автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение комплектного электропривода для сборочных и портальных роботов

Ленинградский ордена Ленина и ордена Октябрьской Резслвтдаи эл9ктрот0хгшчеиай1 инс-атут кеы 3.¡Г.Ульянова (Лонила)

Па правах рукотгсся

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВВДРШШ КОМИЛИСГШГО ЭЛЕКТРрПШЮДЛ *ЯЯ СБОРОЧНЫХ Г! ПОРТАЛЪКЬК. РОБОТОВ ■

Специальность^ 05.С9.03 - Слектрэтэхшгческиз комплексы • п системы, Ехлкчал их упрагленае и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени" ка»цитата, технических наук

Ленинград - 1933

Работа выполнена в Украинском научно-исследовательском институте станков и инструментов.

Научный руководитель -заслуженный деятель науки и техники РСФСР доктор технических ш-ук профессор Борцов С.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Рассудов Л.Н. г ндн"ат технических наук доцент Кориеневский-Яковлев О.В.

Ведущее предприятие - ВНИИ "Злектромав".

Защита сьотоится Я&ыЛ^.9\ 1990 г. в 'часов к& заседании специализированного совет» К 0b3.36.cfS Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Реве лпции елактротехни-чесхого института ям.В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197022, Ленинград, ул.Проф.Попова., б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ивотитута.

_ Автореферат разослал "/¿Г* ЬСрЯС^Й 1990 г.

Ученяй секретарь

саециавизированного совета

Вахабух А.И.

ОБЩАЯ ХЛРЛК1ЕН1СТЖА РАБОТЫ

Актуальность табога. В условиях согэршенствования и развития гибких производственных скотом, основу которых составляют технологические ячойкп (етакск-робот для сборки (?СБ) п для механообработки портального типа (РП)), актуально" задачей являэтся создание быстродействующего комплектного электропривода (ЭП), позволяющего максимально использовать возможности исполнительного •механизма п адаптироваться к различным условиям работы. Преимущества электромеханического привода обусловлены достаточно .высоким уровнем развитая силовой полупроводниковой техники, технологии изготовления электродвигателей и редукторов, простой и надежной системой управления. Дальнейшее разьитне SH постоянного тока с коллекторными машанамк, парк к.оторкх увеличивается за счет ма-лоинорцне пых и высокомоментнЕХ двигателей, происходит по пути оптимизации cxeia упра?ленпя и силовой частя. Традиционные схемы, строящиеся по принципу ишротяо-импульсного (1131) управления, теоретически обоснованные в работах Глазеако Т.А., Коссоза O.A., . . Кагана В.Г., йшглера Л.А., успешно применяются в SI станков и роботов. Совери9нстЕс..аниз системы управления связано с применением релейного управления в контуре тока, модульного пополнения силовой часта ЭП, предполагало ге создание встроенного в систему HiT"" комплектного ЗП. В работах Жубовича В.А., Уткина В.И., .'Нигера И.Б., Вукобратошча М. излагаитоя общие пр>:ншптн построения систем с . разршзнш управлением. Однако, применительно к СС роботов не существует инженерной методгки расчота оптимальных параметров ролевого регулятора тока (РРТ) по критериям быстродействия а юлш-ма"ъных потерь з преобразователе и двигателе (Д). Хромо того, известные методы анализа скользящих peszMOB (CP) в тагах системах оценпЕаю? лишь потенциальную возможность существования устойчивого режима без исследования Еозмуг-агопях факторов. • . •

. Быстродействие тракгисторнах 31 а роботах существенно ограничивается упругими звенья;л, а также возмуи^щими момента!.®, обусловленными динамикой соседних степеней подвижности (СП)» 2 р~с-патршзаепых РЗБ .и И1 чаще зеэго Gl монет рассматриваться coil. Бедственно как да ух- а трехмассовая система. Создании систем с модально- адаптивнкы управлением, псзеоляотгзх улучеить динамику исполнительного звена, посЕоены работы Бордова-.D.А.,

FyiKOiiuiorû оД)., П'ол"2оь*: H.Д., Давдау И.Д., Острена К.И. Однако, отсутствует анализ одновременной работе таких ЭП в роботах, что затрудняет ннгонерный подход к выбору эталонных дЕнкекий при ■воздействии гозцувдвщих моментов. Для новых и перспективных • боз-.ррчукторннх ЭП непосредственного действия отсутствует структура, 'учауывает'.ая сильноо взаимодействие Gl PGC при высоких значения: скорости и ускорена?. Следовательно, одним из основных направлений совврсенствованпя электромеханических узлов РСБ и. РП является разработка комплектного 3Î, сблэдагадего ввсмпил бистро-дейстЕйом по каналам задания к Еозмущо.чия, возма?.ноотып г-дептацпи к вкесапс.! возмущениям (моментам, вызванные взаимовлиянием и упругостью) при сохранении своих динамических показателей, а такте создание структуры адалгл'Еного беэрвдукторнто ЭП ловшенкого

быс тродой сотня.

Цельп заботы является разработка, исследование и гледренае ЭП для РСБ и РП, а тш:ео разработав инженерных метод об расчета, к анализа дгшатки, устойчивости ях электромеханических.систем. Б со-ответстрин с поставленной цельо определены следувдяе основные задачи исследования:

• I. Разработка структз'ры ЬП для РСБ и РП, выбор и обоснование типа шлпульсного-преобразоьателл (ИП).

2. Разработка методики синтеза параметров FF!- по критерии.! быстродействия и суммарных потерь в ИП и Д.

3'. Теоретические а экспсримеахвлышв исследования Ш нри работе с упругим звеном с модальным (IIP) и адаптивным регулятором (АР). Разработка инженерной методики расчета параметров регуляторов.

4. Анализ влияния возмутзшепх моментов в двухстепенном манипуляторе (да), разработка структуры адаптивного безредукторного ЭП для РСБ.

5. Разработка' схемных решений транзисторных ЭП а блока модально-адаптивных регуляторов (Г.1АР) для подавления упругих колебаний всполвагсльшис звеньев.

'Мятодн исследований. При теоретических исследованиях и синтеза структур ЭП к 11АР использовался аппарат Еекторно-матрггсвого представления ¡¿ятз^апгческого описания системы, метод Функций А.Ц,Лйиуновп. методы теории абсолютной устойчивости для нелпгей--jci.t.систоч. Для обоснования теоротечэских полевений, анализа s ' йлнгеаа структур. s также подтвэрдденпз полученных результатов -

применялись метода аналогового и цифрового математического моделирования, экспериментальные исследования разработанных структур ЭП о КАР.

Научна? новизна работа заключается в следуют,;:

1. Обоснован выбор для РСБ и HI гран~чсторного импульсного Ш (TÜ3II) с PFT, разработана его структура. Доказана асимптотическая и практическая устойчивость данной структуры по каналам

- задания и возмущения.

2. Разработана структура ЗП для бёзредукторного варианта

ДМ с АР. л эталонной моделью (Е'.О, параметра которых определяется по разработанной зависимости модуля динамической огибкл я функдии величины коэ&фпциентов усиления АР. доказана эффективность применения ТПЗП с ЕРТ для псилоченля взаимовлияния СП сборочного да.

3. Предложена методика автоматизированного расчета параметров автоколебаний ТКЭП, параметров РРТ и регулятора скорости (PC),

основанная па программе машинного поиска по критерии суммарных • потерь в ИЛ и Д. •• ;

4. Разработана кетедчка оперативного расчета корректоруэдн^ звеньев регуляторе ТИЗП с использованием программа "РР7" на ЦВГЛ, позволяющей исследовать специфические законы коммутации КП, оп-роделить уровень пульсацай тока якоря и облегчить наладку- ЭП hp заводе-изготовителе.

5. Разработана методика инженерного применения положений общей теории модального и адаптивного управления дл.т определения структур и расчета параметров соответствующих регуляторов НГЭП" упругодиссппатяЕных и много связных механизмов РОЕ п ?Л.

Практическая ценность работы. • -

1. Разработана структура быстродействующего (по каналам задания и возмущения) ТИЗП с РРТ, позволяющая обесточить оптимальный диапазон частот коклутапга 151 с широкой гаммой колле..торных Д по критерию суимарних потерь в ЭП.

2. Разработана методика автоматизированного расчета параметров 'ШЭП, позволяющая одновременно исследовать специфические законы коммутации ИЛ и облегчить наладку ЭП на заводё-изготовигеле.

3. Предложена инкенэрная методика расчета параметров_Г^ГР и АР,' а так.т.е К.', позволялся оперативно синтезировать систему управления РСБ и РП. . • •

4. Разработаны схем-гае решения основных узлов ТИЭП в блочном и модульном исполнении, а такзо блока МЛР для эффективного со-даЕления упругих колебаний е диапазоне частот 2-20 rte. Новизна • предложенных технических решений подтверждена авторскими евцде-.адьстБэыи.

г Основные рвзультатп. выносимые на затиту.

1. Структура быстродействующего ТИЭП с РРГ.

2. Структура адаптивного безредуктораого 31 дляРОЕ.

3. Методика автоматизированного расчета параметров автоколебаний ТИЭП и параметров регуляторов.

4. Ыетодоха оперативного раочета корректирующих звеньев ТИЭП, а также исследование специфических законов коммутации с помощь® программы "PPT".

5. Методика иняонерногс расчета параметров № и АР упругодис-_снпативннх и многосвязних механизмов РСБ и РП.

Внедрение результатов чеботы. Научные и технические рейония диссертации составили основу разработанных КЗП в блочном исполнении SILiiK-i, серийно выпускаемых ка Александрийском электромеханическом заводе (АЭЫЗ, г.Александрия, УССР), а также силовых тран' юторных модулей (СИ), опытные образцы которых выпущены УкрНШСШ и ЛШС "Элактроямаш" (г.Ленинград). В 1986 году ЭП ЭШМ-1 присвоена Высшая категория качества. ПАР. успешно испытан на РСБ а Ш'ЬКШ, ТУР-2.5К, "^ранат-г.бЖ, МСГ-1, и подготовлен к серийно'',у внедрении на ШО "Гранат" (г.Шнск) и АЭЫЗ. Адаптивные алгоритмы, исключающие взаимовлияние СП в беаредукторноы РСБ, переданы ЛЕЮ "Электроимата" для реализации в цкфровом виде в сио-' теки ,ЧПУ 3C-I50. Программа цифрового моделирования "РРТ" попользуется в ОКБ АЭМЗ для исследования специфических законов гокму-,г£цки ИП п оперативного расчета корректирующих звеньев регуляторов ТИЗЛ.,

^шобахшя работа. Основные-положения и результаты работы дсасладнвашсь и обсуадались: ' .

на X Баэсоизпо2 иаучно-техничоокой конференции по проблемам автоматизированного электропривода, г. Воронен, IS87 г.;

; - ah X Ыпкупаредной конференции Интертехко~б9 "Прсмыиленныа роботы. я\маюшуляторк, технологические подули и автоматизировав-

нш комплексы", НРБ, г.Ботевград, 1989 г.;

- л Республиканской научно-технической конференции "Пути совершенствования малогабаритных металлорежущих станков и контрольного оборудования", г.Вильнюс, 1980 г.;

- на зональном семинаре "Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе гкоких автоматизированных производств, робототехнических комплексов и промышленных роботов",

■ г.Пенза, 1986 г.;

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнкческгх комплексов на пре приятиях машиностроения", г.Одесса, 19с}9 г..;

- на семинаре "Адаптизние системы управления технологическими процессами к оборудозакием", г.Ленинград, 1990 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 7 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов с выводами, заключения, списка литературы • из 93 наименований и 6 приложений. Работа общим объемом ¿48 стр. содержит 147 стр. основного машинописного текста, 15 таблиц, 7а рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕШШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В пс-ррой главе проведен анализ кинематических особенностей РСБ и РП, представлена классификация типов кинематических пар:'. На основании изучения парка роботов с электромеханическими приводами установлены основные характеристики (современные и прогнозируемые) для данного класса роботов. Определена текдегг^ия изменения параметров. Для РП скорость персмешегг*я увеличивается до 2,5 м/с, ускорение - до.3 м/с2, точность позиционирования уменьшается до 0,5 мы, а для.РСБ соответственно до 10 м/с", 69 м/с^ 0,01 км. Устаноачено, что заданные показатели могут обеспечить'электромеханические приводы. Приведены характеристики роботов с приводам» • непосредственного действия, позволяющими исключить упругое звено, люфт, беззазоркые соединения на подшипниках с предварительным натяг»*, Однако тани'е роботы подвержены сильному эф^акту

взаимовлияния ill.

Показано, что при синтезе программных траекторий возможно использование кинематических ш динамических моделей роботов. В общем виде уравнение дина-,ела манипулятора записывается ■ - (I)

где А(ф- матрица, характеризующая переменные моменты инерции и моменты реакции, обусловленные ускорениями; - матрица,

характеризующая кориолисовы и центроболшне моменты; С матрица, характеризущая гравитационные момантн; Mffc)-матрица управляющих моментов, создаваемых исволнителышми ЭЯ.

Определены основные тохгжчесхго требования к исполнительным Ж: позволяющем обеспечить Боданные динамичеокиэ и статические характеристики роботов: высокая полоса пропускания скоростного контура (>75 Гц), высокая динамическая жесткость, далазои регулирования скорости до J.0 ООО, минимальные габариты и касса. Приведены сравнительные характеристики ЭП, применяемых в РСБ 2 И1. Ошечено, что ноомотря аа высокое быстродействие ШЭП, наличие упругих звеньев в сочленениях роботов, а,также гффект ззаимоЕлия-вия, обусловленный возмущаищиии моментами,'существенно ухудшает потенциальные возможности ЭП. Для улучшения динамики роботов це-лесообразьо применение АР с ЭМ с скгнатьной или параметрической вастро&соЕ. •

Вторая улава посвязена разработке и теоретическому анализу ТИЗП с НЕТ. Обосновывается ьыбор структуры Ш и регуляторов, позволяющих обззпзчпть предельные динамические характеристика по каналам заданна и возмущения. На основании модельного эксп ^иыента .установлено, что система с РРТ при равном быстродействии по управляющему вогдойствию с системами с ПИ-регулятором тока (РТ) и-П-РГ обладаэт лучшей а 1,5-2 раза динамической жесткоотью при • ударных нагптгзках по каналу возмущения. Показано, чао структура КС с IPT обладает рдцок преимуществ по сравнению с традиционными итэмаы. ШИ-унраадонЕя: отсутствие зовы нечувствительности в контуре гока п больа высокое его быстродействие; постоянство уровня оудьсацаЛ якорного,тока во всех ренимах; переменная частота коммутация (Г*), спределяювдя более экономичную работу Ш; .более цроотад схема управления; •

■ Разработанный алгоритм работы iffi, позволяющий обеспечить аы~ шэуказаннне преимущества, можно описать о помощью дифферанцпаль-внх уравнений на конбчьнх интерралах времени и условий перехода:

U= ufl s¡9a (UpcLt„-(2) .I режим:; " ' <3>

'Црекш: 0 ^ -Ke'-íOu + WRft^VR^; . , . - (4)

где Un - уровень источника питания ИП; Upe . ^ Ля - текущие, значения соответственно выходного напряжения PC, скорости.Д, тока якоря; Ке , Кт »Ra , -. соответственно кснструктквяая постоянная Д,' коэгГуицпэнт -¡ередпчп даоттда тока, сопротивление • якоря, электромагнитная постоянная; 1,4- текуоаэ значения ко. ордгаат. в. соотаетстЕутазем регетлв. Условия перехода из 1-го ре.ти--U& во Г-ойколшо записать ^

; : . Al«i-.Si<jn-Upci>OT б Alai-SÏQaUpcl ^ О I (5)-

'1 Üpcl|<-|KrI«lt J j Upe i I > I t<t 1я1 i Г (5) •

гДв Д Хя1 ~ прзргцош?в, определяйтеэ тендэнгзяо избиения тока-якоря. Ус-тоню перехода П-го рояша в 1-иЗ очраделязтея заражением

}Upca- Кт1яп| >6, -Î6)

где ß - ширина петли гистерезиса.

На основании Еыпозриведенных внрасенпИ (2Мб) разработана ' функе^онсльп&я схб:;а !Щ с FFT, на которую голуппо asvopcttoe сел-' детельстяо. Упрощенна:: функциональная охэ;.;а ¿Í10ÍT йредстаглска^яа. рлс.1. Для анализа предлогенноц структуры разработана прогремма цифрового моделирования 'FFT, изменяемая при налг^ко. серийных ЗП. Для обеспечения зе ".энного .диапазона F« по критерию oyi.w.iajD— • них потерь в ICI и Д, а такяо по критерию быстродействия по каналам управления и возмущения определены оптачальные параметры FFT. Выходной сигнал ЕРТ приближенно огасгшается следуюсг а вырагвняем Uppt = Ka • Sin cûAt - K¿ (d3 é t ), (7)

ГД9 KA = V-Ô/X ; Kd * 2-?>/(#■ A)¡ (ÛA -~2ur- hK f в _ размах выходного еигнала PPT; А - амплитуда еходного сигнала;' -•"

~ состанияющие сходного сигнала от задатках'и Е0з»,:ущаигс!х ■ воздействий на систему. Уравнение (.7) еираредлччо,. если• •

sup j d, * ¿b I < A/cl ¿ co./ß

_ е -

2è

/

Гип

ис

г-Л

I 2: lew

i.

ÜJLT

>1У

1

СК5 л

ш

I

1 Ж

Ч i

1—\ СК2

ТГ

JË5

Т

21

1_.

Peo. I. Упрощенная функциональная схема ЭП оРГТ

W-k^L

Rte. Струкг/риая exam Ák управления Д.1 с биэредукгоренм Ш

- Э -

' где: Cl)j - максимальная частота задающих сигналов, Л и ---'постоянные (dL = 3, $ ,> 10). Оптимальный диапазон частот, удовлетворяющий динамическим и энергетически:: требованиям к 1Ш о отечественной силовой элементной базой леетт в пределах от I до 6 кГц. Для определения параметров РРТ, обэспечиЕапсих заданный диапазон FK , разработана программа " з-Avrnoii основанная на поиске частоты пересечения ФЧХ линейной часта с фазовой границей устойчивости нелинейной системы тиш. Опткшльеыме параметрами HC2H0 считать: 6 - G,5B(A = 0.6+I.5B), Тк = Iй- = 0,054-0,0031, где Тк - эквивалентная постоянная времени на выхода РРТ. Правильность выбора параметров РРТ подтверждена эксперт? ентальныш результатами.

Наличие РРТ в система позволяет организовать устойчивый СР. Присутствие неидеачьь'остей (запаздывание, гистерозис РРТ, инерционность Щ) приводит к тому, что реалып^й CP происходит не за поверхности S(/)= 0, а в некоторой его окрестности:

IISIU b , ||S1| = VS^S , где S -вектор. Если (Г 0, то реальный CP стромитоя к идеальному. Доказана асимптотическая устойчивость данной системы с помощью уетода Ляпунова. В матричной форме уравнение объекта, управляемого FPT о Ш, имеет вид X»А-X4-В-lb ,

где

А-

■I» , ия-1и« иг

В»

-■<Дя - Ке/Тя-Яя Ке/а О

Уд - вход объекта управления, ограниченный

Функция Ляпунова задана, в вида . V/ - х' рица, "■довлетворяющая уравиениэ Ляпунова. тотачоокоЯ устойчивости получаем для Уя

о,

Un

а

Для обеспечония асимп-

trэ Q. - мат-

иго

и2=

■и

'У

xL4

ídu V

А-оЛ

¿•Ке J*

цдо 3 - момент инерции S3, Л и ^ диагональные элемент матрицы Р в уравнении Ляпунова. Доказана таккв сильная практзчгекгя устойчивость системы с РРГ, описываемой уравненном

х = А ■ л + В U* + f,

где j = I 0 Ке/З |Т' *!{," ток> ооотвэтетаумзй везмудаю-дему моменту.

- ÏO -

Устойчивый CP в ТШШ позволяет существенно упростить передаточную функцию системы, в которой контур тока вырондается в пропорциональное ЗЕ9Н0 С КОЭ&ЛЦЯеНТОМ Ктк- . ТД9 Тм - электромеханическая постоянная Кт'Т>»-Ке ■.■'.;■-'

В третьей главе проводится авашз работы разработанного ИП .' с FPT в роботах о упругими звеньями. Рассмотрены и систеыатизи- " рованы различные сппобы по-аЕленияупгугйх кс-ебаний о помощью специальных ззг.онов управления, активных фильтров.Покавано,' что спектр резонансных частот по результатам идентификации для РСБ и ГП легшт в пределах 2-20 Рц. Приведена разработанная инженерная методика для определения параметров упругого звена о помощью ■'. ЛАЧХ. Возбуцдешш спектра частот осуществляется ШЭД с РРТ. Дня определения резонансных часгот'РСЕ и HI при известных зкачеыях их касс к шыеьлв инерции предложены простые инженерные ооотво-пения. Проведен синтез МР для утазазинх роботов, позволяющих , удучдпть их данажку. Дня идентификации переменных состояния' ио-пользувтия наблюдатель, подстройка которого осуществляется с по-ыощьэ датчика ускорения, установленного на рабочем органе робота. В этом случае уравнение-объекта записывается в матричном виде Х = Ах <• & Çj ; С-X ; Х = j (ОгW,-U0 где А,5.С - соответственно матрацу объекта, управления , s выход-.: псго сигнала; Cj - сигнал на входе Ш; й)\ и. tt?^ — скорое® первой к второй массы; Му - упругий момент; U0 - выход интеграль- ■ ной составляющей ПИ—PC. . '...■•

Предложены два вида поотроения о ИР с подключением ко входу, регулятора пологония при реализации в цифровой форме ( К^ - матрица коэффициентов UP) и с подключением ко входу в аналоговой форме ( К'2 ). Уравнение овяз- определено, как

К2= Kpn{K^C-('i- КМг)], .

где Крп - коэффициент усиления регулятора положения; КМг - ста-тичэскии коЕфргцябят ИР для второго варианта схемы. Хля РСБ раз- . работаЕК ипкеперпые соотношения для определения настройки МР (коэффициентов матрицы KL= j Кл К2 Кà Кч | ). Рассмотрены специфические особенности РП, представлявшего собой трэхыасеоЕую систему, в которой Х - |т, где - перемеще-

ние портала относительно неподвижной системы координат под

- IT ~

действием сил упругоси; - угол поворота вата Д; tfz - утол поворота шестерки редуктора, соединенной с рейкой портача. Представлены соотнопения для определения коэсйяциентов матрицы ;.5Р

к = к2 к5 Кц к5 к6|.

Разработан принцип построения MP для рамочного робота, представляющего собой совокупность трех РП. Для обеспечения настройки серийных ЭП на РСБ, РП разработал АР с сигнальной настройкой и д'Л. Необходимость применения АР обусловлена тем,, что наладка HI Ж производится на заводе-изготовитэле с типовыми Л с дополнительны!,' моментом инерции J2 = (0,3+0,5)-без учета упругого звена. На практике чаще всего приходится значительно уменъиать полосу пропускания 3! для получения благоприятного переходного процесса, что сникает быстродействие робота. Уравнение объекта регулирования с учетом А? имеет вид

где 2= ~h-S^H(&Т-Ре) • Р ~ положительно определенная сипязтрп-чоская матрица; е = Х- X м . Параметры ЭМ определяются по оптимальному переходному процессу и разработанной зависимости показателей качества (быстродействие и перерогулнрокагао по второй массе) от полосы пропускания ЭП. Эталонные параметры П-i-FC определена как , „ . „ и

" V" Ке • Кс • С '

т - .Крс- Ке-Кс-С. ... . _ ,рС" ^сЦ-3|02-Кт

где Ei и С - параметры упругого звена, с0о - показатель быстродействия.

■ Для определения параметров АР разработана программа, позволяющая оценить эффективность адаптивного алгоритма (АА) при работе о, нестапзонарнкш параметрами.;

Е гвестой глаза анализируется одновременная работа Sil с РРТ в ДО. Разработана схема с использованием аналогового датч:жа ' момента, компенсирующая постоянную я медленно изменяющуюся сое' давляадую возмущающую момента. Определены выражения дла ьыбера оптимальных параметров исполнительных ЭП для ксипксагля динамических ошибок, вызванных аффектом взаимовлияния. С помощью ие-тода Ляпунова доказинаотся асимптотическая устойчивость много-

связной системы. Лртедани експорялэнталышэ исследования РСБ ТУР-2.5К. Показано, что динамическая ошибка уменьшается а 2 раза, а быстродействия увеличивается в 2-тЗ раза по сравнению со схемой НИМ и ГС-РТ. Для безредукторного варианта Ди, где аффект взаимовлияния особенно сщутпм, разработана структура адал-лвного ЭП, позволяется репигь: I) задачу локальной адаптивно!? стабили га-ГСП', обэспечиваюь-у» нелаемыо показатель, динамики: СП в ук. )виях переменных параметров; 2) задачу адаптивного развязывания, осуществляющую динамическую компенсацию нелинейных динамических взаимосвязей по обобщенным координатам, скоростям л перекрестным входным воздействиям. Стабилизирующее я разгязыЕапцеа адаптивное управленио записывается е виде С'= Ко.-/ ^ К{,- ^ , где Ко. - .матрица настраиваемых коэуриидентол обратной связи; К{, - матриц настраиваемых коэффициентов усиления входного регулятора. - '

Для ^орглировашш асимптотически устойчивого АА при управление сущостгенно наигнеЗной системой выбрана Функция- Лл-унова в виде \/»ет-Р е Чг(В Г'(6 сГ&)+хг(В-^ь)1"-Г(Ь , где е - ошибка, - матрицы изменений Ка и К1 »Г - диаго-

нальная матриц? коастфициентов усиления, Р -матрица, определяемая из уравнения Лотунога. Дня обеспечения V < О АД 'записывается

На рис. 2 представлена структурная схема АА _ для безредукторного ?Н Д.;. Разработана зависимоЛ"Ь модуля максимального значения относительно ошибки Л* |ет0хА?о|в функции величин кояф-фицЕентов матрицы Г для различите значений матрицы уравнения Ляпунова. Применение адаптивного безредукторного !*1 позволяет умегьшть динамическую. ошибку в 6*8 раз.

Для анализа и выбора параметров АР разработана программа, оцсниЕаадая эффективность АА при вариации параметров да (I).

3 пятой главе приведены практические результат» И!Ш иМАР, ь такке результата экспериментальных исследований разработанных ГП на роботах.

Разработаны три вида ТИЗЦ для РСБ и РП: I) в блочной пополнении '¿ПП-1; 2} в виде СТМ, встраиваемых в комплектные системы ЧПУ; 3) в вяло адад-швкых ЗП (3!ЛГ.И," СЗЫ, а'Ш-2) к баша МАР. ■

Преде гаглеви основные йуккцяоьальные узлы ИП и блока пптания

ТИЭП. Приведены ¡экспериментальные осциллограммы ЭП o'IL'J-I л СП.1, при отработке заданного к Еозмущаадго сигналов. Уронопь пульсаций l¡¡ и максимальная F¡> IUI соответствует расчетным (погрешность не более I5/Í). При различных настройках HI-FC п ГРТ система сохраняет сильную практическую устойчивость. Приведены экспериментальные исследования ТИЗП о IÚP на Ш !.14СП (рис.За,б). Примененпэ 1дР сократит гремя переходного процесса вдвоо. Па рис. Зв.г представлены переходные процессы по положении на PCS ТУР-2,5 с АР, позволяющим получить качественный переходный процесс по пологенига второй массы независимо от настроек ЭП (75,¡30. 25 Гц в контуре скорости). Время переходного процесса сокращается на 35>.

В заключении приводятся основные результата и выводы по диссертационной работе:

I. Для РСБ и РП обоснован выбор и разработана структура ТИЭП о PFT, работающего в СР. Доказана асимптотическая и практическая устойчивость данной структуры по каналам задания и возмущения.

Z. Для бэзредукторного Д! разработана структура адаптивного ЭП с ЭМ и параметрической настройкой. Параметры Э'.! и АР рассчитываются о учетом Требуемой динамической ошибки по положению.

3. Разработана методика автоматизированного расчета параметров автоколебаний ТКЭП а параметров PIT, Есклшавцая графические построения и основанная на программе машинного поиска по критерии суммарных потерь в Ш и Д.

4. Разработана методика оперативного расчета корректирующих звеньев регуляторов ТИЭП о использованием программы "РГТ" на ЦЗМ, позволяющая исследовать специфические законы коммутации ИП и об- . легчать наладку 3IÍ на заводе изготовителе. Программа мо.-.ет быть примем па при исследовании рабог* ЭП е жестких и упруго-диссипа- , тиеннх сиотемах роботоЕ.

5. ^азработава методика инженерного применения обсей теории модального л адаптивного управлений для определения структур и расчета параметров соответствующих регуляторов ТТ'ЗП. Расчетные соотношения позЕслтат оперативно определять коэффициенты ¡.ЕР п АР , ля двух- и трехмаосоЕой сиотемп соответственно PCL5 и Ш.

6. Проведен анализ работы и доказаза эффективность применения разработанной структуры ТИЭП с РРТ для исключения згапмо-влияния СП. Доказана асимптотическая устойчивость такой систем. Для выбора скорости сходимости процессов при воздействии воз-

0,3

м

0,2

0,1

oS/ми». чос

too

1\

or

o.t

tf

>.t

r*

a)

sp

OA V 0,2

0,1

a/*m We

SOB

J.

0,ч

Ы.

OS

f.2

'A

6)

его

ряд/.

гряд 4

и?» I

V]

о ъ 0,2 и 0,4 "с '

С

J

о 0,2 t 0,4 с 0,6

s;

SiO

\

0 ? * 0,2 t 0,4 с 0,6

с

J (

0 0,2 + 0,4 с 0,6

г)

Pec. 3. Переходные процессы в роботах а)ь'4СЕ баз MP; б) .Midi с MP; е) TjT-2,5К баз Л?; г) TiT-2,5K сЛР

с

t

мущаюцих моментов расрабстана программа на ДЕМ.

7. Результаты проведенных исследований легли в основу разработок ТИШ с РГТ типов ciii/iM-2, Ш, а также блока MAP, проводящихся в УкрНлкСШе с I9b3 года при непосредственном участки автора. Основные схемные решения в указанных ЭП зашищеш 7 авторскими свидетельствами СССР. Все разработанные ЭП внедрены в промышленности. Технико-экономический эффект от внедрения единица продукции ЭЫШ-1, Э'шШ-2 (с адаптивным блоком), СТМ соответственно составляет 396 руб., 4ьЗ руб., 1330 руб.

В приложении приведены распечатки разработаншх программ, а также акты внедрения и технико-экономические расчеты.

ОСНОВНОЕ СОДШлАШЕ ДИСС£РТАЩИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ:

I. Прокопенко A.A., Литвин Н.С. Определение параметров релейного регулятора тока транзисторного электропривода для роботоз // Электромашиностроение и электриоборудоэание: Респ.иег^вед.науч.-техн.сб. - Киев, 1989. - Вып.43. - С.7-12.

Ü. Прокопенко A.A., Войтенко В.А. Улучшение динамических и статических характеристик портального робота // Изз.ВУЗов. Электромеханика. - I9&9.* - Jî6. -С. 68-73.

3. Прокопенко A.A. Определение эквивалентных параметров регулятора скорости в режиме переключения // Электромашиностроение и электрооборудование: Респ.меквед.науч.-техн.сб. - Киев, 19Ь2. -Вып.35. -С.53-58.

4. Реверсивный электропривод постоянного тона с тиристорным ШИП для механизмов подач станков с ЧПУ / М.Е.Гольц, А.А.Прокопенко, Н.С.Литвин, Б.А.Цыганский // Электротехю. веская промышленность. Электр привод. - 1981. - Вып.К£,). -C.6-I0.

5. Борцов Ю.А., Прокопенко A.A. Анализ алгоритмов управления манипул~тором с электромеханическими приводами // Электротехника. - 1990.-* 3. - ¿.50-55.

о. Алгоритмы управления двухстепенным манипулятором с беяре-дукторными приводами / Ю.А.Борцов, Н.Д.Поляхов, В.В.Путов, A.A. "рояопенко // Электротехника. - 19Ь8. - !М. - ¿.66-70.

?. 1шиглер Л.А., Гульшанов Б.В., Прокопенко A.A.'Интенсификация, движений электромеханических промышленных роботов // Тез.докл. X Мездунар.конф."Интертехно-69", 30-31 окт.1959. - Ботевград,1£о9.-С. 46-47.

8. Г'ольц , Литвин Н.С., Прокопенко А.А. Транзисторный многокоординатный электропривод для роботов и станков // Тез.докл. Всесозоэ.науч.-техн.конф. пс проблемам автоыатиоио,электропривода, 15-17 сент.1987 г. - Воронеж, 1987. - С.15-16. ,

9. Борцов Ю.А., Прокопенко А.А., Войтенко В.А. БыстродейстР1'-ющий транзисторный электропривод для сборочных роботов // Адаптивные системы упр-я технолог.процессами и оборудованием": материалы науч.-техн.семинара, 20-21 сент.1590 г. - Л., 1990. - С.75-81.

10. Литвин Н.С., Прокопенко А.А. Электропривод с релейнш управлением .// Изв.ВУЗов. Электромеханика. 1989. - К5 7, - С.92-28.

11. А.с.ПЬ5Ш СССР, МКК Н02Н 7/085. Устройство Для -токовой защиты электродвигателя от повреждения / А.А.Прокопенко, Н.А.Про-цероза (СССР). - №3476055/24-0?; Заявл.02.08.82, Опубл.15.10.85, Вюл.№ 38. - 4 с.

12. А. с. 1014088 СССР, МКИ К02Н 7/ОЬ. Устройство душ'токовой защиты олектродвигателя / А.А.Прокопенко, М.Е.Гольц, Н.С.Литвин (СССР). - 1(3267232/24-07 ; Заявл!*?.03.81; Опубл.23.04.83, Бюл.

№ 15, - 4 с.

13. А.с.1001409 СССР, ЬШИ НОР 5/06. Электропривод постоянного тока / А.А.Прокопенко, Н.С.Литвин, М.Е.Гольц (СССР). -

» 3355610/2.4-07, Заявл. 18.11.81; Опубл.28.02.83, Бол. Н, -4 с.

14. А.с.1297155 СССР, НИИ Н02Н 7/08. Устройство для защиты електродЕИгателя постоянного тока / Н.В.Донской, П.Ю.Бахаров, М.Е.Гольц, А.А.Прокопенко, Н.С. Читвкн (СССР). -" Ш9 60653/24-07; Заявл.08.10.85; Опубл. 15.03.87; Бш.» 10. - 4 с.

15. А.с.1317626 СССР, МКИ Н02Р 5/06. Электропривод постоянного тока / Н.В.Донской, П.Ю.Бахарев, Ы.Е.Гольц, Н.С.Литвин, А.А. Прокопенко (ССОР). - » 401283х/24-07; Заявл.29.01.86, Опубл. I5.ff7.87, Бвл. » 22. - 8 о.

16. А".с. 1275727 СССР, ШШ Н02Р 5/06. Электропривод- постоянного тока / К.Е.Гольц, А.Б.Гудзенко, Б.В.Гулшанов, В.А.Войтенко, Н.С.Литвин, А.Г.Пяичео, А.Л.Прокопенко (СССР) - 13883854/24-07; Заявл.08.04.85; Опубл.07.12.86. Бюл.Е 45. - 6 с.

17". А.с.917291 СССР, ШЛ Н02Р 5/16. Электропривод постоянного тока / А.А.Прокопенко, М.Е.Гольц, Н.С.Дктвин (СССР). -№ 2737361/24-07; ЗаяБЛ.И.07.79; Опубл.30.03.82; Бпя.12. - 4 с.