совета К 053.15.06.

"Машиностроение" в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваш отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печать» просьба высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МРГУ им. Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан "_"__199 г.

Ученый секретарь специализированного совета

к.т.н., с.н.с. Уу^ — А.И. Максимов

Объем I п.л. Тираж 100 экз. Ротапринт МГГУ им. Н.Э.Баумана Подписано к печати 26. ¿9.94 г. Заказ # 50?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Различные сферы деятельности человека, такие как исследования в космическом пространстве, под водой. п ядерной энергетике, комплексная автоматизация технологических процессов и др., предполагают проведение работ, непосродстпен-иое участие в которых человека нецелесообразно или полностью исключено. Для их выполнения используются автомата, манипулч-ционпыв робота (ОТ), робототехничеекие комплексы.

Вызванный непрерывным процессом расширения и углубления деятельности в этих областях рост требований к точности и скорости движения современных канипулпционных систем в условиях переменных нагрузок и отсутствия полной гшформзцли о состоянии исполнительных механизмов и окружающей среды определяют необходимость дальнейшего совершенствования средств и методов управления манипуляторами.

Для достижения предельно возможных точности я динагичбсхих показателей МР зачастую необходимо знать и учитывать реальные характеристики объекта управления или том его части, которая-в большей степени определяет г-пгзмлческпе свойства движущегося манипулятора - его многозвенного исполнительного механизма: Однако такому объекту управления присуще наличие взаимосвязей между степеням!! подзгиспостк. Проявляются зф$ектн взаимовлияния звеньев отражается на показателях переходных процессов в сочлеяешмх МР и зачастую не позволяют добиться требуемого качества управления его исполнительной системой. Поэтому задача синтеза алгоритма автономного управления звеньями МР, предполагающего компенсацию сил взаимодействия степеней подвижности, представляет собой достаточно сложную актуальную проблему робототехники.

В диссертации для решения названной задачи была использована идея русского ученого И.Н. Возне венского о динамическом разделении сложной технической система на ряд одномерных подсистем для декомпозиции исполнительной системы МР, описываемой адекватной математической модель» динамики, с последующим построо-нием для каждой сепаратной подсистемы локального регулятора.

Целью работы является создание методики синтеза закона независимого управления движением звеньев такого сложного дшпми-

ческого объект как многозвенный МР на основе адекватной динамической модели исполнительного меунизма и перемещаемого груза.

Задачи исследоьания. Достижение указанной цели предполагает решение следующих основных задач:

1) обоснование методики построения закона управления звеньями МР, обеспечивающего их динамическую независимость;

2) вибор наиболее эффективных методов идентификации параметров исполнительного механизма и перемещаемого груза и создание высокоточного и быстродействующего алгоритма оценивания параметров манипуляционного механизма;

3) построение алгоритма управление звеньями, обеспечивающего желаемые динамические свойства и точность работы МР;

4) экспериментальный анализ на ЭВМ динамических характеристик подсистем МР с системой управления, синтезированной по разработанной методике, для подтверждения эффективности представленного в диссертации адаптивного способа управления;

5) разработка упрощенных способов реализации предлагаемого алгоритма автономного управления движением звеньев МР.

Методы исследования. К основным методам, используемым при выполнении диссертационной работы, относятся аппарата линейной алгебры, метода теоретической механики, теории автоматического управления, теории дифференциальных уравнений, теории чувствительности, математическое моделирование.

Достоверность результатов. Результаты теоретических исследований подтверждены при моделировании управляемых движений звеньев МР базируется на строгом и обоснованном применении математического аппарата.

Научная новизна осковних результатов, содержащиеся в диссертации:

- предложена и обоснована метопика декомпозиции многосвязной исполнительной систеш МР, отличительными особенностями которой по сравнению с существующими методами динамического разделения многомерной, технической системы является простота реализации и устойчивость работы;

- методика формирования закона автономного управления подсистемами МР распространена на случай задания модели динамики г линеаризованной стационарной и дискретной стационарной формах.

а также при справедливости гипотезы о "замораживании" параметров на случай описания динамики ИР моделью с переменными параметрами;

- предложено эффективное решение задачи оценивания параметров нелинейной модели динамики исполнительней системы ИР и перемещаемого груза.

Практическая ценность. Использование предложенных алгоритмов управления позволяет улучшить качественные показатели управляемых процессов за счет устранения нежелательных эффектов взаимовлияния. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут применяться при автоматизации процесса проектирования систем управления МР. Построенные в диссертации алгоритмы независимого управления пригодны для синтеза систем управления объектами манипуляторного и других типов, что подтверждает внедрение результатов работы.

Реализация ■ результатов работы. Результата диссертации использовались и внедрены в НИИСН ИГТУ им. Н.Э. Баумана ( г. Ь'оскрг. ) при проектировании систем управления лесозаготовительными машинами манипуляторного типа , а также в ЦКБ аппаратсстрсеиня ( г. Тулз ) при создании алгоритма управления пространственным механизмом с разомкнутой кинематической цепыо.

Апробзцкя результатов работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены и обсуждены на Шестой ЧотаезскоЛ конференции, - Казань, 1992; на Второй Международной научно-технической конференции "Актуарные проблемы фундаментальных наук", - Москва, 1994; на заседании кафедры " Робототехнические системы " МГТУ им. Н.Э. Баумана, 19ЭЗ, на заседаниях кафедры "Автоматический системы и робототехника" МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993, 1994.

Публикации. По материалам диссертаций опубликовано четыре печатные работы, три рабе гы находятся в печати.

Структура и объем работы, диссертация изложена на 219 страницах машинописного текста и включает в себя введение, четыре раздела с выводами, заключение, список литературы из 102 наименований и -приложения с результатами репения прикладной задачи и актами о внедрении результатов исследования. Работа содержит 63 рисунка, 2 таблицы и 15 страниц приложения с 6 рисунка™.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении приводится обоснование актуальности рассматриваемой проблемы, формулируется цель и основные задачи исследования , кратко излагается содержание работы, приводятся сведения о реализации результатов диссертации.

Первый раздел посвящен обзору подходов к синтезу системы управления приводами МР, основные методы которых изложены в работах Е.П. Попова, B.C. Кулешова, Н.А, Лакоты, П.Д. Крутько, B.C. Медведева, А.Г. Лескова, A.C. Ющенко, Е.И. Юревича, A.B. Тимофеева, Ф.Л. Черноусько, К. Ли, С. Дубовски, Дне. Лу, Д. Слогане, М. Вукобратовича, М. Такегаки, Д.Е. Уитни и др. Для краткой характеристики существующих алгоритмов управления они условно разделены по заложенному в них принципу на три группы: кинематические, динамические, адаптивные. Особое внимание уделено методам, основанным на принципе адаптации и используемым в робототехнике. Здесь же отмечаются отличительные особенности предлагаемого в работе адаптивного подхода к организации раздельного управления звеньями МР, сущность которого состоит в следующем. В процессе движения М? по данным о параметрах модели динамики исполнительного механизма, полученным в контуре оценивания массо-инерционных параметров звеньев, осуществляется настройка регулятора, обеспечивающего компенсацию взаимных связей между подсистемами и, следовательно, управляющего каждой степенью подвижности как-независимой. Блок схема такой системы управления представлена на рис. I, где пргчяти следующие обозначения: ИП - система исполнительных приводов МР; ИМ -исполнительный механизм МР, состояние которого характеризуется

обобщенными координатами звеньев <j, скоростями q и ускорениями

ч' их изменения; М - модель динамики исполнительной системы; АО - алгоритм оценивания неопродоленых параметров р исполнительного механизма по даннным о рассогласовании с между вектором х моментов, развиваемых системой приводов ИП, и вектором моментов х на выходе модели М; УУ - устройство управления, вырабатывающее управляющие сигналы и ка входы системы ИП для отработки задающего воздействия g; АН - алгоритм настройки параметров Р управляющего устройства, опирающийся на знание

га

а, в, с

пп

ш--

А

Р

Гао!

1

с

4,

Рис. I. Блок-схема систем управления ИР

коэффициентов уравнения состояния (матрицы айв) и уравнения наблюдения (матрица с) линеаризованной стационарной .модели динамики исполнительной системы.•

В 1.2 формулируется задача, направленная на разработку метода синтеза системы автономного несвязанного управления степенями подвижности !'Р - метода , основанного ка предварительном динамическом разделении исполнительной системы на ряд сепаратных подсистем с последующим построением для каждой одномерной подсистемы локального регулятора. Взаимосвязь между звеньями исполнительного механизма проявляется з виде моментов сил инерции, а также моментов кориолисовах и центробежных сил, возникающих в одном сочленении как следствие движения других звеньев. Поэтому для решения начальной задачи декомпозиции исполнительного механизма система управления ИР должна вырабатывать помимо прочих такие сигналы на приводы звеньев, которые создают моменты, направленные на компенсация моментов сил взаимодействия мезду звеньями.

Поскольку точность компенсации сил взаимовлияния, а следовательно, . и качество управления степенями подвюсности зависит от достоверности знания величин моментов сил взаимодействия, то необходима математическая модель, предоставляющая точные данные о динамических характеристиках объекта управления. Это определяет актуальность исследований, проведенных зо втором разделе и нацеленных на построение высокоточного и быстродействующего

алгоритма оценивания параметров исполнительного механизма. ■

Втророй раздел диссертации претворяет краткий аналитический обзор методов формирования модели динамики исполнительного механизма МР. Различные методы построения динамических коделей, изложенные а работах . Е.П. Попова, А.Ф. Верещагина, С.Л. Зенкевича, Е.И. Юревича, М.Вукобратовича и других авторов, отнесены к трем основным группам: I) методы, основанные на уравнениях Лагранжа второго рода; 2) метода, базирующиеся на фундаментальных теоремах механики; 3) методы, использующие принцип наименьшего принуждения Гаусса и "энергию ускорений". Проведенный в работе анализ показал, что приемлемыми для решения поставленной задачи являются методы первой группы.

Полученные таким способом уравнения движения исполнительного механизма опираются на знание номинальных значений параметров кинематических цепей' и механизмов передачи движения, в то время как требуемая при синтезе закона автономного управления звеньями полнота отражения реальных динамических свойств МР в его ма.ематической модели достигается при использовании наиболее точных оценок параметров рабочего механизма. Поэтому второй параграф данного раздела посвящен проблеме оценивания параметров модели динамики манипулятора, используемой при решении задачи синтеза системы управления. В 2.2.1 даны оейовные понятия и определения, связанные с проблемой идентификации параметров МР, а в 2.2.2 на основании результатов исследований, содержащихся в работах Я.З. Цыпкина, Н.С. Райбмана, A.B. Тимофеева, Л.И. Ты-веса, П. Эйкхоффа, К.Ю.Острема, К. Вонг, Л. Льюнга, П. Янга и др., приведены алгоритмы трех известных методов параметрической идентификации: рекуррентного ' метода наименьших квадратов (РМНК), рекуррентного метода стохастической аппроксимации (РМСА) и автономного метода функций чувствительности (МФЧ).

Для выявления наиболее предпочтительного способа оценивания параметров манипуляциенного механизма в 2.2.3. проведен анализ свойств перечисленных методов идентификации, проявляющихся в процессе оценивания истинных значений параметров звена двух-звенного МР. Результаты анализа послужили основой для разработки наиболее эффективной методики достижения высокоточных оценок массо-инэрционных параметров МР при решении задачи повышения точности его математической модели. Предложенная методика

б

состоит в следующем. На начальном этапе движения манипулятора производится оценивание параметров последнего звена с помощью автономного МФЧ. На следующем этапа по имеющейся информации о параметрах последнего звена с помощью рекуррентного метода.наименьших квадратов выполняется раздельное оценивание параметров остальных динамически независимых звеньев манипулятора. Такая поэтапная процедура оказывается предпочтительной, поскольку обладает преимуществами обоих методов идентификации. В процессе управления движением звеньев эффективность этой процедуры возрастает, так как увеличивается скорость сходимости оценок параметров разделенных моделей и повышается устойчивость этой процедуры. Таким образом, улучшению 'качественных показателей процедуры идентификации способствует одновременное действие компенсирующего взаимовлияние закона управления исполнительной системой, этапы построения которого являются содержанием раздела 3.

Третий раздел работы освещает вопросы, связанные с проблемой синтеза системы независимого управления звеньями МР, и включает в себя решение таких задач как

I) определение условий декокпозируемости исполнительной системы МР, •

2} построение алгоритма раздельного управления степенями подвижности манипулятора,

3) синтез закона независимого управления звенья;.!!! на основа линеаризованной модели динамики маншуляцнониоЯ системы, заданной в стационарной и в дискретной стационарной формах,

4) синтез системы автономного упразления степенями подвижности МР в условиях отсутствия« полной информации о состоянии исполнительной системы.

При справедливости гипотезы о "замораживании" параметров это решение опирается на линеаризованную в окрестности опорной точки траектории стационарную модель динамики п-звенного объекта управления, принятую в работе в форме уравнений Лагранжа второго рода

+ Ь(д,ч) + о(ч) Я X ( 1 )

и с учетом динамики несвязанных исполнительных приводов звеньев преобразованную к виду

X я АХ + BU ,

V о сх .

Показано, что недиагональные элементы Du матрицы D(q), определяющей инерционность звеньев, и компоненты h, вектора h(q,q) (1=1.и) характеризуют соответственно момент сил инерции и суммарный момент кориолисовой и центробежной сил, возникающие в 1-ом сочленении при движении в других сочленениях. Коэффициенты с, отражают действие на i-oe сочленение сил тяжести звеньев с номерами, болым .ra i.

В работе найдены условия и предложен способ компенсации действия взаимных сил инерции, кориолисовах, центробежных и гравитационьых, основополагающий принцип которого схож с идеей известных методов декомпозиции многомерных динамических систем - приведение исходной модели системы в пространстве состояний к канонической форме Дюзкбергера, к блочной форме Хессенберга, к действительной форма Щура с последующим выбором обратной связи по координатам состояния или по выходным координатам. Краткий обзор и анализ методов декомпозиции, которые изложены в работах Б.С. Моргана. П.Л. Салба, И.Дж. Гилберта, У. Воловича, Д.Люэн-бергера, А.Еаначека, Р.В. Пейтела, М. Уонема, проведены в 3.1. Анализ вычислительных аспектов названных методов показал, что в ряде случаев их процедуры могут бить численно неустойчивы и/или требовать значительных вычислительных затрат, связанных с большим числом операций обращения, умножения матриц, а также выбора матриц ортогональных преобразований. Это недопустимо при расчете управляющих воздействий для так^ . многосвязной динамической системы высокого порядка как манипулятор.

В 3.2 проведено построение алгоритма одновременного решения задачи динамического развязывания и задачи желаемого размещения юлюсов замкнутой исполнительной системы МР на комплексной плоскости, лишенного подобных недостатков.

Здесь же отмечены особые, важные для синтеза алгоритма структурные свойства матриц коэффициентов уравнений движения . {2} исполнительной системы n-звенного НР, характеризуемой числом г переменных состояния к числом к, координат состояния 1-ой подсистемы с одним входом (1=Т7Н). Эти особенности состоят в следующем. В Точной матрице состояния системы

6Rr

диагональные блоки Ацби'1"

содержат б .1,менты, . отражающие собственные связи между переменными состояния 1-ой подсистемы, а ненулевые элементы недиагональных блоков Лиек1"1*''- являются коэффициентами перекрестных связей между 1-ой и ¿-ой подсистемами (1, ,1=Т7п), которые входят в уравнение второй прозводной от обобщенной координаты 1-го звена.

Блочная матрица несвязанных входов МР такая, что

»4 в,г ■• О ' О

3= В2, Вгг .. вг„ екгхп. в„= 0 em"'"1, в„» О

В„, Кг • Кп ь'н 'и

J,i = 1,n, J*i.

с=|Ъ, с2 ... c„jT6R"xn - блочная матрица коэффициентов уравнения наблюдения в системе (2), первая строка 1-го блока которой содержит только один ненулевой элемент, •соответствующий измеряемой координате перемещения 1-го звена.

Причем исполнительная система MP полностью управляема и обладает свойством полной наблюдаемости, т.е. матрицы А,в и с удовлетворяют условиям:

rank [В AB А23 ... А'"13 ] = г; rank [ Ст аТСТ (ат)г Ст ... (аТ)Г,СТ ] = г. Далее поставленная вше задача формализуется следующим образом: требуется найти такой заяон управления HP

u з -рх + g , ( 3 )

где pgr""' - искомая матрица коэффициентов обратных связей,

при котором матрица а-вр в уравнении замкнутой системы х = (а - ЗР)х + eg имеет заданные собственные значения и отдельные ее подсистемы являются автономно управляемыми.

Для решения задачи в 3.2.1 с учетом особых свойств матриц в и с путем введения новых переменных состояния Z, связанных с переменными X равенством z =■ тх , и осуществления линейного преобразования а = tat"', в = ТВ, с = ст"' модель динамики исполнительной системы (2) приведена к специальному виду

г в кг + ви т = сг ,

где

А в

А =

«1

А А .

п1 п2

А 1п В 1 О 0 О

А .. гп в В О В2 О в = 1 0

.. А пп 0 О . . в п *■ • ^14 )■

О

о

асс а '- ми кг) Ил

V

О О

О

о

аса. и<1) и<21 1](л

щ»,!-1

т= [т, т2 ... тп]текг'""- матрица преобразования координат многосвязной системы, 1-ый блок которой представляет собой матрицу Т'=[°по С|(1)А 01(11А® ... с,,,^1*1]'^'"

°1И)®,1хг " первая строка блока с1 матрицы наблюдений с.

К ви^у (4), названному стандартным, можно привести исходную модель системы, если матрица т, устанавливающая взаимно однозначное соответствие между переменными х и является невырожденной, т.е. гапк[т]5=г. В работе показано, что последнее равенство, выполняется, система является полностью наблюдаемой.

В 3.2.2 для систеьш, заданной моделью динамики в стандартной форме (4), в пространстве новых переменных построен компенсирующей закон управления

и в -ьг + с, < 5 )

при котором матрица А-вь в уравнешж замкнутой системы

2 * (А - виг + ¿с имеет блочно-диагональную структуру и требуемые собственные значения. А именно:

А - ВЬ »

0

Ас1

о о

1(1

8 Ай ,

( б )

О

где Аабкг,г- желаемая матрица замкнутой исполнительной системы в г-пространстве, каждая квадратная диагональная подматрица которой имеет вид

О О 1 О 0 1 О О

~У 'liu -у ' 1 (!) "Т. , •

т (J=i.k,) - коэффициенты желаемого характеристического полинома i-ой подсистемы;

L€R"xr - матрица коэффициентов обратных связей по переменным

г, равная l = - в (Ad - А) ;

Й6йп,<г - матрица, полученная путем транспонирования матрицы з и инвертирования ее ненулевых элементов. Таким образом многосвязная система, заданная уравнениями (2), распадается на п сепаратных подсистем, каждая из которых обладает требуемыми динамическими характеристиками.

С целью определения параметров регулятора. р осуществлен переход от управления в пространстве z координат к управлению в пространстве X переменных состояния согласно выражению

U з -LZ + G = -LTX + G - -РХ + С . ( 7 )

В 3.2.3 принят во витание тот факт, что в системе управления МР некоторые координаты состояния ( например, токи в цепях якорей двигателей ) могут быть недоступны измерению и сформированы математические модели замкнутой системы автономного управления звеньями МР, содержащей как эквивалентный наблюдатель состояния, так и модифицированный наблюдатель пониженного порядка.

Во время движения манипулятора вдоль некоторой траектории его инерционные характеристики, а также силы, действующие на звенья, непрерывно изменяются. Поэтому для решения задачи синтеза алгоритма управления с нестационарной моделью динамики в 3.3 предложено воспользоваться методом "замораживания" параметров и привести задачу к описанной в 3.2, а именно: в каждый фиксированный момент времени вычислять управляющие воздействия на приводы звеньев по данным о параметрах линеаризованной в окрестности опорной точки модели динамики, а также по данным о

реальном состоянии исполнительной системы и требуемом положении степеней подвижности в последующий момент времени. Такая методика легла в основу проведенной в работе процедуры моделирования динамики управляемых звеньев промышленного манипулятора РМ-01 и подробно описана в следующем разделе диссертации.

В четвертом разделе получена результата моделирования на ЭВМ ■ динамики управляемого исполнительного механизма, анализ которых подтверждает работоспособность и эффективность предложенного в третьем разделе метода автономного управления звеньями МР, и разработаны способы упрощенной реализации названного метода, отличающиеся меньшими вычислительными затратами • и, следовательно, снижеными требованиями к угравлящей ЭВМ.

Для достижения этих результатов в 4.1 построена нелинейная модель и получена линеаризованная стационарная модель дик-мики трех звеньев манипулятора РЫ-01 ( колонна, плечо, локоть ).

В 4.2 на основе изложенной в разделу 3 методики синтеза закона независимого управления подсистемами МР и метода "замораживания" параметров линеаризованной модели манипуляционной системы построен алгоритм синтеза системы управления звеньями и разработано программное обеспечение ка базе вычислительного пакета матьав длп проведения на ЭВМ моделирования динамики замкнутой и разомкнутой исполнительной системы.

В' 4.3 приведены результаты моделирования на ЭВМ, представляющие собой временные характеристики подсистем манипулятора РМ-01 по координатам положения и. скорости звеньев, а также токов в цепях якорей двигателей. В качестве примера на рис. 2 изображены графики переходных процессов в подсистемах- трех звеньев- (1- колонна, 2- пле"о, з- локоть) под действием ступенчатого сигнала на входе первой подсистемы. Они свидетельствуют об отсутствии эффектов взаимовлияния, т.е. при подаче задающего воздействия га бход одной подсистемы реакция на выходе других подсистем отсутствует. Токи, возникающие в приводах неподвижных звеньев создают моменты, направленные на компенсацию моментов сил инерции, кориолисовых и центробежных сил, возникший* в сочленениях непсдверженных действию задающих сигналов звеньев в ответ-на движение управляемого звена. Полученные логарифмические частотные характеристики подсистем МР с разомкнутой главной обратной связью также говорят об их динамической независимости.

¿ to

¿ (С)

■i (Cl ¿1С)

Рас. 2

■b (С) i io

Рис. 3

Лля сравнения в работе получены результаты моделирования процессов в управляемых подсистемах МР" без компенсации сил взаимодействия между' степенями подвижности. На рис. 3 представлены кривые переходных процессов в подсистемах при подаче управляющего воздействия на вход первой подсистемы. Видно, что взаимовлияние подсистем ведет к изменению характера переходного процесса, а именно: увеличивается время переходного процесса, значительно снижается точность в установившемся режиме, проявляется колебательный характер движения при заданных вещественных хчорнях характеристических уравнений подсистем замкнутой исполнительной системы.

С целью изучения возможности применения алгоритма независимого управления степенями подвижности к исполнительному механизму ИР, а также для оценки точности управляемых движений поведено моделирование равномерного дижечия б точку программно;; траектории и движения по типовым программным траекториям. Результаты показали, что разработанные алгоритмы обеспечивают устойчивость движения, его желаемые характеристики и достаточную точность отслеживания программной точки: максимальная вели ■ чина стоки составляет 0,0015 рад.

При движении МР вдоль программной траектории происходят изменения параметром системы управления, г следовательно, и параметров регулятора. Поэтому для сокращения затрат масинного времени на расчет величин управляющих воздействий на каждом интервале- дискретности желательно производить настройку пара • метров регулятора с помощью упрощенной процедуры. Для этого б 4.4 предложены градиентный способ расчета коэффициентов обратных связей, приближенный рторитм настройки и метод настройки параметров регулятора по данным о предварительно рассчитанных коэффициентах обратных связей, хранящихся в памяти ЭВМ.

В приложении к диссертационной работе приведены результаты исследования процессов в подсистемах промышленного манипулятора РМ-01 в условиях оценивания таких переменных состояния, как токи в цепях якорей двигателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В.диссертации получены следующие новые результаты:

1) предложена и обоснована методика синтеза алгоритма управления НР, обеспечивающего устранение динамического взаимовлияния степеней подеижности;

2) метод формирования независимого закона управления звеньями МР распг■странен как на случай описания математической модели динамики в линеаризованной непрерывной стационарной форме, так и на случай задания модели в декретной стационарной форме;

3) предложена и апробирована методика выполнения процедуры синтеза автономного управления степенями подвижности МР, динамика которых списывается моделью с переменными параметрами;

4) найдено эффективное решение задачи оценивания параметров нелинейной модели движения МР с укрепленным в охвате грузом, проявляющихся в процессе оценивания параметров звеньев;

5) выполнено моделирование ¡га ЭЕМ движения звеньев МР под действием синтезированного закона управления по программным траекториям различного типа, в точку программной траектории, а также получены переходные характеристики звеньев как в случае компенсации сил взаимодействия между степенями подвижности, так и без компенсации;

6) предложены различные способы упрощенной реализации алгоритмов автономного управления манипулятором в реальном масштабе времени.

Полученные результаты позволяют сделать следующие основные выводы:

1) использование предложенного адаптивного способа организации управления при проектировании системы автономного управления звеньями МР позволяет:

а) упростить синтез системы управления манипулятюшшм механизмом при наличии взаимосвязей между переменными состояния подсистем;

б) учесть Иестчционарность и неопределенность параметров МР и перемещаемого груза;

в) реализовать алгоритм автономного управления звеньями при отсутствие информации обо всех координатах Еектора состояния исполнительной системы в условиях ее наблюдаемости;

2) алгоритмы независимого управления движением звеньев обеспечивают требуемую точность работы МР: максимальная величина ошибки отслеживания программной точки не превышает о, 0015 рад;

3) пренебрежение взаимосвязями между звеньями приводит к искажению динамических свойств MP:

4) б условиях компенсации сил взаимодействия между степенями подвижности задача управления расположением собственных значений матрицы замкнутой исполнительной системы MP имеет единственное решение;

5) предложенные способы реализации закона автономного управления звеньями MP, позволяют осуществить формирование управляющих воздействий на ЭВМ в реальном масштабе времени с ошибкой менер 0,001 рад.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Романова Т.А., Мильедев B.C. Алгоритмы оценивания пара-истров манипулятора И Весгник МГГУ. Мазшностроение. - "992.

- К 3. - С. 94-105.

2. Романова Т.А., Медведев B.C. Об алгоритмах оцениюкия параметров динамической системы // Тезисы докладов густой Четаевской конференции. - Казань, 1992. - С. 42-43.

3. Романова Т.А., Медведев B.C. Синтез алгоритма независимого модального управления многомерной системой // Вестник НГй'. М танкостроение. - 1994.- й 2. - С. 42-53.

4. Романова Т.А., Медведев B.C., Далай Б.С. Ыетод синтеза алгоритмов казпсйишого управления многозвенным исполнительным кзхьпйзмлд манипулятора // Актуальные проблем фундаментальных says: Те&5»си Второй Кэждунар. косф., в 7-кя т. / Под ред. И.Б. ©одорова, К.С.Колесникова, А.О.Карпова. - К. , IS94. - Т. 6.

- С. 35-87.

Крома того, находятся в печати:

Романова Т.А., Медведев B.C. Синтез алгоритмов управления, обеспачввапют независимость подсистем многомерного объекта // Кзрзсхия РАК. Техническая кибернетика. - 1995.- К I.

Романова i'.A., Медведев B.C., Далай B.C. Синтез.алгоритмов управления мггапудяционным роботом // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 1995. - # I.

Soaaaove 'Л А., Da lay Б. S., Hedvsdov V. S. The control ay stem ejrnthosis for EUlti-bdgree of IreeiloB manipulators // Proceedings oi Da Eont-iort University. - Leicester, 1995.