Содержание к диссертации
Введение
1. Определение основных проблем и задач работы, путей к их решению . 9
1.1. Аналитический обзор способов построения и современного состояния самонастраивающихся систем. 9
1.2. Общий подход к синтезу самонастраивающейся системы управления ; 21
Выводы 26
2. Объект управления. средства математического исследования электромеханических систем. 27
2.1. Общий подход к выбору модели двигателя. Модель объекта управления. 27
2.2. Задачи моделирования 35
2.3. Средства моделирования. 39
Выводы 48
3. Анализ и синтез систем с переменным коэффициентом усиления и переменной структурой . 49
3.1. Разработка системы регулирования скорости с переменной структурой 49
3.2. Исследования нелинейной системы с переменной структурой 64
3.3. Регулирование скорости в переходном режиме 79
3.4. Система с ПИД-регулятором и переменным коэффициентом усиления. 82
3.5. Устойчивость нелинейных систем. 87
Выводы 92
4. Система управления скоростью электропривода с идентификационнойсамонастройкой . 93
4.1. Идентификация параметров объекта - основа самонастраивающейся системы. 93
4.2. Система идентификации со спектральными анализаторами . 95
4.3. Идентификация функциональных зависимостей 104
4.4. Система идентификации с датчиками скорости и тока. 109
4.5. Система управления с идентификационной самонастройкой. 114
Выводы 128
5. Экспериментальные исследования. 129
5.1. Двигатели постоянного тока, подходящие для работы СНС. 129
5.2. Апробация результатов работы на автоматизированном оборудовании электронной промышленности . 131
Выводы 138
Заключение 139
Приложение 1. Список условных обозначений, 140
Список литературы 142
- Общий подход к синтезу самонастраивающейся системы управления
- Исследования нелинейной системы с переменной структурой
- Система идентификации со спектральными анализаторами
- Апробация результатов работы на автоматизированном оборудовании электронной промышленности
Введение к работе
Актуальность темы. Современное автоматизированное производство предъявляет всё более высокие требования к средствам;автоматизации и роботизации в части их технических характеристик таких, как надежность и эффективность функционирования. В свою очередь указанные показатели во многом определяются качеством исполнительных систем, типом применяемого электропривода.
К числу основных требований; к приводам промышленных роботов относятся: высокая точность и быстродействие отработки сигнала задания скорости, плавность движения, способность обеспечивать заданные показатели качества движения при изменяющихся статическом моменте и моменте инерции нагрузки.
Среди различных типов приводов наибольшее распространение в промышленных роботах на сегодняшний день получили электрические приводы на базе двигателей постоянного тока, что обусловлено их хорошими регулировочными; свойствами и простотой реализации замкнутых следящих систем;
Несмотря на сравнительно большие достижения в - области теории и практики; автоматического управления; двигателем постоянного тока, существует ряд проблем, одной из которых является,разработка унифицированных и универсальных систем управления, скоростью, способных работать с широким рядом двигателей. Так в последних работах все больше внимания уделяется адаптивным самонастраивающимся системам (СНС) управления. Именно СНС с активной самонастройкой (с идентификацией) способны в полной мере быть универсальными и* без изменений параметров системы подходить для управления широким рядом двигателей, различающихся как по мощности, так и по приложенной нагрузке.
Данная тенденция обусловлена: большими достижениями: как: в области промышленной электроники, так ив области компьютерной техники и открывающимися и постоянно совершенствующимися возможностями, с одной стороны, сделать управляющий блок в виде программы, записанной в микропро-
5-цессор, с другой стороны, производить сложное моделирование электромеханических систем с высокой скоростью и;точностью. Основной» же причиной к освоению универсальных систем управления; является то, что динамические, процессы в большинстве электроприводов систем автоматики и промышленных роботов описываются; одинаковой структурной моделью и для ч таких электро-приводов характерен одинаковый режим работы: разгон до заданной скорости -регулирование заданной скорости — реверс или переход на другую скорость.
Однако теория и практика самонастраивающихся систем с идентификацией применительно к электроприводу постоянного тока в настоящее время развита; не в полной мере. Это объясняется тем,.что электропривод представляет собой И) нелинейную систему с неконтролируемыми; внешними возмущениями) и огра- щ ничением величины управляющего воздействия. А в известных методах иден тификации и построения СНС, предполагается, что объект управления на про межутках самонастройки представляет собой линейное звено.. , Разработка системы управления электроприводом с идентификационной самонастройкой позволит произвести качественную унификацию систем управления скоростью и,использовать данную систему в качестве универсаль ной для управления широким рядом электроприводов постоянного тока про мышленных роботов и другого автоматизированного оборудования.. ^ v Работа выполнена1 в рамках НИР ВРТУ по госбюджетной теме №ГБ01.09 - «Разработка: и исследование средств роботизации и автоматизации* технологи- ческих процессов».
Целью работы является разработка универсальной Ї системы с идентификационной самонастройкой для управления скоростью большинством двигателей; постоянного тока для широкорегулируемых электроприводов, промышленных роботов и следящих систем..
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи исследования:
Анализ известных самонастраивающихся систем с текущей идентификацией объекта управления по входным и выходным сигналам как для линейного, так и для нелинейного объекта управления;
Анализ известных программ для моделирования электромеханических систем и разработка оригинальной программы, позволяющей производить изменения параметров электромеханической системы в реальном времени, а также производить в реальном времени вычислительные операции, связанные с идентификацией;
Разработка алгоритма идентификации электромеханической постоянной времени электропривода постоянного тока.;
Определение общего подхода к построению СНС при наличии погрешности идентификации;
Разработка структурной схемы системы с; переменным коэффициентом усиления; обеспечивающей малую чувствительность показателей качества переходного процесса к изменениям параметров двигателя.
Разработка структурной схемы СНС с идентификационной самонастройкой;
Экспериментальные исследования разработанной СНС.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Структурная схема универсальной системы управления скоростькь с использованием текущей идентификации двигателя для самонастройки;
Метод идентификации электромеханической постоянной времени двигателя постоянного тока, у которого момент инерции и момент нагрузки могут быть переменными; -Метод построения самонастраивающейся системы, в котором примененяется переменная структура с целью обеспечения качественной работы системы при наличии погрешности идентификации нелинейного объекта;
7 - Структурная схема системы управления скоростью двигателя с переменной структурой и переменным коэффициентом усиления, обладающая малой чувствительностью к изменениям параметров двигателя, в которой используется нелинейный регулятор с параметрами, функционально связанными с параметрами двигателя.
Методы^ исследований. Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа, методы структурного (математического) моделирования на основе дифференциального и интегрального исчисления, положения теории автоматического управления.
Практическая значимость работы. Полученная структурная схема СНС может применяться в виде универсального алгоритма, записанного в г микропроцессор, для управления скоростью широким рядом двигателей постоянного тока. Разработанный способ построения СНС позволяет производить синтез СНС с формированием совокупности выходных характеристик. Результаты исследований > внедрены в производственный'- процесс ОАО НИИПМ, что позволило сократить трудовые затраты на разработку программного обеспечения для управления приводами производимых технологических установок, что подтверждается соответствующим актом.
По результатам работы был получен; патент РФ на. полезную модель №2003133822 «Самонастраивающаяся система регулирования скорости», опубликованный 27.03.2004. Бюл.№9.
Апробация работы. Результаты работы обсуждались на региональных научных конференциях «Автоматизация и роботизация.технологических, процессов» (Воронеж, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004); на научных семинарах кафедры «Робототехнические системы» ВІ7ГУ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 научно-технических статьях, материалах трудов конференций и 1 патенте РФ на полезную модель. Личный вклад соискателя: разработана СНС с идентификационной самонастройкой [71]; разработана методика оценки: и учета малых не компенсируемых постоянных времени при настройки контуров подчиненного
8 регулирования [103]; предложен и исследован способ получения цифрового значения тока двигателя без использования АЦП [101]; предложен и исследован нелинейный регулятор скорости, параметры которого связаны с параметрами двигателя функциональными связями [100]; исследована модель электропривода с упругой связью и даны рекомендации по корректировке управляющего сигнала [37]; рассмотрен вопрос о наличии внешних возмущений в переходном процессе, предложена схема регулирования скорости в переходном режиме [102], произведен анализ функций транспортного робота и подбор для их выполнения программных и аппаратных средств [38]; показана разработка оригинальных программных средств для исследования СНС, способных выполнять операции недоступные в MATLAB [104]; произведен анализ известных способов построения СНС [105]; предложен способ построения СНС при наличии погрешности идентификации [99]:
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 151 страницы машинописного текста, в том числе 43 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 114 наименований используемых источников.
Общий подход к синтезу самонастраивающейся системы управления
Методы синтеза систем управления оптимальных или квазиоптимальных по быстродействию, расходу топлива или энергии, даже с линейными объектами обязательно приводят проектировщика к. нелинейным законам управления, реализуемым с помощью нелинейных корректирующих устройств. Как указывалось выше, вследствие нелинейности самого объекта; управления, а также вследствие неоспоримого преимущества нелинейных систем управления шеред линейными по свойствам достижениявысоких динамических и статических характеристик, система управления электропривода промышленного робота, главным образом, должна строиться на нелинейных элементах и использовать нелинейные алгоритмы управления.
Очевидно, что в процессе синтеза самонастраивающейся системы необходимо решить два различных,вопроса. Так,,необходимо обеспечить нелинейными методами высокие показатели качества динамических и статических характеристик привода и разработать алгоритм идентификации параметров привода по переходному процессу с одновременной; корректировкой регулятора скорости по получаемой информации для обеспечения:универсальности и унификации данной системы управления. Алгоритмы идентификации параметров электропривода, рассмотренные в [6, 66, 19], как указывалось выше, имеют ряд недостатков, и применение таких; методов к идентификации параметров электропривода в реальном времени, учитывая внешние воздействия и связанную - с ними существенную нелинейность объекта управления, или затруднено или невозможно. Входе данной работы были: проведены исследования, связанные с нахождением -- оптимального алгоритма идентификации параметров электропривода; Очевидно, что в идентификации нуждаются только те параметры электропривода, значение которых может изменяться в процессе движения в связи с внешними воздействиями; Такие параметры, как электромагнитная: постоянная времени, коэффициент передачи двигателя; электрическое: сопротивление якорной цепи, практически не зависят от момента инерции электропривода и от статического; момента. Данные параметры могут быть легко вычислены и записаны пользователем, в интерфейсном режиме, в память микропроцессора, а одно из основных свойств системы,. заключающееся в освобождении пользователя от трудоемких оценок кинематических и динамических параметров при вода J И расчета настроек системы, будет сохранено.
Таким образом, задача по - идентификации параметров сводится к определению электромеханической постоянной: времени: и; статического момента? наї валу двигателя. Причем для повышения точности разрабатываемой системы предполагается, что идентифицируемые параметры могут изменятся; в переходном- процессе.. Проводились исследования, заключающиеся в представлении двигателя линейным звеном.первого и второго порядка, для определения по последовательным участкам переходной характеристики, при изве стном сигнале управления, последовательности параметров аппроксимирующего двигатель звена. Как показали опыты, в случае если Тм250Тя, то аппроксимация электропривода апериодическим звеном позволяет достаточно точно определить постоянную времени этого звена по- участкам- переходной характеристики реального двигателя. Однако предположение о том, что Тм может изменятся во время движения и тот факт, что лишь часть электроприводов допускает аппроксимацию апериодическим звеном, не позволяют использовать такой метод для идентификации электромеханической постоянной времени. Аппроксимация двигателя колебательным звеном второго порядка и нахождение параметров этого звена по участкам переходной характеристики показали, что объем вычислений и их сложность очень велики, поскольку необходимо учитывать начальные условия для каждого участка. Даже с использованием численных методов [24] для решения системы из четырех нелинейных уравнений требуемое машинное время будет недопустимо велико. для решения этой задачи в реальном времени на современных микропроцессорах. Кроме того, для решения этой задачи требуется высокая точность и- маленькая дискретность получения информации с датчиков, что также накладывает ограничения на этот метод идентификации.
. Существенной і сложностью для идентификации является тот факт, что в= переходном процессе переменный статический момент инерции на валу двигателя невозможно точно измерить, располагая лишь датчиками тока и скорости, а именно такие средства получения информации являются наиболее доступными и общепринятыми. Кроме того, изменения статического момента влияют на точность вычисления электромеханической постоянной времени, если располагать только датчиками скорости и тока.
Методы спектрального анализа,.приведенные в [6; 19], как средства идентификации линейного объекта имеются І В программе: MATLAB; Следует отметить, что в следствии С нелинейностью объекта управления данные методы дают в ряде случаев недопустимую: погрешность при: определении параметров объекта.
Таким; образом, в результате. исследований выявлено, что вычислить точные значения переменного момента инерции и: переменного статического момента на некотором малом отрезке переходной характеристики, используя информацию только с датчика скорости и тока весьма трудно, а для практической реализации, используя современные аппаратные средства, невозможно. В результате исследований по поиску метода идентификации параметров электропривода следует сделать вывод, что искомые параметры для корректировки регулятора скорости необходимо получать из некоторых интегральных функций от идентифицируемых параметров. Другими словами, предлагается вычислять не последовательный ряд точных значений, электромеханической постоянной времени и статического момента в ходе переходного процесса, а значение функции, описывающей весь переходной процесс и, таким образом, являющейся некоторым;усреднением идентифицируемых параметров. Очевидно, что в данном случае будет наблюдаться некоторая ошибка между найденным интегральным значением идентифицируемых параметров и этим же значением от действительных параметров. Но вышеуказанную ошибку (погрешность) можно оценить, а также произвести исследования по определению зависимости данной ошибки от всего реально возможного ряда значений постоянных времени двигателя и значений внешних воздействий.
Решение проблемы погрешности идентификации возможно найти из свойств нелинейных систем -. управления. Так, одним из очень важных- свойств, относящихся к нелинейным алгоритмам управления; по сравнению с линейными, является возможность обеспечить малую чувствительность динамических и статических свойств привода к изменению в определенном диапазоне:параметров объекта управления.
Исследования нелинейной системы с переменной структурой
Как уже указывалось выше, весьма важным вопросом, определяющим практическую применяемость данной методики управления двигателем, является влияние нелинейности преобразователя на характеристики привода. Необходимо установить координаты зоны насыщения усилителя мощности, для которых возможна реализация качественного процесса воспроизведения движения.
Очевидно, при изменении характеристики: «насыщения» преобразователя ; будут изменяться время первого согласования; и перерегулированее, а точнее, при увеличении напряжения отсечки преобразователя возможно получить меньшее время первого согласования при 5% перерегулировании или получить меньшее перерегулирование при заданном времени первого согласования, и наоборот, при уменьшении напряжения отсечки. Исследования проводились для объекта управления, представленного колебательным звеном с коэффициентом демпфирования = 0,6и постоянной времени Тд - 0,5 с. Исследования заключались в достижении в системе 5% перерегулирования посредством изменения начального коэффициента усиления Kyi (Кудо_п.с.) при различном напряжении отсечки симметричного преобразователя, а также подачу в установившемся режиме внешнего возмущающего воздействия в виде скачка статического момента, соответствующего статическому току, равному 20% от номинального.
Зависимость переходной характеристики и реакции системы на внешнее возмущающее воздействие от изменения зоны нечувствительности преобразователя приведена на рисунке 15. Параметр — напряжение отсечки преобразователя, по которому получено семейство характеристик, соответствует: а) 2,5-ином.двиг, б)1,8-ином;двш\, в)1,5-ином.двш\, г)1,3-ином.двиг. Обычно в практике проектирования систем автоматического управления как допустимую динамическую ошибку принимают ошибку, равную 5%,..так. и статическую принимают 5%-ной. Из характеристик можно сделать вывод, что по заданным требованиям подходит преобразователь с насыщением, соответствующим UOTC 1,5-ином.двиг.
При разработке электропривода, работающего в каком-либо технологическом процессе, требующем изменять время переходного процесса, или при отладке программного обеспечения, из-за наличия погрешности между расчетными и реальными показателями качества процессов, может потребоваться коррекция времени первого согласования. Как указывалось выше, время переходного процесса может регулироваться посредством изменения коэффициента усиления Kyi. Семейство переходных характеристик системы с переменным коэффициентом усиления ПИ-регулятора и переменной структурой при изменении коэффициента усиления Kyi приведены на рисунке 16. Параметры объекта управления приняты такими же, как в прошлом примере, т. е: %= 0,6и Тд = 0,5с:.
На представленной диаграмме коэффициент Kyi изменяется в пределах 0,8-Ю,25;.прк Kyi, находящемся в пределах 0,63-Ю,38, наблюдается перерегулирование, входящее в диапазон от 0% до 5%. В случае увеличения коэффициента Kyi перерегулирование превышает 5%, а в случае, если Kyi меньше вышеуказанного диапазона, то имеет место эффект «дотягивания».
Численные значения коэффициента усиления Kyi приведены из расчета, что сигнал задания равен единице, а значение скорости в сигнале обратной связи поделено на коэффициент передачи двигателя и преобразователя.
Основополагающим вопросом при разработке универсального алгоритма управления ДПТ является инвариантность зависимости параметров цифрового регулятора от параметров двигателя. Для этого проведём исследования, целью которых будет выявить изменение параметров переходных характеристик и реакции системы на внешнее возмущающие воздействие к параметрам двигателя: постоянной времени и коэффициента демпфирования.
Переходные характеристики при изменении коэффициента демпфирования колебательного звена, описывающего ДПТ, приведены на рисунке 17. Опытным путём установлено, что из-за нелинейности преобразователя (точнее, фициент Куі в зависимости от коэффициента демпфирования колебательного звена, описывающего двигатель. При низком коэффициенте демпфирования наблюдается выход скорости за 5%-й барьер в статике. Это явление полностью удаётся устранить, увеличив диапазон задающего напряжения.
Система идентификации со спектральными анализаторами
При проектировании систем автоматического управления расчет структуры и элементов схемы производят из,условий обеспечения заданных показателей качества и простоты реализации как основных контуров, так. и корректирующих цепей; При этом расчет системы управления ведется в предположении, что динамические характеристики объекта управления известны. Очевидным в данной ситуации является то, что если каким либо способом удастся автоматически идентифицировать объект, например, определить его параметры при известной структуре, то и процесс расчета регулятора, а. соответственно и настройку системы на заданные показатели качества можно произвести автоматически. Таким образом, возможность получения самонастраивающейся -. системы, не требующей предварительного задания параметров объекта управления, и следовательно, применимой ко всем аналогичным по математическому описания объектам, зависит от качества алгоритма идентификации.
Методы идентификации классифицируются по различным принципам, а их разработка и анализ приводятся в-[7, 6, 9]: Следует выделить следующие группы методов идентификации: аналитические и компенсационные; статические и нестатические; поисковые и беспоисковые..
При аналитических методах идентификация объектов производится на основе анализа переходных процессов, частотных и статических характеристик входных и выходных сигналов. Оценки параметров объекта определяют по соотношениям, связывающим характеристики выходного І сигнала- со структурой; объекта и характеристиками входного сигнала. Неточность идентификации в аналитических методах непосредственно связана с погрешностью вычислений, неточностью математического описания объекта, обусловленной неучетом нестационарности и наличием помех.
При компенсационных методах применяют модели объекта, соединенные с ним определенным образом. Различают последовательное и параллельное соединение объекта и модели. В обоих случаях в системе идентификации вводится мера качества, которая характеризует степень совпадения модели объекта с самим объектом. Вычислительное устройство производит слежение за мерой; качества и соответствующую корректировку параметров;модели: Таким образом, компенсационные методы относятсяj к замкнутым методам идентификации. Применение компенсационных методов требует наличия начального приближения параметров модели, а так же оптимизирующего устройства, в чем состоит их сложность.
Статистические методы идентификации основаны на использовании статистических характеристик (функций распределения, корреляционных функций, спектральных плотностей, моментов и др.) сигналов, применяемых для идентификации. При этом мера качества формулируется как некоторая статистическая характеристика, являющаяся усреднением предыдущих значений идентифицируемых параметров. Статистический подход необходим при наличи и случайных помех. Недостаток этого метода состоит в том, что необходимо знание вышеуказанных статистических характеристик.
Нестатистические (детерминированные) методы; основаны на идентификации: функциональных зависимостей, связывающих параметры выходного сигнала с параметрами входного сигнала Основной недостаток: этих методов -слабая помехоустойчивость.
При поисковых методах идентификации для; организации движения к оптимальному состоянию применяют специальные пробные параметрические колебания, с чем связан их основной недостаток. Эти методы принципиально неприменимы тогда, когда нельзя применить или реализовать пробные воздействия.
Беспоисковые методы не требуют применения специальных, поисковых сигналов. Для целей идентификации обычно используются входные сигналы объекта. Это значит, что помехи, которые складываются с полезными сигналом на входе объекта и модели, являются полезными сигналами для идентификации.
Применение метода идентификации той или иной группы обусловлено конкретной ситуацией, его преимуществами и удобством реализации. Следует отметить, что основной смысл настоящей работы — это разработка универсальной самонастраивающейся системы с текущей идентификацией применительно к электроприводу, в котором существует вероятность изменения момента инерции и статического момента на валу двигателя. Таким образом, методы идентификации, в которых необходимо задавать начальные приближения идентифицируемых параметров или некоторые функции, зависящие от них, выпадают из рассмотрения.
Наиболее приемлемыми, при данной; постановке задачи идентификации, являются аналитические методы, использующие в качестве исходной информации: сигналы входа и выхода объекта управления. Также в рассмотрение следует принять детерминированные методы, в которых нет необходимости задавать начальное приближение идентифицируемых параметров; необходим только вид функции выхода от входа.
Известен способ идентификации, когда используется представление сигналов на входе и на выходе системы в виде ортогональных полиномов [6, 9, 49]. Данный способ заключается в оценке на каждом интервале идентификации сигнала на входе системы сигнала на выходе системы. Оценка функции происходит согласно выражению (1).. Обычно оператор Zi(s) выбирают из условий простоты технической реализации для каждого объекта с примерным учетом полосы спектра (или инерционности) объекта. Известны полиномы Чебышева, Эрмита, Лежандра, Лагерра или просто линейная комбинация экспоненциальных, или любых других линейно независимых функций, ортоганализованных по методу Грамм-Шмидта [49]; Для апериодических и слабоколебательных процессов хорошей аппроксимацией является аппроксимация полиномами Лагерра. Аппроксимирующий ряд является быстросходящимся. Так, при аппроксимации объектов второго порядка средний квадрат ошибки при «белом шуме» на входе не превышает нескольких процентов [49].
Апробация результатов работы на автоматизированном оборудовании электронной промышленности
Как указано в разделе 2.1. настоящей работы, для унификации динамической модели электропривода в рассмотрение берутся только двигатели постоянного тока, управляемые посредством изменения якорного напряжения при неизменном потоке возбуждения. Следует отметить, что в системах автоматики и электроприводах промышленных, роботов в большинстве случаев используются именно этот класс двигателей.
Важным условием (ограничением)- для успешной работы самонастраивающейся системы является требование к отношению пускового момента двигателя к моменту нагрузки. Как следует из рассмотрения раздела 4.4; — для системы идентификации, без дополнительного определения Мс в момент пуска или определения: его в установившемся режиме по! току якоря, основная погрешность связана с тем, что Тм определяется, исходя из величины /я, а не /я — 1с. Если при пуске двигателя электромагнитный момент двигателя намного превышает Мс, то разность 1я - 1с мало отличается от 1я и погрешность идентификации сильно снижается. Как показывают исследования, минимальным отношением, при котором выполняется условия погрешности идентификации 30%, является Мпуск/Мс = (4,5+5). Следует учесть, что момент нагрузки рассчитывают меньшим номинального момента двигателя, не углубляясь в тонкости расчета мощности, примем отношение Мном/Мс =1,4. С учетом всего сказанного получаем, что для работы с СНС электродвигатели должны удовлетворять условию
Анализ известных [110] ДПТ показывает, что большинство двигателей малой и средней мощности удовлетворяют данному условию. Из отечественных двигателей следует выделить наиболее подходящие серии: - вентильные двигатели серий: 2ДВУ, ДВУ; - коллекторные двигатели серий: ДП, ДПР, ДР, ДНУ, ДК1, 2ПБВ, ПБВ;
Следующим ограничением для применения самонастраивающейся системы является величина эквивалентной постоянной времени двигателя (ТЭ); В связи-с тем, что самонастройка происходит только в переходном режиме, время отработки одного программного цикла (принятие и обработка сигналов с датчиков-вычисление параметров регулятора) должно как минимум в 10-=-15 раз быть меньше:Тд. Если учесть,,что время отработки одного программного цикла на современном микропроцессоре P80C552EFA при частоте генератора 16МГц занимает 0,5 мсек, то ориентировочно качественное управление можно осуществлять двигателями с Тд (5+7,5) мсек.
Известно, что быстродействие двигателя определяется в основном конструктивным исполнением и видом возбуждения. Например, с высокой долей вероятности можно сказать, что. самонастраивающаяся система подойдет для управления коллекторных двигателей с зу бцовым! якорем (имеющих постоянную времени 30- -10 Омсек) и с полым якорем (имеющих постоянную времени; 15-т!-20мсек). В любом случае для применения СНС к управлению конкретным ДПТ необходимо произвести анализ его динамических характеристик. Очевидно быстрое развитие электронных средств в части их быстродействия и соответственно по прошествии времени нижний предел постоянной времени управляемого двигателя будет снижаться.
Диапазон регулирования скорости; как и для большинства автоматических систем управления, связан: с диапазонам: линейности-регулировочной характеристики двигателя, нелинейностями в электроприводе, обусловленными электромагнитными процессами, допусками в механики привода, характеристикой преобразователя мощности и собственно необходимостью в регулировке; того или иного диапазона скоростей для конкретного электропривода. Для электроприводов, на которых производились экспериментальные исследования диапазон регулирования скорости составил: для электроприводов транспортного р о-бота (двигатель ДП-60) - - от 400 об/мин до 3 000 об/мин, для электропривода полировального стола (двигатель 2ПН112L) от 300 об/мин до 2200 об/мин.
В заключении следует остановиться на диапазоне мощностей электроприводов, для которых применение СНС является целесообразным. Следует отметить, что научных исследований:в этом направлении не проводилось, т.к. этот вопрос является; прикладными будет, решаться, исходя из дальнейшей апробации системы. На данном: этапе выделяется; диапазон мощностей от 40 Вт- до ЮКВт.
После получения положительных результатов. исследований самонастраивающейся системы на- цифровой модели: была проведена опытно-конструкторская работа по внедрению полученной системы в реальные робото-технические установки.
Следует оговорить идею применения данной системы. Предполагается, что СНС представляет собой отдельное устройство, заключенное в корпус с сигнальными выводами для подключения системы к датч икам дви гателя, а также выводами интерфейса;для связи с контроллером верхнего уровня. Очевидно, что необходимо организовать ввод информации об известных параметрах двигателя (Яя, Ья, Кд, дискретность импульсного датчика скорости, Кл, Тп), Предполагается наличие инструкции, описывающей алгоритм ввода этих значений с контроллера верхнего уровня,, в программе которого и задаются эти І значения. Очевидно, что принципиальной сложности в разработке другого варианта ввода -. информации в систему нет. Также очевидно; что «инструкция по эксплуатации» системой т не, сложнее аналогичных. инструкций пользования промышленными І электронными элементами такими, как микропроцессоры, АЦП, модули памяти. и т.п.
Разработка такой системы «под ключ» для массового производства выходит за рамки научной работы и; следовательно, за рамки данной работы, а определяется экономическими, финансовыми, авторскими, правовыми и прочими обстоятельствами. Для обоснования возможности работы данной системы в реальных робототехнических установках проведены опыты по внедрению СНС в выпускаемые НИИПМ г.Воронеж установки химической обработки полупроводниковых пластин.
Объектами управления являлись: электроприводы вертикального и горизонтального перемещения транспортного робота линии химической обработки полупроводниковых пластин «Лада-150», электропривод вращения полировочного стола в линии химико-механической обработки ХМП ЩЦМ 3.105.065. Эскизы привода вертикального перемещения транспортного робота и привода вращения полировочного стола приведены на рисунках 30,31.
