4.8 Критерий устойчивости Михайлова

Критерий Михайлова – это частотный критерий, позволяющий судить об устойчивости замкнутой системы по поведению ее характеристического вектора на комплексной плоскости.

Формулировка критерия: для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы ее характеристический вектор при изменении частоты от 0 до повернулся в положительном направлении (против часовой стрелки), начиная с положительной вещественной оси на число квадрантов, равное порядку характеристического уравнения.

Рисунок 4.7 Годограф Михайлова (общий вид)

Характеристический вектор при изменении частоты от 0 до повернулся в положительном направлении (против часовой стрелки), начиная с положительной вещественной оси на число квадрантов, равное порядку характеристического уравнения, т.е. 3 (рисунок 4.7). Следовательно, система устойчива.

5 Цифровая система автоматического управления

Необходимо разработать ЦСАУ ногой прыгающего робота, осуществить выбор электронных компонентов, разработать алгоритм работы системы

5.1 Система управления роботом

В общем случае структурная схема замкнутой трехканальной системы управления роботом имеет вид, приведенный на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Структурная схема системы управления прыгающим роботом

Программное управление устройством осуществляется только в фазе разгона, исходя из значения высоты Н препятствия, которое объекту необходимо преодолеть. Указанная информация поступает в блок принятия решений, в котором определяются задающие воздействия в виде углов , и β⁰ поворота звеньев робота друг относительно друга. В основе расчета задающих воздействий лежит решение задачи о высоте и расстоянии, пройденных телом, брошенным под углом к горизонту. Дополнительно к рассчитанным параметрам вводится некоторый коэффициент запаса, учитывающий влияние окружающей среды, в том числе неровностей и свойств поверхности, с которой осуществляется прыжок робота, метеоусловий и т.д. Задающие воздействия сравниваются с фактическими значениями данных параметров , , β. На основании результатов сравнения регулятор в соответствии с принятой стратегией управления по ошибке формирует управляющие напряжения U₆, U₇, U₈, подаваемые на приводы. Полученные моменты M₁₂, M₃₄ и М обеспечивают поворот соответствующих звеньев на углы α₁₂, α₃₄ и β, что в свою очередь приводит к изменению значений обобщенных координат робота х_С, у_С и φ.

5.2 Функциональная схема цсау

Функциональная схема системы управления ногой прыгающего робота приведена на рисунке 5.2. Она включает в себя следующие компоненты: в микроконтроллер, драйвер, энкодер, мотор-редуктор и радиомодуль.

Система работает следующим образом. С пульта дистанционного управления поступает сигнал на радио-модуль о требуемой высоте прыжка, с которого информация подается на микроконтроллер, который формирует напряжения, подаваемые на приводы, в соответствии с рассчитанными значениями углов поворота звеньев робота. Напряжения на приводы подаются через драйверы, фактические значения углов измеряются энкодерами.

Рисунок 5.2 Функциональная схема системы управления ногой робота

Рисунок 5.3 Представление функциональной схемы в виде блок-схемы

На функциональной схеме (рисунок 5.3) приняты следующие обозначения:

POWER – выключатель питания установки;

МК – микроконтроллер, включающий АЦП и ШИМ на кристалле. Микроконтроллер обеспечивает реализацию необходимых законов управления приводами, а также управляет индикацией и обрабатывает информацию, поступающую с датчиков.

Дт 1, Дт 2, Дт 3 – энкодеры. После включения установки на них подается питание, и данные с этих датчиков попадают на входы АЦП микроконтроллера.

Radio – радиомодуль. После включения установки он принимает данные с пульта дистанционного управления и передает их на микроконтроллер.

Др 1, Др 2, Др 3 – драйверы двигателей, осуществляют силовую развязку цифровой системы управления и электродвигателя.

Дв 1, Дв 2, Дв 3 – электродвигатели постоянного тока.