автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Управление позиционированием электромеханических многокоординатных объектов

САШ-ПЕТЕРБУЕГСКИИ ГОСУДАРСТВЕНШЛ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УНДАРОВ Сергей Альбертович

УЛК 621.865

УПРАВЛЕНИЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ МНОГОКООРДИНАТШХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы,

включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание пеной сгедааи кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

»

Рао'ота идюлаека в Санкг-Пвтербургсхсм государственном техническом увиворотгэте.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцзнт О.А.Соколов.

Официальные оппоненты:. 1

доктор технических наук, профессор Дроздов Валентин Шыович; ' кзнждат тэхн>;чес:«х наук, доцзгп- Котельшкоз Юрия Петрович.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский я ошгко-конструкторскм изстсетут робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РГК). |

Защита состоится 24 марта 1094г. в 15 часов на заседании специализированного совета K063.S8.25 в Санкг-Штерйургскэи ••' государственном техничэсхок университет© ш адресу: 195351, С.-Петербург, Политехническая ул., 29, Главное здание, ауд. 150.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотек? университета. '

Автореферат разослан • Февраля 1994 г;-

Ученья секретарь ешцизлкзированного совета, кандидат технических наук

УПРАВЛЕНИЕ ПОЗШОНИГСВ/ДИЕМ аЛлКТРа.ИСАКГЕСШ . МНОГОКООРДИМШХ ОБЪЕКТОВ

ОБЩАЯ ХАРАКГЕРИЭТККА РАБОТЫ

Актуальность тр.уы. Кскплекснсе рзиениз проблемы гибкой автоматизация производства требует спгидазати управления позициошровашэм рабочего органа. (РО) многокоордкаатного оборудования (МКО), оссбсшго - в некоторых роботизированных производствах, где до 80« Брсиони технологического ша уходит на позиционирование схватз. Позиционирование РО является частной задачей управления йКО, а позиционные систекы - это особый масс неполнотельних.устройств, которкэ невозможно объединить в единую грушу со сдадяииаи системами. Цель управления режимами позиционирования сводятся к переводу РО мапязы ж исходна* позиции а заданную по любой траектории, гарантирувдзй обход препятствия в рабочей зоне. При этом идеальным можно считать такое управление, которое обеспечеваот максгаальнуи точность .достижения- кскопноя позиции без перебега за минимальное время дзжения с кигдаальяъм потерями энергии. Компромиссное удовлетвгревгта эта противорстлвых условий образует содержат© оптимизационной задачи, Кроу.э того, такио системы иксит ряд специфических ограниченна, на фазовые координата. . Особой сложностью отличается задача оптимального позиционирования многокоорлияатяых сугубо нелинейных объектов, каковыми являются манипуляторы промышленных роботов'. (ИР) антропоморфных и регулярных кинематических схем. Из-за захвата грузов разной массы перед началом позйционирования и изменения конфигурации манипуляторов в процессе; двюкенвя момент инерции приводов степеней-, подвижности изменяются в 5...30 раз, Аналитическому репений . задачи оптимизации позиционных процессов посвящены работы Л.С.Понтрягша, . А.А.Колесниковз, А.Г.Клюева, В.Г.Зусмана, З.ВиЬогсзку. г.БЬШог я др., в которых рассматриваются лишь 1-2 из перечисленных выше ■ критериев, и преядо всего;- быстродействие. Однако реализация такого подхода, особенно в случае несташонзрности и нелинейности объекта управления (0.7), требует значительного наращивания вычислительных и информационных ресурсов управления.

Очевидно, что решение'проблемы оптимальности возможно при.' такой декомпозиции общей цели .на ряд частных функции, последовательное выполнение каждой из которых во времени доставляет экстрему?« тон /ли

иной компонента векторного критерия качества и слабо влияет нз остальные, что соответствует принципу Парото-оптималышх решений. Для удовлетворения комплексного критерия качества актуальным является поиск и исследование новых структурно-алгоритмических организация систем управления позиционированием, ориентированных нз наилучшее использование имемдася ресурсов системы.

Настоящая диссертационная работа является развитием этого направления применительно к управлении многокоординапйм технологическим оборудованием и выполнялась в рамках изучно-исследовательских работ кафздрм САУ СП6Г1У в соответствии с ранениями президиума СМ СССР от 17.08.88 (протокол N 30) "О некоторых мерах по созданию и внедрению в промыилйягость типовых гибких производственные систем". Содержание научного направления одобреко на 8-м координационном совете по программе "Опта/,ум" {г.Томск, октябрь 1Ш7г., доклад научного руководителя О.А.Соколова).

цель работы. Целью работа является поиск принципов построоаия и. разработка алгоритмов управления, обеспечивающих минимум времени позиционирования ТО КХО при одновременном снижении потерь энергии и повыясния динамической точности одностороннего подхода к заданному положен® на основе построения Парвто-стммальноя структурно-алгоритмическоя организации системы управления с возмозиостив обхода препятствия г. рабочей зоая по указанной в .управляющей программе (УП) траектории.

Для достижения поставленной шли рекаатся слздуетие основные задачи:

- анзлиз методов позиционного управления и чувствительности синтезированных с их помовдо систем к вариации параметров ОУ;

- разработка обвэг стратегии управления позиционированием;

- синтез алгоритмов квазиогтптеального позиционного управления каогокоординатным технологически оборудованном;

- ьыбор аппаратных и прогряямяых средств для реализации разработанных алгоритмов управления; .

исследовали:» разработанной -скотйхы .управлении котодами мааиюздг эксперпхеэтов а натурных юшгавиа на адштак образцах оборудования.

«ГШй улслодаьаний^ В у^оте исшшсозалясь иьтода теории .«т»м'-тнчвского уП5>авл?йш», теории зздаятия рев&т, теории матрац, .ихет сж,-тмш6г%> подхоля, ьактораоги аааяиэа, аналитической ггеютрки, жл'ыжшяп моддороаэдия ны ЭВМ и зкетрихонт&яьнух

исследования на натурных образцах систем позиционирования.

Научная новизна.

1. Выявлены ивсйства систем позаионхзовагкя с разрывным и непрерывным управлении, адекватных параметрической (традиционной) форме задания програккной траектории к сшггездаозанкых методами оптимизация с применением классических функционалов качества. Определены области прикеяекия систем с фиксированной структурно-алгоритмической оргготтзацпэи и измзняшимися параметрам;! приводов.

2. Изучены свойства структур, адекватных явной и неявной Формам математического описания программных траестория и даиюяия пс ним, учет которых позвали предложить принщп построения мультиструтстуриоа организации Пзрего-оптимальных систем позиционного управления, ойеегочивавдих улучшению точностных, энергетических и временных показателей качества позчционироазшп, а так»» обход препятствия в рабочей зоне МКС, за счет перераспределения и накс'оле о полного использования фиксированных вичжлительных, звергвтических и информационных ресурсов.

3. Предложены методики синтезз алгоритмов: контроля состояния системы с далью принятия решения по выберу и став ее структуры в процессе позиционирования; управления вед/ш? и ведомыми приводами; регулятора для во'сстаноплегкя контурной скорости.

4. Разработана иетояика выбора зтгргетичееккх, вычислительных и информационных ресурсов системы позиционирования.

• Достоверность результатов. Проведен комплекс мероприятия по проверь теоретическую положений и логических рассуждений. Адекватность ойыиггу иатекатическол модели опрэдзляэтеп общепринятыми формами математического сшсания -я доптогяияяи и подтверждается имггацяояным моделированием как известных, так и предлагаемых структур системы к алгоритмов функционирование. Правильность функционирования модели и достоверность результатов коделировагош шдгверздакп-ся проверкой установленных ранее свойств и структурных особенностей замкйутых в целом контурных и других систем, элементы которых используются при позиционировании. Ютггэциотеов моделирование позволило _выявить новые свойства системы к провести ее исследование вплоть до аварийных реаямоз работы, недоступных дик натурного эксперт-опта. Основано вывода и рззультаты иг тгоэрздэну также при создании опытных образ£ХЗ ккозрокоординатимх систем позийюпировэпия.

Практическая ¡ктюсть.

1. Получены элгоркткы квэзиопгямашюго позиционного управления привода«'/ степешя подбкжости МКО, на осяобэ которых удалось построить систему, обеспечивающую за • счет наиболее полного использования Бнделениья энергетических, информацкйпъж и вычислительных ресурсов уконьсанхе времена перемещения рабочего органа на 10-302, сокращение потерь энергии до 475 и подход. к заданному положению без гаререгулирования с точность» 1-2 дискреты ■' датчика.

2. Разработаны. имитационная кодзль и прикладное' програюда» обеспеченно, позволяющие проводить сравнительные . 'исследования системных свойств различных структур и оптимизировать использование всех видов ресурсов управления при решении задач позиционирования рабочего органа МКО.

3. Разработаны аппаратные средства, математическое и системное программное обеспечение экспериментальных и опытных образцов систем позиционирования МКО.,

4. Замкнутая в целой структура системы управления позиционированием с воспроизведением траектории в декартовых координатах предоставляет пользователю без; специальной Подготовки возможность примо-нить опыт аналитического программирования металлорежущих станков для роботов и избавляет его от проверки условия реализуемости далеука-заний и сезения обратной задачи динамики. . :

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Пришил мудьтаструктурЕой организации квазиоптималышх систем позиционного управления многокоординатнш технологическим оборудованием, обоспечизаютм соответствие локально-оптимальных структур и законов юс переключения текущим.цели управления, состоянию обмета и наличным ресурсам и -: удовлетворение противоречивых крэтераев: точность, -время, потери энергии.' .

2. Построение системы управления позиционированием на основе яваой и неявной форы математического описания траектории и - принципов организации замкнутых в целом контурных систем числового программного управления с целью удовлетворения комплексного, критерия оптимизации и получения возможности обхода препятствии в рабочая зоне.

3. Уатод структурно-алгоритмического синтеза как системы в целом, так и составных функциональных ее частей....

4. Выработаны рекомендации по проектирований механической частя обмята .управления (манипулятора), по выбору его кинематической схсмы, по выбору и распределен®) энергетических, .'информационных и

вычислительных ресурсов системы, а такя» ло вяакярсБэжэ сптжзлы;:.;х траектория.

5. Система квазиопткмального позиционирования позволяет получать показатели качества, щнШижаюдагся к щаязлла-хаствтшк, гг^-'-к-'ч значениям на 85-95$. , -

Апросзашя работы. Основные положения и результаты дкссертж:;';:-пой работы домалывались и обсуждались на:

- Всесоюзном научно-техническом совеЕзшет по пробл$.уам допавялях работы автоматизированных электроприводов, Душанбе, сентябрь ЛЕСг,;

- ХХХШ межреспубликанской студенческой научно-технической хов&геяииз ВУЗов пркйлпсюких республик, БССР, Ь'ССР, Минск, апрель 198&г.;

- Краткосрочном семинаре при ЛЕНГП "Разработка и создакж эетсм ; -•газированных систем управления*, злектроу^хаюкескимк исяологлиьн-лчл устройствами роботов и манипуляторов", Ленинград, октябрь 1П80г.;

- кафедре систем автоматического управления СГЭГТУ.

Публикации. По материалам диссертационной работы олублдагдайо печатает работ.

Реализация и внедрение результатов. Основнь» рвиу.игст^, полученные в диссертации, использовались при выделений хсюдого5?'л.-.ш КИР "Микропроцессорная квазиопгинашшг. система тзицкоЕкромш; поворотной платформы" (N31003652 гос.регистрэции) для Ф1Л игл. Л. Г. Иоффе» "Разработка и изготовление шфрсвои системы потаодсЕирозякия на ТОКАМАКе-15" •.(N0184.0074514) ДЛЯ УАЗ та. К.В.Курчатгя;?., "Обеспечение динамической точности шотсоорданатпых аззкгрзкоу >-нических систем в условиях гибких автоматических произволе гв" (N0184.0007247) для Инженерного центра СПоТТУ и ряд других и приняты к использованию также в НПО ВНШЭСО, ШЗО "РЛТМ", Рижском тсхкуггсгас-' университете.

Структура диссертации. . Диссертационная работа состкгг ге введения, четырех глав и заключения, содэрват 194 страницы, вклхлэЛ 155 страниц основного текста,' 6 таблиц, 35 страниц с рису-жага, ¿7 страниц приложений и список литературы из 142 наименовании.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой тж. формулируется цель диссертационной работа, далоквш основные ¡»дачи диссертации и положения, выносимые нз задагу, приведена кркткая аннотация всех разделов работы.

В первой главе анализируются различны© постановки задачи оптимизации позиционирования и традиционные методы ее решения. Кселедуюгся свойства систем позиционного управления, синтезируемых зтами методами. '

Установлено, что задача оптимизации позиционирования - перевода РО электромеханического МКО из одной геометрической точки рабочего пространства в другую - решается различными математическими методами б соответствии с установленными математическими моделями ОУ и принятыми допущениями. Традиционно различают .' одно- и многокритериальную (векторную) оптимизацию в системах с фиксированной либо из,меняющейся структурой для одноуровневой или иерархической организации управления, код/чземого в классе гладких или разрывших функция с возможным учетом ограничений:. на фазовые ^ с :

*и.»тв 55 xiJ,ш*x- Е"хт> и геометрические «Кс^>гас гу. ' й с я^ ; й с ; € кга) координаты, на выделенные для .управления <ил с «хг "и.-шл« * к"хт) и регулирования ресурсы.

Анализ позиционных задач показал, .что наиболее часто движение оптимизируется по быстродействию, а также потерям энергии, точности воспроизведения траектории, точности подхода к заданному положению и т.п. в различных сочетаниях с первым. Наиболее .существенными из критериев оптимизации оказываются еле дувшие (в порядке их иерархии): оо'еспоченио требуемой динамической точности <уд - рассогласования по положению 53 при первой остановке степеней подвижности; быстродействие - время позиционирования я с заданной. статической точностью сс; потери энергии ле за цикл позиционирования. Эта требования противоречивы, и удовлетворение ■ им делает задачу оптимизации мяогозкетремальней и неоднозначной в смысле определения синтезированных на основе комплексного критерия функционалов качества. Важными эксплуатационными характеристиками являются тага®: апериодический подход к заданной . позиции. при любом допустимом сочетании лчрэжетров ОУ; обход препятствий ,в рабочей '.зоне; аналитическое программирование, перемещения в пространстве прямоугольных координат, связанных с обслуживаемыми предметами; простота и надеязость аппаратных средств системы управления; максимальное 'использование имевшихся в системе энергетических, .информационных. и вычислительных ресурсов. Наложение дополнительных требования по обходу препятствий приводит к необходимости решения контурных задач и ~ к повышение н&обхощшей вычислительной мощности

устройства управления <УУ).

Для многокоординатных обкястов (станков, рсоотов... > система управления позиционированием соглзсно традиционной декомпозиции цели управления является двухуровневой (рис.1.) с фккс;!рова1гаой структурой: на никнем - исполнительном - уровне пгаводоз степеней подзжтаости производился регулирование фаговых координат Х, <и, .. . т в соответствии с управ.,1гением с;. ), вырабатываемым верхним -задатацкм - уровнем. Верхний уровень связан с координацией роботы частей системы и может использовать информацию о состоянии нкквего для коррекши закона управления ши иной адяптлции и. тем сямым, поддержания требуемого значения функционала качества процессов. Такая иерархия может обеспечить раздельное нет согласованное управление с автономным регулированием, .что затрудняет или делает невозможным позиционирование с движением ГО по некоторой геометрической траектории для обхода препятствия в рабочей зоне. Оптимизация позиционного управления в рамках ■ традиционной структурно-алгоритшческоя организации, являющейся в целом разомгеиутоа в силу автономности решения задач моделирования движения и отслеживания в реальном масштабе времени зремени программных координат приводами степеней, подвижности, осуществляется за счет улучиения динамических свойств приводов степеней подаикности и совершенствования алгоритмов работы устройства ЧПУ (УЧПУ).

Синтез управления на исполнительном уровне классическими методами оотимизации - вариационного исчисления, максимума Понтрягина, блочно-модулыюй оптимизации, анализа решений дифференциальных уравнении вьшушшного движения и т.п. - приводит к построению систем с раздельным регулированием. Эти широко применяемые на практике метода рассчитаны яа синтез управления для объектов, описываемых дифференциальными уравнениями с постоянными либо медленно меняющимися коэффициентами. С их помощь» проведен синтез управления •дяя разомкнутой системы с дарэдаточной функцией вида Анализ <уд при о-с = сотазг этап систем позиционирования показал (рис.2.), что дяя настроенных на ерэдаяе величины изменяющегося параметра регуляторов при максимальном его значении предпочтительнее по величине ы золы трэбога разрывное управление, а при минимальном значении параметре - меньшее по величине зоны недобегз непрерывное управление. Значительные вариации параметров особенно характерны для ПР, которые обычно описываются значительно более слояньм моделями:

УП

УЧПУ

Г>

интерполятор пел'-------

пелокшия ^

ЙС) с

УП - управляющая программа; И! -.регулятор полокенкя Ркс.1.

ЛУ минимальная

чувствительность Рис.2.

1-прп-шип максимума ЛСЛоитрягина

2-аналиэ решений диф. уравнений

3-блочно-модулькай у - У. оптимизация

тэж шш ,

~ + у— 4-в ариаиионное ва шШ исчислениа

. УЧПУ ¡V

;пггеополятор скоЬости '.

и{Х)

приводы коердааат

Риг.З.

а

D(G)Ö+H<C,ö):-G(Q)=M<t), где D(Q) - матрица инзрции; H(Q.O) - вектор скоростных сил; G<Q) - вектор гравитационных сил: lf(t) - ?ектор управляющих момеатов в ссчлекеюш. Для, таких систем да*» согласованное управление степенями подвижности сопровождается звтсномньм регулированием контролируема фазозых коордичзт. Управлзнда в целок оказывается яеопткмзлььъм, хотя и позволяет полностью использовать ишидагся ресурсы. Этх катода пригодны з системах, для когорьяс отклонение параметров о? расчетных гмчеяии и обо стороны не превшает 10-155S.

Синтез управления на верхнем уровне свпзая прехдоз псего с трудоемким решением обратной задачи данамики большой рмякернссти. Значительный объем необходимых вычисления заставляет приодеть предварительные (до начала движения) противорочада принцип? оперативности выработки управления расчзты границы (рис.7, ф.5 рис.9) области допустимых состояния . Попытки избежать- решения зтоя сложной задачи приводят к недоиспользованию, прежде всего, энергетических ресурсов из-за занижения уровней скоростей и ускорения (ф. 15 iqjl < min <iaax qJ>elnl, imin qbma3£l), i < nla (irr,ах qj^!, Imin qJ>waxi), поскольку недопустимо насыщение регуляторов нютего уровня: iu^i < я:п (щах uij>irini, imin ui j>nv4Xi>- Этот подход таккэ не обеспечивает получение практически реализуемого в масштабе реального времени еггокзльчого управления, гребущего да трехстепенного манипулятора ке кеное 310 ууноженил и 260 слсжотга.

Анализ сущеетвуь-зк постановок и традиционных подходов к решению задачи оптимизации позиционирования показал, что отдать какое-либо предпочтение хотя бь: по критерию точности одному *лз классических методов оказывается невозможно. Необходимость удовлетворения противоречивым требованиям векторного критерия качества для нелинейного ОУ заставляет искать решение оптимизационной задачи иными способами.

- Во второй главе . разрабатывается метод мулътиструктурной 'организации; системы позиционирования, "обеспечивающий Парото-оптсшлыюе ьшокестао идеальных траекторий движения по границам аростргветна состоязля в соответствии и вубргнноа деж'-йпозициоя сотой цели управления на ряд частных. Сложности и решешя задтда удается преодолеть путем пррехода от системы с фиксированной структурой к системе с принятием регтения и функционал*но полной узкеяке«ог струэт.урн0-алгсржжтчбсксй организацией, адекватной каэдои -тх/чэа частаоя цели управления, выбираемся из их совокупности для достагекия

О

огстакзкруемыми параметрами экстремальных значений по принципу Беллмакз. Предание системе таких свойств переводит ее в разряд "сложных", анализ и сшггез которых тросуот системного подхода.

Согласно'принципу оперативности к обоснованности кожет бьггь выделено три последовательных относительно самостоятельных этапа решения отдалзацйонной задачи: проектирование рабочей малины с охтг.мкзацией соотношения размеров звеньев кинематической цени и распределения энергетически ресурсов по степеням шдвякностн, а такт правильный вью'ор аппаратной части к программных средств УУ; создан® управляющая прагрзйа/ы с шинированием оптимальных траекторий, каторг при заданных ресурсах однозначно фиксируют весовые ■ коэффициенты традиционных функционалов с комплексным критерием качества; оптимальное воспроизведение в масштабе реального времени информации УП.

Структурно-врэмэяная декомпозиций общей цели управления привода к выделению ■ по критерию быстродействия определяющего привода (рис.4,Б), работавшего с насьшпизм одной из фазовых координат. Соответствующая обобщенная координата назначается ведущей, на которую возлагается функция развертывания информации УП во времени, • а остальные становятся ведомыми. Пэзщионирсаэниэ ведущего привода происходит с максимально возможными ускорениями и скоростями (рис.6.), ведомые приводы при этом работах/г в контурном режике и обеспечивают обход прешггсгвш;, снижение знергопотерь и одновременное окончание дшакеиия всем» стогшк-а подвижности. Для реализации контурного рекша принят принцип организации замкнутых в целом (рис.3.) систем управления. Но в отличие от контурных систем контурная ошибка ек (илк точность <?к> воспроизведения траектории, заданной в неявной форме Ь: =0» *=1,2, У=(х,у,в)т, опрэделяотся

лишь отсутствиок столкновения с препятствием и .одновременным апериодическим подходом всех координат к заданной позиции с требуемой дшанкч&ской точностью <уд. В ходе воспроизведения траектории при ношении ведомых приводов происходигсмеда родеа: водомый привод с ограниченной старшей фазовой коорветатой становится ведущим, а ведущий пороаодится в разряд ведомых.

Метод построения фазовоя траектории, обестачиваотзй квазкогггаальное позиционирован)® (рке.7.) основан на той, что при задаййых ограничениях ах. йи фиксация траектории Ь однозначно определяет фазовую траекторию ^кривая 2) дгя ек=о. Оптимальным тиши

Ю

Рис.4.

"УЧИТ.........

с к

!

V

» Г 't

К

^ *<> г——■i ^ »О I ■ ■ ■ I ¿

й-> IЛРП|—»а—> j ЛРС|—»е-»

т.

Привод определявшей (веяуией> координата

ИД

да i -

^[í

до

Рис.5.

К, • К,- К. . К, -К,*, К~\<

Hcrf---,

""г^Г"

1 Í-F'. '

I f i V\ 4

Ф

<¿jn ' ' lei. I

■ 11 i i Г i

C.' • ■ /- -I

«2 ^

■»Mn

•Mi

Рис.в.

дезэды диМеренцируемых соответствующих геомзтрических траектории Ь, обеспечивающих обход инструментом препятствия в рабочей зоне и удовлетворяющей принципам "митиачького действия" Гамильтона и "минимального принуждения" Гаусса, считаются две прямые, сопряженные • ыштовой ливиэя. В большинстве практическая случаев возможна задана такой траектории ъих плоскими аналогами. Причем ке требуется предварительного расчета гранили запретной .зоны, связанной с движением РО по Ъ и необходимой в традиционных структурах дая выбора &У (кривая 1) или для проектирования всей фазЬвой траектории 5(3) ("кривая 2), а система сама стремится ее воспроизводить при позиционировании, чем обеспечивается основной выигрыш времени 51 -ТШ/ТГ[2 и гочеостатачность системы в целом. При фиксированных начале и конце траектории выбору подлепит соотнощения ее элементов и. ориентация в пространстве.

При анализа результатов биомеханических исследований, изучении конструкций манипуляторов определено, что мощности трех переносных степеней подвижности одинаковы, а дайны, движущие моменты и скорости застав манипулятора должны . находиться в соотношении "золотого вурфа", ^письгвгвдэго соотношение частей отрезка АВ: {А-В-С-Р} как: й'=А.С*ВС/ВС*Я> - $*/2 = 1,31, где я = 1,618 - соотношение "золотого сечения", и образуют тага® Пзрето-оптикальное кножство,

В третьей главе проводится синтез структур и алгоритмов управления определяйте (ОН) и ведомых (ЬК) координат, а также регуляторов, координирую»« работу всей системы. В основу исходной структуры координатных приводов положена наиболее распространенная на практике система подчиненного регулирования параметров движения (рис.5.).

Синтезированы алгоритмы работы ОК, обеспечивающие тал Тп и тах <7д при различных законах изменения момента инерции 3(Б) привода, вариации которого являются наиболее сильным возмущающим фактором. Закон; изменения определяется на этапах разгона (рис.5,6.) и экстракта- руотся на этап тормодания. Например, для ¿=ЛШ и итах-=оо

р е0 з ,

торкоиенив начинается по условию ¿п5*^ [1+- )' (1+-;--------) ],

Ип<й) о С I

где Р--Нр * ^^у-о^с1- ^ ИР" ^-1/<а+Ьг)

^"¿Г*- При Л = и 1»«««о <^'(^1.04^-]^.

Поялдътягость экстраполяция парируется переводом ведущего привод:! в

скользящий реазм (начиная с и^) на заключительной; стзцип тсржйвяя. . Фиксация в заданной позиции достигается переводом этого или вссх приводов в следящий реки при достижении остатка пути S<S„ (<kjc), - обеспечивающего линейный режим работы локальных регуляторов положения, скорости, мокента (ЛРП, MZ, ЛИ).

Для управления контурным редаом БК, работающих в структуре замкнутой в целой системы управления, синтезированы гекер'ягор контурной скорости (ГКС>, динамический компенсатор контурной ' оеуг'кд (ЖО) и системный регулятор траектории (СРТ) (рис.4.). Для слскшх механизмов решайте« прямая и обратная задачи кинематики (ГОК, 02К). Почти полная ■ консервативность системы позволяет организовать управление только на основе информации о ее внутреннем состоянии, которое наиболее полно отражается на величине е^. Использование свойств этих-систем позволило.решить задачу по определения вектора контурной скорости: o:í ко рассчитывается, а восстанавливается. с помоаью регулятора контурной скорости (РКС) по данным о скорости и величин» управления ОК: '

\ = + W-1 • °у = V и0

Получены, алгоритмы управления позиционированием с воспроизьедэнио.-т типовых, элементов траектории - отрезков прямых и дуг окружностей. .

На основе анализа эмергентных свойств замкнутых в излом систем управления разработан. алгоритм. логического анализа динамического состояния приводов степеней подвижности, ..позволявший однозначно выявить ведущую координату в любой комонт врекени, а так;® определяющий множество, и иерархию функций для кзадого из приводов к, Тем самым, структурную организацию последних. Процедура определения приЕода ОК заключается в сортировке фазовых координат и БьЗорз параметра yQ= {S,l> с О - <0,1...,п; ОД,...,а} через установление факта насыщения i-тоя фазовой координата á-тоя степени подвикностк: ' ; . •■ г о.

где i » <Х « я^ u" ü в я чэрез отобраавниэ предт-оттениа мдадших производных:.

£ pi*ur- Гц*"*** - 'с Ъ)«

При этом для однозначного принятия решения и. переключения структур допускзотся ограничение лишь одаой из фазовых координат любой степени

о. при 1*0

при 2*0

запретная

"'х, зона

---

грэдеяьная $азо-^^ вая траектория

п

СГ

поз у,

Рис-7.

1,4:

02 0.4

Рус.8.

и/с } 3 прямая

51

I 43 /

• I

| окружность пряг^аг. |

л.

1

/Т

г

I ^^ I 4

I I

О2 ¡"¿г..

0.4

0.6

и

подегдиости вегшо о^двлдапрго привода. Р-обота ведочьх приводив с вэсышшом регуляторов обвоютивдат безударное пэроключекке струхтур кгк отдельных косрдкнат, так и вс»й системы в целом,

В четвертой глаЕе рассматривается формализация и алгоритмизация процедур синтеза, приведенных во второй и третьей главах, и на их основе разрабатывается пакет программ имитационного моделирования. Лается описание программного обеспечения . для киитациоаного моделирования ПР и огатных образцов МКО. Приводятся результаты !:зш:шного к натурных экспериментов - по проверке алгоритмов кьазкогсгим&шюго позиционирования. Ка рис.8 приведет разовый портрет позиционированияохвата манипулятора ТУР-10 по тгехзле"эятной траектории с яг=1.4, заданной точкзки: У, (0//3; -0.2; 0.7), 'Л ¿0,72; 0.1Г>;0.7), У3<0.С9106; 0.23815; 0.7), У4<0.61638. 0.29204, 0/7), У3(0.48; 0.3435; 0.7), где У3 - средняя точка дуги окрушсстл. В результате получены слоДуощ® данные <ло сравнения с традиционно организованной системой): 5. = 0.С5, - 1.85, ле = 0.9?,.

В заключении изложены основные результаты работа. В приложение представлены фрагменты шкота прикладных программ я акты использовала результатов.

ОСНОВНЫЕ НАУЧШЕ 15 ШЛП^СИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведан. аяатаз раэлпгас широко применяемых гохутчясбук л методов решения задачи опггшгзяции вогкок>тф?в«»ия, Зыявлепм эморгектные сзоастза погициояякх систем лгчзх рамчгогс» улразлйдия с. различной структ.урко-алгсргггкической организацией, сжгтэзигровэнных згами методами.

2. Разработай оснсзаавыя на фушамонально косной совокупности структур и алгоритмов метод культиструктурноя организации юзишонной • тяган с яризятиз» рожнйЯ и вь^гэняем определяющего (вед/цого) я ведомых приводов, сбесяэчква«®« Парвто-ошшально» йнояюсгеп иззальшя траектории дзикмш да трглэдэ« прс-лрзвзтва -состояния а соответствии с здзржяса декочгозй»з»гй пб-цол деля уггрявлигая кг р-чд частая о предав;»* системе в цдож свойства гсгсэостаикяогтя.'

в Сформированы алгоритмы функционирования шдуг;его и ьедеяых приряцоз, сбэсгачкзаса?« за счэт гаьйолео кмного иет.пггчвда экддодоя 5иэргвтрпгс;«х, кнферягаиеЕше и регуреоа

укеаьаеш» времени тарэтаеяия рабочего органа да 1С-305, потерь оперши до 4,7% и подход к зэдздному золоввдаш бьз гаререгулиревзиия с

точностью 1-2 дискреты датчика..

-1. Опредмсза структура системного компенсатора и регуляторов траектории и контурной скорости, позволяющих использовать алгоритмы замкнутых в целой контурных систем для воспроизведения, ведомыми приводами заданной траектории с целью . одновременного ' окончания дшжния степенями'-годожаости, севвэния потерь энергии и обхода препятствии в рабочей зоне при позиционировании. ' '

5. Предложен алгоритм безударного переключения структур, базирующийся на выявленном свойстве замкнутых в целом контурных систем, за-клачэюоемгя в допустимости работы ведомых приводов с насыщением одной из фазовых координат в точение вргяши, необходимого для смоеы ролей и переключения структур приводов стешнея подвкгности.

6. Разработай комплекс программ имитационного моделирования и созданы опытные образцы многокоординатных систем • позиционирования, включая аппаратные средства к системное программное обеспечение. ■

7. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие' достоверность основных теоретических пешжений и -•-. эффективность разработанных структур и алгоритмов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Барсегов М.А., ■ Соколов O.A., Укдзров С.А. Структурная оптимизация-управления даиаениэи многокоордьшатных технологических объектов. // Бычислителыме, измерительные и управляющие системы: «еявуз. сб. Ко. 430 -Д.:' ДЛИ, 1989.- е. 63-68. '

Z. Бипнищий A.B., Злсбш А.Г.,. Соколов O.A., Ундэров С.А. М./льта.етсропроцессорная система индивидуального и . группового управления роботами . // Разработка ,. автоматизированных систем управления электромеханическими исдальпительными устройствами роботов и манипуляторов.- Л: ДЩШ1.1&86.- с.62-66.

3. Винницкий A.B., Соколов O.A., Увдаров С.А. Мккропроцэс-сорная система управления приводами промышленного робота // Проблемы оптимизации работы автоматизированных электроприводов. Тез.докл. Всессаз. нзучно-тохвич.совещ. (Душанбе, сентябрь 1986).- Л. :ШН10 ЭКЭП, 1986.- С.93-85.

4. Курмгшев А.Д., Соколов O.A., Ундаров С.А. Системы позивдони-розания прошаленного работа. // Полупроводюшовш. электропривода с цифровым и цифроаналоговым управлением.- Л.:ДДЩП,1989.- с.42-45.

5. Молчанский Л.Э., Увдаров С.А. Квазиоилмальная позиционная

ig.