CC BY
16
УДК 62-83
МИНТУС А.Н., кандидат технических наук, доцент (Донецкий национальный
технический университет) МИТИН Д.А., студент группы СПУм-19 (Донецкий национальный технический университет)
Оптимизация системы регулирования линейных электроприводов робототехнических комплексов с параллельной кинематикой
Mintus A.N., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DNTU) Mitin D. A., student of SPUm-19 group (DNTU)
Optimizing the control system linear electric drives of robotic systems with parallel kinematics
Введение
В настоящее время одной из основных задач сложных
электромеханических систем является позиционирование механизмов. Причем зачастую требуется крайне высокая точность позиционирования как при отработке постоянных, так и гармонических входных воздействий.
В данной статье рассматривается робототехнический комплекс с параллельной кинематикой типа Biglide. Привод исследуемого механизма состоит из сервопреобразователя LinMot E210-VF, а также из двух линейных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов (ЛСД-ПМ) LinMot P01-23Sx80.
Анализ последних исследований и публикаций
Решение задачи позиционного управления робототехническим
устройством с замкнутой кинематикой рассмотрено в работе [1], где учтены особенности представления контура моментообразующего тока для синтеза цифровых систем регулирования
электромеханических объектов [2]. Вопросы повышения точности отработки гармонических воздействий электроприводами с непосредственным цифровым управлением рассмотрены в
[3].
Цель работы
Оптимизация системы
регулирования линейных
электроприводов робототехнических комплексов с параллельной
кинематикой с целью повышения точности отработки гармонических входных воздействий.
Основная часть
Рассматриваемый механизм
состоит из двух линейных электродвигателей LinMot P01-23Sx80 (на схеме Д1 и Д2), благодаря которым он приводится в движение. Управление двигателями реализовано через контроллер DSpace ds1103 при помощи двухканального сервопреобразователя LinMot E210-VF (Ш1 и Ш2). Данный контроллер способен обеспечить крайне
малый период дискретности системы механизма представлена на рис. 1.
порядка 1 мс. Структурная схема
Рис. 1. Структурная схема робототехнического комплекса с параллельной кинематикой
Система автоматического
регулирования (САР) была разработана с учетом следующих допущений:
- магнитным насыщением стали можно пренебречь;
- длина якоря стремится к бесконечности, поэтому краевым эффектом можно пренебречь;
- магнитная проницаемость стали стремится к бесконечности, поэтому потерями в стали можно пренебречь;
- потокообразующая компонента тока индуктора ¡а искусственно поддерживается
сервопреобразователем равной нулю.
В [2] было доказано, что при синтезе САР контур регулирования моментообразующего тока может быть представлен в виде апериодического звена с постоянного времени Тр.
На основании вышесказанных допущений была синтезирована САР с П-регулятором скорости и П-регулятором положения. Модель системы представлена на рис. 2, где с -конструктивная постоянная двигателя, т - приведенная масса подвижной части механизма.
Рис. 2. Модель системы автоматического регулирования
ПФ дискретного замкнутого КРС имеет следующий вид:
г(Т -Т + т^;) -Т^ -Т^! + %
(1)
^ 2% + г(Т -т^г -Т -Тг + Тгйг)-ТЛГ + Т + тсаг где Т- период дискретности
Непрерывный аналог дискретной передаточной функции замкнутого контура регулирования положения, полученный с учетом
2 =
1 + р 1-Р
(3)
к
= е
(2)
_ Т
Р = — Р 2
(4)
т
имеет следующий вид:
р2ь2 + рь +1
где
^„„„ =
крп —3 г . —2 г . — л
р а,+ р а, + ра1 +1
, 2Гп + ьт
а, =—п-—
1 Т
а, = 2Тпа1 + Ь2Т
2 Т
а2 = 2Тп а2
2(Т + т^ + - Тс^ - Т)
т - Та
(5)
/
2Тсаг + 2ТС - Т + 2Ту - 2Т^/ - Таг
т - та
/
Ь =
2(Т^ + Т^ - Т)
т - та
/
(6)
(7)
(8) (9)
(10)
11)
2т, - 2т,а, - т - та,
ь =_I_I I_¿_
т - та
/
(12)
Определенные из условия обеспечения модульного оптимума постоянные интегрирования
разомкнутых контуров регулирования скорости и положения соответственно имеют вид:
т = 2ТГ + Т
Т = 2Т
(13)
(14)
Следует отметить, что такая настройка внешнего контура
регулирования положения используется исключительно при отработке малых перемещений, когда система работает в линейном режиме и ни одна из координат не достигает ограничений.
Результаты моделирования
представлены на рис. 3.
О 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
I, С
-0.1
О 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05
1, С
Рис. 3. Графики работы системы при отработке малого перемещения
2
В виду того, что синусоидальный гармонический сигнал изменяется достаточно плавно, приведенная настройка хорошо подходит для реализации САР, отрабатывающей данное гармоническое воздействие.
Целесообразность использования комбинированного управления
обуславливается тем, что при отработке гармонических воздействий в системе появляются отклонения, как по фазе, так и по амплитуде, обусловленные частотными характеристиками системы, которые зависят от ее параметров.
Принцип комбинированного
управления по задающему воздействию основан на возможности помимо регулирования в замкнутом контуре еще и коррекции в разомкнутом цикле, что требует формировании на входе системы, помимо самого задания,
сигналов пропорциональных его производным [3].
Поскольку входной сигнал является синусоидальным, то реализация его производных возможна без использования дифференцирующих звеньев, тогда:
g = $т(Ш + ср) g' = с собС + р) g'' = -с2 ътС + ср) g''' = -С + ср)
(15)
(16)
(17)
(18)
Структурная схема задающего устройства изображена на рис. 4.
е^^пм+ф)
-Ш3 Ьэ
§:(1)=С05М+ф) 0) ь,
> -ОГ Ьт
У
Рис. 4. Структурная схема задающего устройства
В данной схеме реализовано 3 производных, однако, при большем порядке системы, возможно
использовать большее количество корректирующих связей. Передаточная функция задающего устройства имеет следующий вид:
к у = Р А
-р2 А + ра, +1
(19)
Для компенсации знаменателя должно выполняться равенство:
а = А
Результаты представлены на рис. 5.
(20)
моделирования
0.01
2
-0.01 -0.015
1т "Ч^ч --- - Задание - Система с комбинированным управлением - Система без комбинированного управления
Ч
ч \ //
V V
•ч
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
(а) I, С
{6)1, С
Рис. 5. График отработки гармонического задания на перемещение (а) с частотой 6 Гц и амплитудой 1 см, (б) с частотой 4 Гц и амплитудой 2 см
Выводы
В работе показано, что реализация комбинированного управления, когда задающее устройство имеет тот же порядок, что и контур регулирования положения, обеспечивает
исключительно высокое качество отработки гармонического входного воздействия.
Список литературы:
1. Старостш С.С., Сафонов А.П. Позицшне управлшня робототехшчним пристроем iз замкненою кшематикою // Вюник Кременчуцького державного
ушверситету. - Кременчук, 2010.
2. Старостш С.С., Толочко О.1. Дискретна математична модель контуру моментоутворюючого струму для синтезу цифрових систем регулювання електромехашчних об'екпв // Науковi пращ Донецького нащонального техшчного ушверситету - Донецьк, 2011 - №10.
3 Минтус АН, Рак АН., Андрющенко К.К. Повышение точности отработки гармонических воздействий электроприводами с непосредственным цифровым управлением // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта - Донецк 2020 - №57.
Аннотации:
В статье детально рассмотрен робототехнический комплекс с параллельной кинематикой, для повешения точности отработки гармонических задающих воздействий использован принцип
комбинированного управления.
Ключевые слова: робототехнический комплекс, система регулирования,
комбинированное управление.
The article discusses in detail a robotic complex with parallel kinematics; the principle of combined control is used to increase the accuracy of working out harmonic reference influences.
Keywords: robotic complex, control system, combined control.
УДК 656.25
ГЕРМАНЕНКО О.А., к.т.н., главный инженер Дирекции по эксплуатации и ремонту
подвижного состава. (ГП «Донецкая железная дорога») РАДКОВСКИИ С.А., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Надежность и готовность систем железнодорожной автоматики и телемеханики в условиях Донецкой железной дороги
Germanenko О.А., Candidate of Engineering Sciences, Chief Engineer of the Directorate for Operation and Repair of Rolling Stock. (State Enterprise "Donetsk Railway")
Radkovsky S. A., Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor (DRTI)
Reliability and readiness of systems of railway automation and telemechanics in the conditions of the Donetsk railway
Введение
Процесс движения поездов сопровождается непрерывной работой систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ). Данный фактор определяет высокие требования к надежности, готовности и
функциональной отказоустойчивости таких устройств:
1) обеспечение безопасности движения при перевозке грузов и пассажиров;
2) срок службы и непрерывный характер работы в течение длительного периода времени;
3) широкое применение и эксплуатация в сложных условиях работы (климатические, динамические и т.п.);
4) изготовление и производство устройств СЖАТ в промышленных масштабах.
В любой момент времени система должна быть готова к выполнению своих функций с высокой вероятностью, даже с учетом выхода из строя одного или нескольких составляющих ее элементов. В противном случае могут возникнуть события, повлекшие нарушения, как в эксплуатационной работе, так и в
