ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра робототехнических систем

Методические указания

к лабораторным работам № 8–10 по дисциплине «Исполнительные системы роботов» для студентов специальности 220402 «Роботы и робототехнические системы» очной и очно-заочной форм обучения

Воронеж 2010

Составители: канд. техн. наук С.С. Ревнёв,

канд. техн. наук В.А. Трубецкой

УДК 681.527.2:621.865.8

Методические указания к лабораторным работам № 8-10 по дисциплине «Исполнительные системы роботов» для студентов специальности 220402 «Роботы и робототехнические системы» очной и очно-заочной форм обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. С.С. Ревнёв, В.А. Трубецкой. Воронеж, 2010. - 27 с.

В методических указаниях определен порядок исследований влияния струк­турных особенностей, законов регулирования и параметров уст­ройств на статические и динамические свойства систем воспроизве­дения движений роботов. По каждой из лабораторных работ даются теоретические пояснения, предварительное, рабочее задание, методические рекомендации, требования к отчёту, кон­трольные вопросы.

Методические указания подготовлены на магнитном носителе в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 и содержатся в файле ЛР_8_10_ИСР_2010.doc.

Предназначены для студентов 4 курса очной формы обучения, 5 курса очно-заочной формы обучения.

Ил. 5. Библиогр.: 10 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.К. Муконин

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.И. Шиянов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКОНТУРНОЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ С НАСТРОЙКОЙ НА МОДУЛЬНЫЙ ОПТИМУМ

1. Цель работы

Получение навыков расчета и практической реализации опти­мальных настроек; экспериментальные исследования статических и динамических свойств одноконтурной однократно интегрирующей системы при техническом (модульном) оптимуме.

2. Теоретические пояснения

Средством повышения быстродействия и точности управления выходной и промежуточными координатами (переменными) любого объекта является их регулирование с ООС. Однако включение ООС не является условием достаточным. Может существенно уменьшится устойчивость и демпфированность. Для высокого качества регулирования требуются определенные частотные свойства контура, образуемого ОС. Их коррекцию называют настройкой.

Настройку контуров каждой из переменных удобно выполнять с помощью включенных последовательно в цепь прямой связи актив­ных корректирующих устройств - регуляторов. На вход регулятора подается рассогласование по переменной данного контура. Регуля­тор преобразует по определенному закону это рассогласование в сиг­нал управления объектом. Настройку можно рассматривать как выбор такой ПФ регулятора , которая позволит получить необходимую ПФ контура в замкнутом состоянии и соответствующую ей ПФ разомкнутого контура .

Несложная реализация регулятора получается, если объект контура - простейшее динамическое звено. В неизменяемой части - в объекте - часто удается выделить такое звено, имеющее большую постоянную времени . Если остальные постоянные объекта малы (их сумма не превышает половины ), то постоянная считается основной, подлежащей компенсации при настройке.

Для практического расчета настройки, т.е. для выбора переда­точной функции регулятора и определения его параметров можно воспользоваться таким правилом. Контур считают состоящим из двух частей - регулятора с ПФ и неизменяемой части с ПФ

. (1)

В учитывают свойства всех динамических звеньев с малыми постоянными времени. Статические свойства цепи ООС учитывают отдельно величиной . Далее выбирают критерий настройки, определяющий . После этого вид и параметры ПФ регулятора определяют, учитывая, что

. (2)

Наиболее распространенным критерием является модульный оптимум (МО).

При настройке контуров высокодинамичных ИС необходима их оптимизация прежде всего по быстродействию (при практическом от­сутствии перерегулирования), а также по точности воспроизведения предписанного значения регулируемой координаты и минимальном ее отклонении из-за возмущений. Условия такой оптимальной настройки определяются модульным или амплитудно-частотным критерием, называемым также техническим оптимумом. Настройка на МО превращает замкнутый контур в колебательное звено второго порядка с передаточной функцией

, (3)

для которой коэффициент демпфирования = 0,707. Для получения необходимо, чтобы в разомкнутом состоянии

. (4)

Нетрудно видеть, что свойства настроенного на МО контура не зависят от наибольшей постоянной времени.

В качестве примера рассмотрим расчет настройки на МО одно­контурной системы ШИП-Д с управлением по скорости, показанной на рис.1.

Рис.1. Одноконтурная система ШИП-Д

В общем случае двигатель является апериодическим звеном второго порядка ( ) и его можно представить как последовательное соединение звеньев с малой и с большой постоянными времени, т.е.

, (5)

где - меньшая, - большая постоянные, .

Преобразователь, а также звено в цепи ОС, являются звеньями с малыми постоянными времени

, (6)

, (7)

если . Инерционности этих звеньев компенсации не подлежат. В результате

. (8)

Тогда ПФ регулятора

, (9)

где , .

В данном случае для настройки контура на МО необходим ПИ-регулятор с указанными выше  и .