автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Повышение эффективности цикловых машин с упругими накопителями энергии с помощью управляющих корректирующих водействий

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ МАШИНОВЕДЕНИЯ имени А.А.Благонравовв

РГ6 О

2 t MAP

на правах рукописи

ЧИТАЕВ Максим Юрьевия

УДК 621.52

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВДКЛОВНХ МАШИН С УПРУГИМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЮЩИХ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность - 06.02.18 Теория механизмов и машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Лаборатории вибротехнических сис Института машиноведения РАН.

Научный руководитель

кандидат технических наук АСТАИЕВ В.К.

Научный консультант

доктор технических наук

ПОРОИКИИ о.м.

Официальные оппоненты - доктор технических наунг;

профессор КРЕИНИН Г .В.'

Защита состоится "12" 1994 г. в ^часов у1

на заседании Спеиивлизированного Совета но общей теории наших - механизмов (Д - 003.42.02) в Институте машиноведения А.А.Благонравова РАН по адресу: 101830, Москва, Цент ул. Грибоедова, 4.

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке Института адресу: Москва, ул.Бардина, 4 (т.135-55-16).

Автореферат разослан "СО " -глзХ/Ь ¿ге">— 1994

Ученый секретарь Специализированного Совета ,

кандидат технических наук профессор

ЕГОРОВ И.Н.

Ведущее предприятие

А/0 "ЭНШС" •

кандидат технических наук, доцент

Основное содерганяе работ.

Актуальность теш. Одним из факторов интенсификации гроизводства является повышение производительности транспортирующих !ашин и механизмов, среди которых значительное место занимают сикловые машины и .механизмы.

Применение в цикловых машинах устройств с накопителями энергии, ¡спользование резонансных эффектов позволяет многократно поднять их ¡ыстродействие и уменьшить энергопотребление. Реализация в таких ¡ашинах автоматического управления позволяет использовать их в »временной промышленной структуре.

В • настоящее время известен широкий арсенал механизмов с [акопителями энергии и способов управления ими. Как правило, при юстроении. таких систем предполагается, что модель объекта и иачения входящих в модель параметров точно известны. Эти предположения не выполняются в случаях, когда механизмы участвуют в роизводствзнных процессах 'с меняющимися условиями. Например, эренос цикловым манипулятором различных по грузов, масса которых аранее неизвестна. В этом случае эффективность использования таких суройств существенно снижается: возрастает необходимая мощность риводов, увеличивается вероятность появления- сбоев, снижается ;олговечность пуско-фтксирувдих механизмов и т.д. В связи с этим, озникает необходимость исследования возможностей повышения фиктивности работы механизмов с накопителями в изменяющихся словиях. В работе показано, что одним из путей решения указанной роблемы является применение специально разработанных систем правления.

Цельв настоящей работы является разработка методов и средств асшрения возможностей и повышения быстродействия цикловых ранспортирущих машин с накопителями энергии за счет: I) применения истем адаптивного управления, 2) осуществления одновременного вижения по нескольким степеням свободы и адаптивного управления тими движениями, 3) осуществления распределения энергии между риводами, реализующими одновремешше связанные движения.

Метода исследования. В работе использованы теоретические, кспериментальные и численные методы исследования. При построении атематических моделей используются методы теории механизмов и

2 ' -машин, теории колебаний, теории автоматического и адаптивного управления. Решения полученных уравнений и анализ результатов проводится с помощью численных методов. С целью проверки адекватности принятых моделей и подтверждения, теоретических результатов проведены экспериментальные исследования с применением современной информационно - измерительной аппаратуры.

Научная новизна. Разработаны структурно-устойчивые регуляторы, обеспечивающие работу механизмов в условиях неточного задания параметров механизма. Синтезировано адаптивное управление для раздельного и совместного движений модулей механизма, оснащенного упругими накопителями гвергни. Построены $ алгоритмы идентификации шссы переносимою груза и определен класс механизмов, для которых применимы эти алгоритмы. Предложен принцип распределения энергии меаду приводами машины, реализующей сложное движение выходного звена.

Практическая ценность. Программно реализованы алгоритмы идентификации .грубого я, адаптивного управления для механизмов с накопителями энергии. Разработана схема устройства распределения электрической энергии между приводами.

Основные разделы работы выполнены в соответствии с планом работ по программе фундаментальных исследований по комплексной проблеме Машиностроение и технология на 1989 - 2000 гг. в Лаборатории вибротехнических систем ИМАШ РАН.

Лпробация. Основные результата работы докладывались на: VII Всесоюзной"" -конференции "Управление в механических системах", Сведловск, 1990 г; Расширенном семинаре по теории машин и механизмов "Динамика ниброударных систем" ИМАШ РАН, 1992г; постоянно действующем научно-техническом семинаре Лаборатории вибротехнических систем "Управление колебаниями в машинах" в 1992-1994гг. Публикации. Основное содержание работ опубликовано в гати работах. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, • рисунков, списка используемой литературы, одного приложения и содержит 90 машинописного текста и 70 рисунков. Общий объем составляет 146 страниц.

Содержание работы.

В первой главе проведен краткий обзор и анализ механизмов о другими накопителями энергии, основных режимов их работы и методов правления ими.

Накопителем энергии будем называть устройство, способное апасать, хранить и отдавать механическую энергию. Механизм, где цним из элементов является упругий накопитель, называется эханизмом с упругим накопителем. В дальнейшем упругий накопитель /двм просто называть накопителем.

Специфика цикловых машин рассматриваемого вида заключается в т, что основное пространственное движение их подвижного звена зуществляется за счет запасенной энергии накопителя, а двигатель, мс правило маломощный, предназначен для незначительной подкачки гергии.

Шжно выделить три типа цикловых транспортирующих машин с исопителями: цикловой, шаговый и челночный. Схемы этих механизмов жазаны на на. рисунке I.

Простейший цикловой механизм с линейным пружинным' накопителем редставлен на рисунке 1а. Здесь подвижный рабочий орган совершает зиявшее мэкду фиксаторами крайних положений под действием пружин и зигагала» На основе такого механизма разработаны большинство машин накопителями«

Е олуча» циклового движения с большой амплитудой, и если нет грогих ограничений на величину ускорения при разгоне и торможении, отменяется челночный Ъвэханизм с пружинным накопителем (рис. 16).

Шаговые механизмы о накопителями (рис. 1в) получили распространив в многопозиционных механизмах. Нналичие положений неустойчиво равновесия позволяет статически разгрузить пуско - фиксирующее ¡тройство' (фиксатор).

В дальнейшем предполагается, что в каждом из описанных ' >ханизмов установлен привод постоянного тока . независимого >збуждения, связанный с подвижным звеном механизма через полностью ¡ратимый редуктор. Каждый механизм оснащен фиксатором, позволяющем ;ерживать подвижное звено в заданных положениях. Звенья, исключая жопитель, абсолютно жесткие, трение вязкое, зазоры и лифты в •редачах предполагаются пренебрежимо малыми.

Цикловые транспортные механизмы предназначены для перемещения

рабочего звэна в заданную позицию, где установлен фиксатор. При этоь для надежной и безударной работы фиксатора необходимо, чтоб! выходное звено подходило к конечному положению с определенны* запасом кинетической энергии или с определенной скоростью при известной массе подвижного звена.

Л

а)

А / А /

2С«* ОС

тшм

б)

§

Задача управления движение», механизма состоит в изменен® напряжения питания двигателя, чтобь обеспечить приведение подвижного . звена с заданной массой в требуемое положение с заданной . . скоростью, при ограничении на величин} управляющего напряжения.

Особенность работы механизма с накопителем энергии заключается I том, что разгон и торможение подвижного звена происходит гловшд образом за счет энергии накопителя, г привод предназначен для выработю корректирующих управляющих воздействий, компенсирующих дассипатиБнш потери. В работах Т.С.Акинфиева, В.И.Бабицкого, А.С.Ковалевой, А.И.Корендясева, Л.И.Тывеса и др. показано, что закон управлени! сильно зависит от параметров и, следовательно, неточное определениЕ последних может повлечь нарушение работы цикловой машины.

Например, неопределенность значения массы переносимого груза н( позволяет расчитать скорость подхода з: ..•на к фиксатору, и при работ! с набором массами возможен срыв или цикла работы, или повышенны!

. В)

Рис Л.

зное л разрушение фиксатора.

Поэтому, одной из основных проблем при разработке систем давления является обеспечение устойчивой работы механизма в зловиях неопределенного задания параметров устройства. К этим шэвиям можно отнести диссипация, конструкторские неточности 5готовления или' монтажа устройства (отклонение характеристик жопителей от заданных, перекосы, приводящие к появлению дополни->льных внешних воздействий), а такае неопределенность значения 1ссы переносимого, (транспортируемого) груза.

В зависимости от уровня сложности задачи и степени неопределен-!сти параметров различают два подхода: I) построение грубого закона [равления и 2) разработку адаптивной (самонастраивающейся) системы [равления, при которой происходит ее автоматическая настройка в юцассе функционирования. Последний подход подразумевает создание шее слошой системы управления, чем первый, поэтому несообразность выбора того,или иного управления, зависит от уровня определенности и степени влияния параметров объекта на качество равления.

Разработка грубых и адаптивных систем управления проводится для ханизмов с накопителями, энергии как для движения по одной епени, так и для одновременного (совместного) перемещения по двум аимосвязанным степеням подвижности.

Во второй глава синтезированы грубые регуляторы, обеспечивающие боту механизма для раздельного и одновременного перемещения еньев при поступательно-поворотном движении.

Уравнении, описывающие динамику механизмов с одной степенью движности, оснащенного двигателем постоянного тока, с постоянным ментом инерции и постоянной массой подвижных частей, с упругим копителем тлеют вид

тх+Ъх+ Р(х) - u + d т g , (I)

граничными условиями: х(0)=хп, х(Т)=х^ зС(0)=0, х(Т)=хк, э переменные: х - координата подвижного звена, и - управление зилие, создаваемое приводом),

эдганарше параметры: m - приведенная масса подвижных звеньев санизма, Ь - приведенный коэффициент сопротивления, - приведенный суммарный коэффициент гравитационной составляющей и coro трения.

Упругая характеристика накопителя Р(х) дая рассматриваемых

механизмов имеет вид, представленный в таблице. '

Цикловой Челночный Шаговый

с (X - Х0) с(х - х1), х < хг ■ 0 , х% < х < хг С(Х - хг). х > Хг с г (г + а) в1п (х - Х0)

Здесь хо - положение равновесия механизма с накопителем, хг, хг - положения, ■ при которых происходит контакт „челночшн накопителя с упорами, с - жесткость накопителя, г и а конструктива параметры (рис. I).

Во всох случаях считается, что движение происходит на участке, располокенним сишетрично относительно положения равновеси? колебательной системы подвижная масса - пружины.

Поскольку в рассматриваемой системе время протекания электрических процессов существенно меньше времени механических процессо! для расчета управляющего напряжения используется статическаг характеристика двигателя.

. Под допустимой скоростью достижения заданного положат понимается величина скорости из е-окрестности номинального значенш определенного для правильного режима работы конкретного фиксато] механизма.

-Постановка задачи управления.

Для механизма с одной степенью подвижности (1) требуете! построить управление, инвариантное к точности задания параметра объекта, переводящее звено из начального положения и обеспечивающее достижение заданного положения с допустимой скоростью за конечное время. Величина управления ограничена.

Обратимся к построению закона управления. Особенность работь механизмов с накопителями энергии заключается в том, что в процессе движения происходит распределение энергии между накопителем I подвижным звеном. При разгоне потенциальная энергия • накопитеJ переходит в кинетическую энергию подвижного звена, а при торможеш происходит обратное накопление потенциальной энергии в накопителе Полная механическая энергия системы изменяется только за сче диссипативных потерь и работы привода.

С учетом того, что энергетическая характеристика накопител; известна, для достижения конечного положения с заданной скорость»

-

шо заранее задать необходима уровэнь полной механической эргии механизма и во время двютвия с помощью управления ремиться поддерживать его воизмэгашм. /

Задачу управления даикэнием можно рассматривать как задачу збилизации заданного уровня полной энергии системы в каждой точке эектории. Считается, что переменные состояния: координата х и эрость х выходного звена измеряются. Поэтому можно заранее шслить эталонную скорость хг

1/г

Хкг + Л (Р(ХЬ - Х0) - Р(х - х0)}^, (2)

горуй должен иметь объект, чтобы в точке х его полная механическая >ргия была достаточной для достижения конечного положения хк с данной конечной скоростью х^.

В выражении аналитической модели (2) т - оценка переносимой !сы, Р(х) - энергетическая характеристика накопителя.

Таким образом, для объекта (I) и модели (3) требуется построить юн управления, и(х,х) « 17^, обеспечивающий для заданных t и > 0 выполнение для всех t > tp> 0 : \ха) - хга)\ < е- при [устимых вариациях параметров объекта.

О помощью методов линеаризации и компенсации нелинеЯностей закон ' 1жения за моделью был синтезирован в виде ПИ-регулятора юпорционально-интегрального) с дополнительной компенсацией юипации и внешнего возмущения. Уравнение такого регулятора ;ается выражением . •

и - Ь х + }(хг- х)б.ч * Й2 (хг- х) + а в о«, (3)

где й}, й2 - коэффициенты при1" интегральной п пропорциональной

Л Л А -

тавляющих, т, е£, Ь - оценки параметров, полученных на. этапе нти$икацин и настройки. Координата х и - скорость, х являются еряемыми в течении всего, времени регулирования. На рис.2 азана схема разработанной системы управления. Коэффициенты и к2 выбираются так, чтобы добиться выполнения - ¿г| < е за t < Т при ограниченном управлении. Возможность ого выбора установлена исследованием системы (I), (2); (3).

Рис.2.

а) б)

Рис.3.

На основании проведенного ксслэдовашя работа замкнутой система гло показано, что построенный регулятор . (3) с моделью (2) для »ханизмов о одной степенью подвижности в форме (I) обеспечивает >стижение требуемой цели при допустимых вариациях параметров Зъекта, когдв управление не превышает заданный максимальной хзвень. На рисунках За и 36 построены области допустимых вариаций фаметров, ограниченные линиями максимального управления. Вариации фаметров, не выводящие их за пределы этой области, считаются зпустимыми.

Для построения закона управления механизмами с несколькими гепенями подвижности в качестве объекта рассматривался резонансный )бот-манипулятор МАРС-2, кинематическая схема которого показана на Ю.4. Робот МАРС-2 обладает цилиндрической структурой и все его >дули оснащены накопителями с линейной характеристикой. При штезе управлений считалось, что накопители обладают произвольной эрактеристикой. .

Рис. 4

10 .

Рассматривалось одновременное движение горизонтального в поворотного модулей, описываемое уравнениями:

т х + Ъ х + F (х - хп) - т w гх aign(x) + и (4)

XXV X

(J0 + VI з?) v> + ЪтЬ + Fw(ia - W0) = - 2 т х х i) + uw (Ь)

о начальными условиями: х(0)*хп. х(0}*0, шГ0;=шп, Ь(0)=0.

Здесь х - координата центра масс горизонтальной каретки отсчитываемая от оси вращения; у - координата поворота га - приведенная масса горизонтальной каретки с грузом; «Г0- начальны момент инерции; Ъх, Ъ - приведенные коэффициенты вязкого трения Р=(<), •) - силовые характеристики накопителей;

Задача позиционирования поставлена для каждого модуля 'как и ; одномерном случае. При этом необходимо синтезировать два закон управления для каждой степени подвижности, обеспечивающих достижети шднйенем звеном заданного положения с заданной скоростью дл. каадого модуля.

В ■ соответствии с методикой построения аналитической модели изложенной выше, для каждого модуля определена своя аналитичеока. модель.

Для горизонтального модуля

1/г

X в

Г-.

V + i {РЛ - *0> - V* ~ Х0»\' <6>

Для поворотного модуля

i/г

Ыг, £Нг+v - p»fw - v}] • <7>

где J(x) = Jo + т л2, Jk = J(xИз уравнения (7) видно, что при расчете эталонной скорости поворотного модуля учитывается изменение момента инерции. '

При синтезе законов управления по двум степеням подвижности использовались методы декомпозиции, линеаризации и компенсации нелинейностей. Уравнения регуляторов имеют вид

для горизонтального модуля t

их " к' f('xr- x)di + fe| (Хг- x) + ьх x - m w гх aign(x), (8) о

для поворотного мод>ия t

% = Щ f(v>r- i>)&x * fe" (i»r- h) + mix Wr + bj:. (9)

Здесь fi® , Щ, к™, ft* - коэффициента регуляторов горизонтального и

зозоротного модулей, Ья, - оценки параметров механизма.

Из приведенных выражений видно, что • крене членов, эбеспечгазакцих сближение объекта а модели, в управления входят злагаемнэ для компенсации сил взаимовлияния: центробзкной и «эриолисовой сил. Величины э-пк сил зависят от скоростей гервмещения н значительно превышают дассипативнко силы.

Как и для одномерного случая работоспособность, и область допустимого отклонения параметров устанавливалась с помощью гепосредственного численною интегрирования. При- проведении ^следования использовались значения параметров, близкие к реальным гараметрам робота МАРС-2.

Исследование показало, что построенные регуляторы (8), (9) с юделями (6), (7) для объекта (4), (б) обеспечивают достннение цели [ри определенных вариациях параметров объекта управления. При этом >тмечена высокая чувствительность к вариации массы пэрзносишго ■руза относительно номинального значения, установленного в модели.

Полученное управление позволяет осуществлять ' совместное :оворотно-поступательноэ движение, однако быстродействие и нергозатраты зависят от соотношения длительностей циклов каядого одуля.

На рисунках 5 и 6 построены зависимости быстродействия и нергозатрат от отношения Гр - времени цикла поворота (с инимальннм моментом инерции) к Г - времени цикла выдвижения. На рафосе быстродействия (рис.5) по оси ординат отложено отношение дательностей одновременного (Т0) и последовательного выполнения вижений. На графике энергозатрат (рис.6) по оси ординат отложено . тношение энергозатрат сравниваемых режимов.

Исследование показало, что в случае совпадении длительностей , иклов при одновременном движении достигается максимальное ыстродействие по сравнению с Последовательным. Вместе с тем &то »ответствует максимуму энергозатрат на управление. Если цикл ыдвижения происходит быстрее поворота, то это приводит к снижению

12 ' эызргозйтргг, но при этом быстродействие совместного даншкшз уступез? последовательному выполнению.

Таким образом, для введения одновременного движения с целью повышения быстродействия, необходимо заботится о том, чтобы отдельный поворот совершался не дольше выдвижения. Выполнение этого условия обеспечивается соответствующим выбором характеристик накопителей модулей.

Рис.5. Рис.6.

В третьей главе рассматриваются вопросы построения адаптивных, систем управления механизмами с накопителями энергии и алгоритмов идентификации массы подвижного звена механизма.

Использование грубого управления не позволяет решить проблему сохранения работоспособности механизмов с накопителями энергии при больших вариациях параметров. Как показали исследования, масса переносимого груза, как правило, не определена и ее величина варьируется в достаточно большом диапазоне. Причем- в отличие от других параметров ее величина может изменяться на каждом цикле. В связи с этим возникает необходимость разработки адаптивного регулятора, способного перестраивать свои параметры с учетом изменения параметров объекта.

Для механизмов с накопителями энергии (I) требуется построить

адаптивную систему управления, обеспечпващую перевод подвижного звена из начального состояния в конечное с требуемой скоростью при неизвестной массе подвижного звена за конечное. время и при эграниченном управлении.

ряс. 7.

Схема предлагаемой адаптивной системы управления (рис. 7) построена с учетом специфики работы механизмов о упругими яакопителями, где начальное движение осуществляется за счет энергии накопителя, характеристика которого известна.

Работа адаптивной системы управления зсклтгаоотся в зервоначальной идентификавди неизвестной массы пэрепсгпчого груза во время неуправляемого разгона п последующего регулирования о использованием полученной оценки массы на основе ранее разработанного грубого закона управления.

Разделение этапов оценивания и управления объясняется тем что: независимый этап идентификации позволяет получить дополнительную информацию об объекте (значение массы переносимого груза), которую южно использовать для последующих операций; на втором этапе можно . использовать различные алгоритми управления: грубые при неточнд заданных параметрах объекта, квазиоптимальные, если получены достаточно точные, оценки параметров и при фиксированном времени идентификации.

Обратимся к этапу идентификации. Рассмотрим механизмы с накопителем энергии с одной степенью подвижности.

Наиболее простым способом является прямая идентификация. Согласно закону сохранения энергии, в каждый дискретный момент tt эценку массы т( можно выразить через х и д^:

[В 1 ^

.¿- {РГхг х0) - Р(хп- х0) + ¿X я2 <Я + й X &а ж;} (10)

¡1 "Ч 0 °

Однако такая оценка в ряда случаев является неточной в&яэдствзш присутствия шумов изшрения, и в частности, при ~ О, что соответствует начальному разгону звена, когда предполагается получить оценку массы. Поэтому предложено рассматривать задачу получения оценки как задачу мшшмазацни целевого функционала отклонения состояния объекта от состояния настраиваемой модели.

Для объекта. (I) требуется построить такой алгоритм оценивания ш = т(х,х), чтобы для заданного А существовал момент такой, что при t > ttr: .

' .за; = 0.5 X (X - ха(т))гйх < Л

(И)

и при этом \m(t) - < б, где хд, xQ - переменный настраиваемой иодели, задаваемой выражением .

к хнг - * .р - 4

—2 + Р(х- х0) + bjafdi + ccj gpxdt = —й + Р(х- ха). (12) 2 • о о 2 пи

Для рассматриваемого объекта в форме (Г) поставленная задача идентификации решается методом скоростного градиента. В этом случае уравнение настройки для параметра ц = а'1, имеет вид

^ И----г у., (13)

где коэффициент^ усиления 7 обеспечивает требуемую скорость сходимости, Л = '¿<

Алгоритм идентификации подвижной массы для механизма с одной степенью подвшшости и упругим накопителем имеет вид:

Р(х - Х„) - Р(Х - Х„) - Ъ «(t) ц = - Т (х-х) * а / " --, (14)

" X

в

где хв - переменная настраиваемой модели, задаваемой уравнением

1/2

К = + 2[ V" Р(хп- хо}~ е (х* v]}- <15>

* . о

йгэрп на дксслпацию обозначены: &(Х)= 0 / аг

Установлено, что для выполнения условий сходимости (6) п ¡донтифщирукщих свойств полученного алгоритма (8), необходимо геобы оцениваемый параметр бал постоянным и энэргэтичэскзя ;8рактер!стина| -упругого накопителя Р(х) должна быть кус-очно • •ладкой, строго монотонкой функцией па интервале идентзв^пшщш.

Таким образом, применение данного алгоритма идептафзнсцзй для ¡родяохэнных механизмов возможно лишь на опрвделезшнг, участкам ЕЕиаения. А именно, в начале пути, когда харв2:твряст2ка накопжгэля ¡вляется монотонной функцией положения.

Для алгоритма (14), (15), приведенного к конечно-разностной ррме получено условие выбора коэффициента усиления 7, |бэспечиващего требуемую быстроту сходимости при заданной точности оценивания. Точность оценивания определяется азвзстнш уровнем |у?лов измерения а квантования.

На рисунке 8 построены кривые, соответствует^ процессу дантификации массы для различных коэффициентов усиления у п набора всс переносимого груза: пг1 < т'г <

При небольшом усилении (7,) процесс оценивания затянут, и увствительность- к шумам невысокая (кривая I). О увэличением силения (кривая 2. 72 > 7,) идентификация происходит быстрее, хотя олного установления не происходит из-за возросшей чувствительности возмущениям.

О.СО

ч

»■I Г1Т1 I

'Ш.......<Ш.......¿¿5

М11111111111

оМ

I I I 4 1*

ооо

Рис.8

Ш

16 О.

Из рисунка 8 вядао, что краше 2, 3, 4. соответствующие оценнванш различных масо, устанавливаются в ■• допустимую окрестносп приблизительно га равное время. .

Таким обраасад исследование показала, что длительность процесс« оценивания не зависит от величины переносимой массы.

Было прогадено исследование двихэние механизма с ■ полно! системой управления, взишчэкхцой в себя: идентификацию щи неуправляемом разгона на первом этапе и управление движением пр полученной сценке массы переносимого груза на вторам этапе. № основании исследования установлено, что предлозкэнныа адаптивная алгоритм способен работать с широким диапазоном переносимых масс, однако затягивание процедуры идентификации может не только привести к увеличению энергозатрат, но и ухудшить управляемость механизма.

Сравнительное исследование работа разработанной адаптивной системы управления к существу щих адаптивных алгоритмов показали преимущества предагкеншй системы как по диапазону переносимы:; масс, так и с точке зренаа энергопотребления. -

Аналогично, два кеханизма с двумя степенями подвижности с учнтоы особенностей сложного движения была построена процедура оцонивашш подвижной массы.

Рассматривалось одаовршенное движэшо модулей выдвижения и поворота робота ЫАРС, при котором неизвестная масса прикреплялась к подвижному звену горизонтального модуля.

Алгоритм вдентафихащвд был получен на оешве метода скоростного градиента с использованием настраиваемой модели объекта. Бра атом использовался критерий настройки, аналогичный одномерному случаю.

Исследовалось одновременное движение модулей механизма под управлением пошого адаптивного алгоритма с первоначальной идентификацией в пос-еэдувдэы управления. Затягивание процедуры идентификации в Саиызэа степени сказывается на управляемости механизма. Вязств с ш, отаэчаотся, что ншщчге сет взаимовлияния между модулями пра одновременно« дшшенаа, приводит к значительному увеличению анергсшотрвОдение» хотя быстродействие операции перемещения уве,кичавается.

В чатаертоО г*зге описывается способ распределения энергии между приводами механизма с Использованием емкостного накопителя.

Введение» одадарвшншго дааж&шя по нескольким степеням

явикности в механизмах о накопителями энергии позволяет полнительно увеличить быстродействие транспортных операций, нако это связано с большими энергозатратами, вызываемой силами аимоалияния между движущимися звеньями.

Для коханизма, оснащенного обратимши приводами постодкього ка, предложено устройство, обеспечивающее управляэмоэ распродажа-с- энергии мохаду приводами различных смешней подбикзтоспз.

Класо механизмов, для которых предполагается пракэнакиэ данного тройства должен отвечать следутазда требованиям: модули должш еть отдельные высокообратимые приводы; диссипация в подвижных еньях должна быть минимальной.'

Принцип работы устройства заключается в накоплении за короткий тервал времени электрической энергии на емкости от привода, ступающего в роли генератора (работающего в тормозном' режиме), и делении энергии на другом приводе, выступающем в роли- двигателя, другой интервал времени. В промзжутках между интервалами емкость дзаряжается от внешнего управляемого источника напряже!шя, так обы обеспечивался требуемый режим работы всех приводов.

Для эффективной работы устройства обмен электрической энергией нован на колебательном процессе в контуре, составленном из кости накопителя и индуктивности привода. Коммутация цепей нтура происходит в момент, когда ток в колебательном контуре вен нулю, что облегчает задачу управления электроника ключами.

Для предложенной схемы устройства получены формулы выбора бочего напряжения, рабочей частоты контура и емкости накопителя.

Проведены численные исследования работы устройства при повременном движении модулей выдвижения и поворота. При тользовании параметров двигателя типа ДПМ25-Н1-С7 и допустимого эвня колебаний скорости не выше 0.4% от скорости вращения емкость зденсатора составила 12.5 мкф, что соответствует частоте контура 3 Гц. Как'показали исследование применение устройства позволяет 1зить энергозатраты ка управление в 1.8 раза.

В пятой главе на основе экспериментальных исследований казана адекватность принятых моделей механизмов и приводов, а <жо проверена работа механизма с упругим накопителем энергии с ^быми и адаптивными алгоритмами управления.

Экспериментальные исследования проводились ка базе «зрительно - управляющего комплекса КСИ-10 и модуля выдвижения гавого робота МАРС.

Проведанные исследования показали работоспособность грубог алгоритма управления при неточном задании параметров объект (диссипации Ъ, коэффициента гравитационной составляющей а) Установлено, что в случае неточного определения массы подвижног звена возрастает энергозатраты на управление, и увеличивайте рассогласование поведения объекта и модели, что затрудняв достижение цели.

На рисунках 9 и 10 построены фазовые траектории подвижног звена и соответствующее напряжение двигателя при грубом управлении Кривая I на рис.9 соответствует поведении системы при отклонени массы от номинального значения. Кривая управления имеет колебания вызванные различиями в динамике модели и объекта (рис.10).

При достаточно точной оценке переносимой массы управление п форме оказалось близким к квазиоптимальному управлению по минимум; потребляемой энергии (рас.10.кривая 2).

Исследовано движение циклового модуля под управление! адаптивной системы управления. Была установлена зависимост; скорости сходимости используемого метода скоростного градиента о' величины шага квантования по времени.

Показано что предложенная адаптивная система управление обеспечивает эффективную работу при условии, что этап идентификаци не превышает 20 % общего времени движения. Затягивание времен] идентификации с целью получения более точной оценки маса переносимого груза приводит к большим затратам на последующе! управление, или даже к потере управляемости.

На рисунках 9 и 10 построены фазовые траектории подвикног< звена и соответствующее напряжение двигателя при адаптивно! управлении (кривые Из рисунка 9 видно, что вследствш

неуправляемого разгона за время идентификации возникает отклонен» объекта от эталонного поведения. В свою очередь это приводит I выбросу управления при включении фазы регулирования (рис.10).

Установлено, что при затягивании идентификации с целы получения более точной оценки массы переносимого груза може1 повлечь большие затраты на последующее управление, иж даже пш®$1 управляемости из-за недостаточного запаса времени.

Сказано, что отличия экспериментальных и численных испытани! не превышают 10%. Это позволяет говорить об адекватности принято! динамической модели и работоспособности разработанных систеь управления.

3.0

jcCM/J

Рис.9

UM

-20- м i'mm 1111 ммм и im im 11 ii im и im м mi i м 111 м 11 il il м м o.os 0.10 0.15 0.20 0.29 0.30

0.00

tCc]

Рис.Ю

вакашеше.

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Для осуществления управляемого движения механизмов упругими накопителями при неточно заданных параметрах предложе: алгоритмы грубого управления. Для работы с неизвестной масс переносимого груза разработана адаптивная система управления.

2. С целью повышения быстродействия для механизмов несколькими степенями подвижности и упругими накопителя] предложена система управления, . позволяющая осуществля одаовремзнноё движение модулей. Даш предложения по выбо; характеристик накопителей для повышения быстродействия п] одновременном функционировании модулей.

3. О помощью метода скоростного алгоритма разработана процеду] идентификации для определения переносимой массы груза. Определ! класс механизмов, для которого данная процедура применима.

'4. Экспериментально проверена работа циклового модуля типовоз роСота-манипулятора с использованием разработанных грубого адаптивного управлений.

5. С целью экономии потребляемой энергии при одновременна дргасенш нескольких модулей предложено устройство на ба: емкостного накопителя, осуществляющее управляемое распределен] энергии между приводами.

Основное содержание опубликовало в работах;

1. Лавренов СЛ., Лапэнин А.Н., Читаев Ы.Ю. Некоторые вопросы построения распределенной системы управления приводами транспортного робота с применением макропроцессоров. -В кн. :Тез. докл. конф. "Микропроцессорные распределенные системы управления технологическими процессами и .гибкими автоматиэировапншз производствами". -Ы., 1984. -с.9-1О.

2. Макаров Н.С., Пожаринский A.A., .Читеоз M.D. Система адаптивного управления резонансным роботом.// Управление в механических системах: Тез. докл. VII Всессжв. конф. -Свердловск,1990Г.

3. Читаев Ы.Ю. Система управляемого взашюраспределения анэргии леаду приводами пространственного манипулятора .//Сб.кауч. трудов. -М.ЭНИМС,I992.-с.266-274.

I. Читаев Ы.Ю. Управляемое распределение энергии меяду приводами «ашины.//Ш конференция по нелинейным колебаниям: Тез. пауч. докл. сонф. .-.К.Новгород,1993г.

>. Читаев H.D. Использование емкостного накопителя для рвспреде-гения энергии между приводами.// Проблема магашостроения и тдежности машин. HI,1994, с. 43-48.