«Разработка САУ рукой робота» - Курсовая работа

Содержание

Введение 4

1 Исходные данные 6

2. Дифференциальные уравнения электромеханической системы 8

2.1 Классическая форма записи уравнений 8

2.2 Уравнения состояний системы управления и двигателя 9

3. Структурная схема электромеханической следящей системы 11

3.1.Блок-схема электромеханической следящей системы 11

3.2 Структурная схема САР скорости с развернутой структурной схемой двигателя 11

3.3 Структурная схема электромеханической следящей системы с свернутой структурной схемой двигателя 12

3.4 Передаточные функции САР скорости по управлению в tf-форме и разомкнутой и замкнутой электромеханической следящей системы 12

4. Анализ электромеханической следящей системы 13

4.1 Анализ устойчивости 13

4.1.1 Анализ устойчивости по характеристическому уравнению 13

4.1.2. Анализ устойчивости по корням характеристического уравнения 14

4.1.3. Анализ устойчивости по распределению корней 14

4.1.4. Анализ устойчивости по nyquist 16

4.1.5. Анализ устойчивости по ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы 17

4.2. Анализ показателей качества САР скорости и СС 17

4.2.1. Анализ показателей качества САР скорости 17

4.2.2. Анализ показателей качества СС 19

4.3. Анализ точности скорректированной системы 20

4.3.1. Скоростная ошибка системы 20

4.3.2. Позиционная ошибка САР скорости 21

5. Коррекция двухконтурной электромеханической следящей системы 23

5.1. Коррекция САР скорости 23

5.2. Коррекция с П-регулятором 27

6. Анализ чувствительности и точности САР скорости 29

6.1. Анализ чувствительности по отклонению от заданного параметра 29

7. Коррекция электромеханической следящей системы в пространстве состояний 31

7.1. Структурная схема и матрично-векторное описание системы с доступом к переменным состояниям 31

7.2. Структурная схема и матрично-векторное описание системы с модальным регулятором 34

8 Реализация цифрового модального регулятора для скорректированной системы 38

9. Исследование электромеханической системы с наблюдением 40

Заключение 43

Список литературы 44

Введение

Автоматизация промышленности стала в последние десятилетия одним из приоритетных условий развития производства. Роботизация производственных процессов приводит к росту объемов выпускаемой продукции, снижению себестоимости и к значительной экономии сырья, повышает безопасность производства.

Одно из самых прогрессивных направлений в комплексной механизации производства - внедрение автоматического управления с использованием микропроцессоров, то есть роботизация. Промышленные роботы представляют собой электромеханические, пневматические или гидравлические устройства, которые подчиняются командам операторов либо работают при помощи технологии искусственного интеллекта.

На сегодняшний день по всему миру работает уже более 1,5 млн. роботов. Из них более половины (около 800 тысяч) используется в промышленности, главным образом на конвейерной сборке продукции. Использование инновационных технологий уверенно ведет промышленность к тому, чтобы все основные производственные задачи решались интеллектуальными системами.

Следующим этапом в этом процессе может стать использование в промышленности андроидных роботов. В отличие от узкоспециализированных промышленных роботов, андроиды (неиндустриальные роботы) - универсальные механизмы, которые могут быть интегрированы в любую сферу человеческой деятельности. Представляя собой периферийные компьютерные устройства, они могут без потери времени переключаться на выполнение новой задачи в момент запуска соответствующей программы.

Не случайно разработка и производство андроидов прогнозируется специалистами в качестве одного из самых прибыльных направлений развития индустрии XXI века - по оценкам, рынок андроидов уже через 10 лет составит около 30 млн. экземпляров. Немаловажные стимулы роботизации промышленности - эффективность и высокий КПД роботов, а также простота в обслуживании и перепрограммировании.

Целью данной курсовой работы является разработка САУ рукой робота. Данный элемент робота должен обеспечивать возможность захвата и удержания объектов. Кроме того, система должна отвечать всем заданным в техническом задании параметрам, обеспечивая достаточное быстродействие, а самое главное - точность регулирования.

Выдержка из текста работы

1 Исходные данные

Система управления рукой робота

Рис. 1. Функциональная схема неизменяемой части системы управления рукой робота: УН – усилитель напряжения; ТП – тиристорный преобразователь; ТГ – тахогенератор; ИД – исполнительный двигатель; Р – понижающий редуктор

Линеаризованные уравнения элементов системы имеют следующий вид.

Усилители

u2=ku1*u1, uoc=ku2*uтг

Обратная связь

u3=u2-uoc

Преобразователь и двигатель

Т_пр 〖du〗_я/dt+u_я= k_пр*u_3,T_дв dω/dt+ω= k_дв*u_я

Тахогенератор и редуктор

u_тг=k_тг*ω ,(dα_1)/dt= k_p*ω

В приведенных уравнениях:

u1, u2,u3, uтг, uос – напряжения постоянного тока,

ɷ– угловая скорость исполнительного двигателя,

Тпр– постоянная времени двигателя с учетом приведенного момента нагрузки.

Исходные данные для схемы приведены в табл. 1.

2. Дифференциальные уравнения электромеханической системы

2.1 Классическая форма записи уравнений

Система уравнений, описывающих работу двигателя, сводится к единому уравнению, где в качестве переменных две величины: UH(t) и ωвр(t).

(2.1)

Разделим обе части уравнения (2.1) на величину СЕ и введем константы Тм, ТЯ и КД.

(2.2)

Блок регулируемого электропривода (БРП, см Рис. 1) состоит из предварительного усилителя (ПУ2) и усилителя мощности (У). Усилитель мощности представляет собой апериодическое звено первого порядка с коэффициентами КУ и ТУ. Предварительный усилитель (ПУ2) – пропорциональное звено с коэффициентом передачи КПУ2 (см табл. 2).

Уравнение усилителя мощности:

(2.3)

Предварительный усилитель (ПУ1, см Рис. 1) представляет собой пропорциональное звено с коэффициентом передачи КПУ1. Уравнение предварительного усилителя (ПУ1):

; (2.4)

Редуктор представляет собой интегрирующее звено и служит для преобразования скорости вращения вала двигателя ωдв(t) в угол поворота φp(t). Уравнение редуктора:

(2.5)

Тахогенератор – устройство для измерения скорости вращения. Напряжение на выходе тахогенератора Uвых(t) пропорционально скорости вращения ωвр(t).

Заключение

В ходе курсового проектирование была разработана система автоматического управления рукой робота. Система формируется с учетом микропроцессорного управления.

На первом этапе проектирования была подобрана элементная база, были найдены передаточные функции элементов и всей непрерывной системы в целом. Далее было проведено исследование непрерывной системы.

Ввиду недопустимого системного управления было решено синтезировать корректирующее устройство. Синтез желаемой системы осуществлялся по методу запретной зоны.

Был осуществлен синтез корректирующего устройства двух типов: аппаратного и программного. Оба типа корректирующих устройств удовлетворяют требованиям по коррекции, ввиду явных улучшений характеристик.

Исследуя положительные и отрицательные черты этих двух типов корректирующих устройств, было решено установить программу коррекции.

Таким образом, после продолжительного проектирования была получена дискретная система автоматического управления, удовлетворяющая требования, поставленным в техническом задании. Работоспособность системы подтверждается многочисленными характеристиками, приведенными в отчете.

Список литературы

1. Методические указания к выполнению лабораторных работ 1-5 по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210300 «Роботы и робототехнические системы» дневной и вечерней формы обучения /Сост.А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров.:ВГТУ,2004.23 с.

2. Методические указания к выполнению лабораторных работ 6-10 по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210300 «Роботы и робототехнические системы» дневной и вечерней формы обучения /Сост.А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров.:ВГТУ,2004.47 с.

3. Методические указания к выполнению лабораторных работ 11-12 по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210300 «Роботы и робототехнические системы» дневной и вечерней формы обучения /Сост.А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров.:ВГТУ,2006.17 с.

4. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальности 210300 «Роботы и робототехнические системы» дневной и вечерней формы обучения Сост.А.П. Харченко, Ю.С. Слепокуров.:ВГТУ,2008.29 с.