Введение к работе
Актуальность тєуьі. Кскплекспсе решение проблемі! гибкой автоматизация производства требует сгггхжзаціи управления позициопироваякем рабочего органа. (РО) многокоордкаатного оборудования (МКО), особенно - в некоторых роботизированных производствах,, где до 80S временя тохнатогического ішла уходах на позиционирование' схвзтз. Позиционирование РО является частной задачей управления йКО, а шзициозеь» систекы - это особый масс исполнительшх.устройств, которкэ ЕЄБОЗКОЯШО объединить в єдину» группу со следящий системами. Цель управления режимами позиционирования сводится к переводу РО мапяны из исходюя позиции в заданную по лхйоя траектории, гарантярутезя обход препятствия в рабочей зоне. При этом идеальным можно считать такое управление, которое обеспечевает максимальную точность .достижения- кс-кочпоа позиции без перебега за мидаїадьное время . дзяшняя с ккга^альяъми потерями энергии. Компромиссное удовлетворение этих противорстлвых условий образует содержат оптимизационной задачи, Крохэ того, такио системы имеют ряд спещ^ических ограниченна. на фазовые координата. Особой сложностью отличается задача оптимального позиционирования многокоординатных сугубо нелинейных объектов, каковыми явллются манипуляторы промышленных роботов-. (ИР) антропоморфных и регулярных кинематических схем. Из-за захвата грузов разной массы перед началом позиционирования и изменения конфигурации манипуляторов в процессе движения мо:#знт инерции приводов степеней-, подвижности изменяются в 5...30 раз. Аналитическому репени» . задачи /оптимизации позиционных процессов посвящены работы Л.С.Понтрягина, . А.А.Колосниковз, А.Г.Клюева, В.Г.Зусмана, S.TJUbowsky, Z.Shiller я. др., в которых рассматриваются лишь 1-2 из перечисленных выше критериев, и преядо всего;- быстродействие. Однако реализация такого подхода, особенно в случае несташонзрности и нелинейности объекта управления (ОУ), требует значительного наращивания вычислительных и информационных ресурсов управления.
Очевидно, что решение'проблемы оптимальности возмогло при.' такой декомпозиции общей цели .на ряд частных функции, последовательное выполнение качщой из которых во времени доставляет экстремум тол или
иной компонента векторного критерия качества и слабо влияет нэ остальные, что соответствует принципу Парото-оптимальных решений. Для удовлетворения комплексного критерия качества актуальным является поиск и исследование новых структурно-алгоритмических' организации систем управления позиционированием, ориентированных на наилучшее использование имеиїдася ресурсов системы.
Настоящая диссертационная работа является развитием этого направления применительно к управления кногокоординатим технологическим оборудованием и выполнялась в рамках Езучпо-исследовательских работ кафадры САУ СШПУ в соответствии с решениями президиума СМ СССР от 17.08.88 (протокол N 30) "О некоторых мерах по созданию и внедрению в промыилеягость типовых гибких производственных систем". Содержание научного направления одобрено на 8-м координационном совете по программе "Оптимуми {г.Томск, октябрь 1887г.. доклад научного руководителя О.А.Соколова).
цель работы. Целью работы является поиск принципов построения и. разработка алгоритмов управления, обесдачкваэдих минимум времени позиционирования ТО МКО при одновременном снижении потерь энергии и повышения динамической точности одностороннего подхода к заданному положению на основе построения Парато-оптимальной структурно-алгоритмическоя организации системы управления с возмозиостгв обхода препятствия р. рабочей зоне по указанной в .управляющей программа <УЩ траектории.
Для достижения поставленной шли рекаятся следующие основные задачи:
- анализ методов позиционного управлепия и чувствительности
синтезированных с их помовдо систем к вариации параметров ОУ;
разработка сбив;: стратегии управления позиционированием;
синтез алгоритмов квззиоптечалъного позиционного управления маогокоординатным тсхнологичзехпя оборудованном;
ьыбор аппаратных и программных средств для реализации разработанных ал: оригйов управления; .
исследование разработанной -систйул управленая котодами машинных зки:ор;»с2тоБ а натурних и-штазгия на опытгих образцах оборудования.
WCTSi-| у.".сл&давания. В р.іото использовались метод* теорУй №Tv.v.'-i'44ec:Koro управления, теории іірикятия тшеьии, теории матриц, :.-.:оу.е:їти еис-пншог.» подхода, гйкпорногіі айзлизз, аналитической гге-мотрки, м«і:п'«іь'.ниогп зондирования в;-< ЭВМ и огатариконтальнух
исследования на натурных образцах систе?« позиционирования. Научная новизна.
-
Выявлены свойства систем позиционирования с разрывным и непрерывным управлением,- адекватных параметрической (традиционной) форме задания программой траектории к синте&ирозанкых кэтодзмк оптимизации с применением классических функционалов качества. Спрздзлзвы области прикекокаи систем с фиксированной структурно-ялгоригмическок организацией и измзняшимися параметрам;! приводов.
-
Изучены свойства структур, адекватных явной и неявной Формам математического описания програвших траектория и движения пс ним, учет которых позволіи предложить принцип посгроония мультаструїстурпоа организации Пзрего-оптимальных систем позиционного упрзвлзяия, обесгочивавдих улучшенткг точностных, энергетических и временных показателей качества позтадтошїрсааііип, а така» обход препятствий в рабочей зова МКС, за счет перэрзспределения и наиболее полного использования фиксированных вичислительных, свергетичееккх и информационных ресурсов.
3. Прэдкдазны методики синтезз алгоритмов: контроля состояния'
"системы с даль» принятия'решения по выбору и сипно ее структуры в
яроц&сез позиционирования; управления вед/да? и ведомыми приводами; регулятора дм воестановления контурной скорости.
4. Разработана иотояика выбора энергетических, вычислительных и
информационных ресурсов систолы тазияионировзнил.
Достоверность результатов. Проведен комплекс мероприятия по проверь теоретически: положении и логических рзссухкегои. Адекватность.объекту матекатическол модели опрэдзляэтеп общепринятыми формами матем'атичеекого списания -я допуюгяияжи и подтверждается гаитаниоянам моделированием как известных, гак и предлагаемых структур скетеш к алгоритмов функционирования. Правильность функционирования модели и достоверность результатов моделирования шдтверздается проверкой установленных рмшее свойств и структурных особенностей замкнутых в целом контурных и .щзугих систем, элементы которых используются при позиционировании, Югатгаииотеов моделирований позболило выявить ковыо свойства системы и провести ее исследование вплоть до аварийных ргаимоз работы, недоступних дик натурного эксперимента. Основные вывода и рззультаггы иг. тгверадену также пт>и создании опытных обрззіїз икогокоордииатіслс систем позиционирования. Практическая ценность.
-
излучены алгоритмы квэгшптямашюго позиционного .управления привода»-/ ствШЕся годБкгжости МКО, на основе которых удалось построить систему, обеспечивающую за счет наиболее полного использования выле-ленши энергетических, жфермацкошых и вычис-литолыш ресурсов уконьсэкйе врекзяи перемещения рабочего органа на 10-302, сокращение потерь энергии до 475 и подход.'к заданному положзиии без перерегулирования с точность» 1-2 дискреты-'датчика.,
-
Разработаны . имитационная модель и прякладаоа' программное обеспечение, позволяющие прозолоть сравнительные . 'исследования системных свойств различных структур и оптимизировать использование всех видов ресурсов управления при решении задач позиционирования рабочего органа МКО.
-
Разработаны аппаратные средства, математическое м-'системное программное обеспечение экспериюнтальных и опытных образцов систем позиционирования МКО., .'....'.
-
Замкнутая в целой структура системы управления позиционированием с воспроизведением траектории в декартовых координатах ' предоставляет пользователю без специальной подготовки возможность .-приме-иить опыт аналитического ггрогрзширования металлорежущих станков для роботов и избавляет его от проверки условии реализуемости целеука-занзза и решения обратной задачи динамики. . -.-.-, :
Научные положения, выносимые» на защиту.
-
Принцип мультиструктурной организации квазиоптимальных систем позиционного управления -многокоординатным технологическим оборудованием, обоспечизакаки соответствие локально-оптимальных структур и законов их переключения текущим целя управления, состоянию обьекта и наличным ресурсам и--: удовлетворение .противорзчивых критериев: точность, -время, потери энергии. - -~
-
Построение системы управления позиционированием на основе йбзсій и неявной форм математического описания траектории и - принципов организация-замкнутых в целом"контурных- систем числового программного управления с целью удовлетворения комплексного, критерия оптимизации и получения возможности обхода препятствии в рабочей зоне.
3. Метод структурно-алгоритмического синтеза как системы в
целом, так и составных функциональных ее частей.
4. Выработаны рекомендация по прсектированко механической части
обмята .управления <иавип.улктора), по' выбору его кинематической
мрмы, по выбору и распределений энергетических, 'информационных и
вычислительных ресурсов системы, а тзк::э ло дланяроБзжо сптжзльї;:.;х траектория.
5. Система квазиоптимального позиционирования позволяет получать показатели качества, пркближавакеся к прз^зздо-достяяимци, /.т-яллг:-"! значениям на 85-95$. . .
Апробация работе. Основные положения и результаты диссертда:^;-пой работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзном научно-техническом совещании по проблї.уам оптимиз._:п-.гл работы автоматизированных электроприводов, Душанбе, сентябрь JOSSr.;
ХХХШ межреспубликанской студенческой научно-технической конфорка;-;: ВУЗов прибалтийских республик, БССР, ?»ССР, Минск, апрель 10Э:г.;
Краткосрочном секинаре при ЛЕНГП "Разработка и создание эвтем; -газированных систем управления', электромеханическими исполнитолыт.'.'и устройствами роботов и манипуляторов", Ленинград, октябрь 1О80г.;
кафедро систем автоматического управления СГЗГТУ.
Публикации. По материалам дассертацконяок работы олубликовйо '> печатаьз работ.
Резлизтш и внедрение результатов. Основные реяул.л\лч!, полученные в диссертации, использовались при вылоленкй хоздогое«'л:.-.«х КИР "Микропроцессорная квазиоіггимальна;. система позиционере г я:та; поворотной платформы" (N31C08652 гос.регистрзшя) для ФІЛ игл. Л.Г. Иоффе, "Разработка и изготовление шфрсвои систем позициснирочялия на ТОКАМАКе-15" Ш01&4.0074514) для УАЗ та. К. 3. Курчата?.. "Обеспечение динамической точности шогагоердинатпых олекгрокеу t-нических систем в условиях гибких автоматических произведет р." (N0184.0007247) для Инженерного центра СПоТТУ и ряд др.угих и примти к использованию также в НПО ВНИИЭСО, ШЗО "РИТМ", Рлжспом тєхеичоо.ксу. университете.
Структура диссертации. . диссертационная работа состоит ге введения, четырех глав и заключения, содержит 194 страницы, вкжчол 155 страниц основного текста,' 6 таблиц, S5 страниц с рисужага, І7 страниц приложений к список литературы из 142 наименовании.
