Повышение быстродействия при позиционном управлении движением руки робота Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Повышение быстродействия при позиционном управлении движением руки робота Марахин Е.Ю.1, Беляева А.С.2

1Марахин Евгений Юрьевич /Marahin Evgenij Urevich - студент; 2Беляева Анастасия Сергеевна /Belyaeva Anastasija Sergeevna - студент, кафедра автоматизации и робототехники, факультет информационных технологий и компьютерных систем, Омский государственный технический университет, г. Омск

Аннотация: исследуется задача квазиоптимального по быстродействию управления манипулятором учебного робота. Предложен алгоритм квазиоптимального управления угловой координатой положения руки робота.

Abstract: study the problem of the quasi-time control of the robot manipulator school. An algorithm for quasi-optimal control angular coordinate position of the robot arm.

Ключевые слова: управление роботом, оптимальное управление, быстродействие робота, алгоритм оптимального управления.

Keywords: rnntrol of robot, optimal control, the speed of robot, the algorithm of optimal control.

УДК 62-529: 681.532

Мини робот МФЮУ15 предназначен для учебных целей и управляется от компьютера, реализующего функции системы числового программного позиционного управления. Возможность свободного перепрограммирования алгоритмов управления позволяет улучшать процесс управления и обеспечивать его более высокое качество [1,2]. Рассмотрим вопрос повышения быстродействия робота путем модернизации алгоритма управления координатными перемещениями.

В качестве объекта исследования выбрана система поворота плеча руки робота. В исходном варианте управление этой координатой разомкнутое, с использование шагового привода. Однако, в системе предусмотрен потенциометрический датчик угла поворота, что позволяет использовать более совершенное замкнутое управление и осуществить позиционное управление с обратной связью по управляемой координате. [3].

Рис. 1. Функциональная схема привода поворота

Замкнутая система управления координатой поворота плеча робота представлена на рис. 1: Пл -подвижный компонент (плечо руки) робота; Д - приводной двигатель вместе с электронной схемой управления; К - логика управления, реализованная на программируемом контроллере; Дк - датчик координаты.

Если привести поворачиваемую массу плеча к валу двигателя и рассматривать двигатель как астатический элемент с инерционными свойствами, то двигатель вместе с перемещаемым плечом робота можно описать структурой, состоящей из последовательного соединения интегрирующего и инерционного звеньев с передаточной функцией:

Р Тр + 1'

где кд - коэффициент преобразования двигателя, кп - коэффициент преобразования по углу поворота плеча робота, Тр - постоянная времени поворачиваемой части конструкции робота.

Уравнение движения плеча робота в соответствие с приведенной передаточной функцией:

р(Тр + 1)^(0 = к • и(£),

где = I • /&(£), I - передаточное отношение редуктора, к = кд • кп - коэффициент преобразования.

Полученное уравнение соответствует инерционным свойствам объекта управления и в этом случае можно применить квазиоптимальное по быстродействию управление, которое состоит в использовании максимального управляющего воздействия в начальный момент управления и в скачкообразном изменении управления до требуемого значения в момент прихода объекта управления в заданное состояние. На возможность оптимизации управления по критерию быстродействия указывается также в [4].

Логику квазиоптимального управления можно отобразить эквивалентной структурой регулятора, показанной на рис. 2.

С Начало )

Вычисление dx/dt

Блок оптимизации контролирует ошибку в системе и при превышении ошибкой

и = ита^8пх

и=knx+kddx/dt

кп,кл

Вывод и

Рис. 3. Алгоритм квазиоптимального управления

установленного предельного значения переключает управление на выход формирователя максимального управляющего воздействия (положение Б, изображенное на рис.2.)

После того, как ошибка станет равной нулю, управление переключается на выход пропорционально-дифференциального регулятора, который стабилизирует заданное уставкой значение управляемой координаты. Алгоритм вычисления управляющего воздействия контроллером в соответствие со структурой на рис.2 приведен на рис.3.

Программа управления формирует заданное значение координаты плеча робота (уставку). С этим значением сравнивается сигнал от датчика координаты и вычисляется ошибка. Если ошибка превышает заданный предел, то выдается максимальное управление на привод. В том случае, когда ошибка меньше заданного предела, реализуется пропорционально-дифференциальный закон регулирования положения плеча руки. Управляющее воздействие при этом вычисляется через величину ошибки и производную этой величины. При вычислении управления используются коэффициенты настройки ПД-регулятора кп и кд, которые хранятся в памяти.

Описанный алгоритм используется при управлении всеми поворотами робота, что позволяет улучшить его динамику и сократить время отработки координатных перемещений.

Литература

1. Садкина А.А., Федотов А.В. Управление промышленным роботом с ангулярной системой координат. Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы III Междунар. науч.-техн. интернет-конф. молодых ученых. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. - С. 145-147.

2. Бобров М.Ю., Федотов А.В. Управление транспортным манипулятором. Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы II Междунар. науч.-техн. интернет-конф. молодых ученых. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2012. - С. 90 -93.

3. Федотов А.В. Основы теории автоматического управления: учебное пособие. - Омск: Издательство ОмГТУ,

2012. - 312 с.

4. Юревич Е.И. Основы робототехники. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 416 с.