Введение к работе
Актуальность. Работа посвящена управлению роботами-манипу-ляторами. Данный класс роботов распространен на промышленных предприятиях Египта. Совершенствование управления ими имеет большое практическое значение для экономики республики. Разработка алгоритмов управления сложными техническими объектами, к которым относятся роботы-манипуляторы, является сложной задачей, ввиду трудности получения их адекватной динамической модели. Современные методы динамического управления электромеханическими объектами типа манипуляторов осуществляют ограниченную компенсацию изменений моментов инерции и полезной нагрузки, а также коэффициентов связи мевду сочленениями, что приводит к снижению скорости и точности реакции. Методы нелинейного управления, как, например, метод расчетных моментов, метод нелинейной прямой связи, обычно требуют достаточно точной динамической модели и приводят к сложным алгоритмам управления в реальном времени.
На точность динамической модели влияют многие факторы; трение, неопределенность таких параметров, как моменты инерции, центр масс, сопротивление воздуха и т.д. Известные алгоритмы управления для подобных объектов позволяют работать эффективно в относительно узких диапазонах изменения параметров объекта. Учет широкого изменения параметров требует адаптивного подхода при формировании алгоритмов управления, соответственно, более подробной модели объекта.
Методы управления на основе адаптивній модели в последнее время привлекают большой внимание при синтезе управления манипу-ляционными роботами. В них используется метод функций Ляпунова, теория гиперустойчивости и другие подходы. Однако известные методы требуют большого объема вычислений и ориентируются на достаточно производительную и дорогостоящую вычислительную технику. Реализация их с помощью недорогого микропроцессора пока невозможна.
Одним и? наиболее эффективных подходов к преодолении ЧТИХ трудностей является создание новых адаптивных алгоритмов, которые не требуют априорного точного знания модели динамики робота и способных работать в заранее неизвестных условиях его функционирования.
В диссертации разработана модель манипулятора, ьключ-и'ХПгЫ динамику чл«кт1» привода для калл"й ет-п- ни подвижности и учити ьанцая ь."ияние й-»лин"йноот-н и изменения параметров манипу/нто
pa. На основе полученной модели предложены три 'алгоритма адаптивного управления, реализуюшэго принцип обратной связи. При этом на каждом шаге используется информация только в текущем значении вектора состояния манипулятора, что не требует большого объема вычислений. Алгоритмы представлены в доступном виде и могут быть реализованы с помощью недорогого микропроцессора. Конкретно были разработаны:
алгоритм адаптивного управления на основании метода размещения полюсов;
алгоритм адаптивного ГЗД - регулирования с оптимальной настройкой параметров регулятора в процессе работы при изменении параметров объекта;
алгоритм субоптимального адаптивного управления.
Есе разработанные алгоритмы включают оценивание параметров манипулятора в реальном времени, учитывают их изменения в процессе функционирования робота.
В диссертации разработан диалоговый пакет программ, который может быть использован для управления в реальном времени, для сравнительного анализа предложенных алгоритмов, а также в учебных целях.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка новых адаптивных алгоритмов роботами-манипуляторами в реальном времени, не требующих измерения полного вектора состояния системы, достаточно простых в вычислительном смысле. Разрабатываемые алгоритмы должны обеспечивать системе, управления манипулятором адаптивные свойства по отношению к изменениям нагрузки и параметров. Результатом работы является пакет программ для синтеза и анализа разработанных алгоритмов в режиме диалога с ЭВМ.
В соответствии с поставленной целью основные задачи диссертационной работы сводятся к следующему: разработать и обосновать модель манипулятора с приводами, учитывающую влияние нелинейнос-тей; на ее базе разработать рекурентные эстиматорные алгоритмы, не требующие измерения полного вектора состояния робота; синтезировать на их основе дискретные алгоритмы адаптации; исследовать точность и сходимость полученных алгоритмов (для различных уровней с «зв, при отработке различных траекторий движения робота, изменении нагрузок во время движения по заданной траектории) ; разработать пакет прикладных программ для синтеза и анали-
- 5 -за разработанных адаптивных алгоритмов; провести сравнительный анализ предложенных адаптивных алгоритмов.
Методы исследования. Полученные в работе результаты основываются на применении методов векторного анализа, рекурентного оценивания, теории автоматического управления, адаптивного и су-Ооптимального управления, имитационного моделирования на ЦВМ.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Динамическая модель манипулятора как объекта управления, содержащая полное описание его движения на основе совместного использования Денавита-Хартенберга представления и метода Лаг7"-ранжа-Эйлера, приводящего к компактной векторно-матричной форме описания управления движением, удобное для аналитического исследования и допускающее реализацию на ЭВМ.
-
Три алгоритма адаптивного управления роботом-манипулятором на основе самонастраивающегося полхода, не требующие для своего функционирования измерения полного вектора состояния системы -и большого объема вычислений, легко реализуемые на Case простых средств микропроцессорной техники.-
-
Соотношения для оценки качества разработанных адаптивных алгоритмов управления роботом-манипулятором при изменении уровня шума, при многократно повторяющихся движениях, изменении условий нагрузки во время движения по заданной траектории.
-
Структурная схема аппаратной реализации системы управления манипулятором на основе разработанных алгоритмов адаптивного управления.
-
Пакет прикладных программ для синтеза и анализа разработанных адаптивных алгоритмов, включающий полную модель манипулятора с приводом.
-
Результаты сравнительного анализа разработанных адаптивных алгоритмов при отработке заданной траектории треха репным манипулятором при изменении нагрузки его параметров в процессе работы и различных уровнях шумов.
ШУІШі'ІЖ'І^Шк. Предложена модель манипулятора с электроприводом, учитывающая влияние'н*'Линейностей и изменения параметров системы в процессе движения. На б:ізе предложенной модели разработаны новые адаптивны** алгоритмы управления роботом-мали-
- б -
пулятором на основе самонастраивающегося подхода, которые базируются чна измерении текущего значения вектора состояния системы и не требуют большого объема вычислений. Получены соотношения для оценки качества разработанных алгоритмов (абсолютное и относительное значения статической сшибки, среднеквадратичная интегральная ошибка) при изменении уровня шума, при многократно повторяющихся движениях, изменении условий нагрузки.
Разработаны методика и ее программное обеспечение для синтеза и анализа предложенных адаптивных алгоритмов управления роботом-манипулятором в режиме диалога с ЭВМ. Проведены анализ моделирования разработанных адаптивных алгоритмов для полной модели манипулятора с приводами, а также сравнительная оценка вычислительных затрат на реализацию предложенных алгоритмов.'
Практическая ценность. Разработаны адаптивные алгоритмы для робота-манипулятора на основе самонастраивающегося подхода, не требующие измерения полных значений вектора состояния манипулятора и, следовательно, не требующие большого объема вычислений. Практическая реализация предложенных алгоритмов может быть осуществлена с помощью простых и недорогих средств микропроцессорной техники.
Разработана структурная схема аппаратной реализации системы управления манипулятором, включавшая разработанные алгоритмы адаптивного управления. Созданы программные модули разработанных алгоритмов на языке Ковик-Бейсик 4. Разработан диалогивый ракет программ для синтеза и анализа предложенных алгоритмов на ЭВМ.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на X научной конференции "Планирование и автоматизация экспериментов в научных исследованиях" (г. Москва 1992 г.). Республиканской научно-технической конференции "Новые информационные технологии в образовании" (г.Душанбе, 1990 г.,), научно-отчетной конференции профессорско-преподавательского состава Таджикского технического университета (г.Душанбе, 1991 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в убликг ванных тезисах докладов на двух конференциях.
- 7 -четырех глав, заключения, слиска использованной литературы из 140 наименований и содержит j4o' стр. машинописного текста. 40 рисунков, /з таблиц.
