ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра робототехнических систем

Методические указания

к лабораторным работам № 4–7 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 № 4-7 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. - 37 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 и рабочее задания, методические рекомендации, требования к отчёту, кон­трольные вопросы.

Методические указания подготовлены на магнитном носителе в текстовом редакторе Microsoft Word 2003 и содержатся в файле ЛР_4_7_ИСР_2010.doc.

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

Табл. 2. Ил. 4. Библиогр.: 13 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 № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО СКОРОСТИ

1. Цель работы

Изучение процессов в исполнительной системе с управлением по скорости, экспери­ментальное определение количественного влия­ния параметров устройств на свойства сис­темы в переходных и уста­новившихся режимах. Исследование влияния пульсаций в сигнале датчика обратной связи на работу системы.

2. Теоретические пояснения

Основное требование к исполнительной системе (ИС) - мини­мум ошибки воспроизве­дения предписанного значения регулируемой величины в широком диапазоне значений по­следней при наличии возмущений, в установившихся и в переходных режимах. В связи с этим ИС с управлением по скорости должны иметь главную обрат­ную связь по частоте вра­щения двигателя, то есть регулирование по отклонению. Сигнал отклонения формируется за счёт сравнения за­данного и фактического значений регулируемой величины, усилива­ется и подаётся как управляющее воздействие на двигатель, умень­шая отклонение.

Коэффициент передачи и статические ошибки в системе с регулиро­ванием по отклонению относительно управляющего и возмущающего воздействий уменьшается в раз по сравнению с системой без обратной связи, где - коэффициент усиления цепи звеньев, об­ра­зующих контур регулирования.

В переходных режимах наличие отклонения приводит к - кратной форсировке управляющего воздействия на двигатель. Бла­го­даря этому в системе с регулированием по от­клонению сущест­венно увеличивается быстродействие.

Статические и динамические свойства ИС описываются в об­щем случае четырьмя её передаточными функциями (ПФ) - по управ­ляющему и возмущающему воздействиям отно­сительно регулируе­мой величины или ошибки. Нетрудно заметить, что ПФ по возмуще­нию относительно регулируемой величины является одновременно ПФ по возмущению относи­тельно ошибки регулирования.

Чувствительность относительно регулируемой величины и ошибки системы по ка­кому-либо воздействию определяются значе­нием соответствующей передаточной функции при s = 0.

Инерционность систем определяется в основном коэффициен­том при первой сте­пени комплексной переменной многочлена знаме­нателя ПФ. При этом для удобства сопос­тавления свойств различных систем удобно использовать нормированную форму записи ПФ, ко­гда свободный член знаменателя равен единице. При введении об­ратной связи по скорости все коэффициенты многочлена знамена­теля, в том числе и при s¹, уменьшаются в раз. Та­ков матема­тический смысл увеличения быстродействия систем с регулирова­нием по от­кло­нению.

Демпфированность системы - её способность не допускать или гасить собственные колебания - зависит, в основном, от соотношения коэффициентов при s¹ и при s². Можно считать, что эквивалент­ное значение коэффициента демпфирования  . Если  > 1, то переходной процесс апериодический. По мере уменьшения  в диапа­зоне от 1 до 0 растёт перерегулирование и колебательность. Усло­вие  = 0 является достаточным для по­тери ус­тойчивости. При замы­кании обратной связи коэффициент демпфирования стано­вится в раз меньше, чем в системе без обратной связи.

Об устойчивости, как известно, можно судить по характеристи­ческому уравнению, получаемому из знаменателя ПФ замкнутой сис­темы. Если для разомкнутого контура регулирования (для передаточной функции разомкнутой системы W_p) оно имеет вид

, то для системы с замкнутым контуром регулирования оно будет .

В соответствии с критерием Гурвица для системы третьего по­рядка условие устойчи­вости:

если , то ;

для системы четвёртого порядка:

если , то .

Таким образом, при фиксированных коэффициентах системы (при фиксированных её по­стоянных времени) можно оценить влияние на устойчивость.