Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

им. В.И. Ульянова (Ленина) “ЛЭТИ”

кафедра автоматики и процессов управления

Курсовая работа

по дисциплине “Теория управления”

на тему: “Цифровая следящая система робота манипулятора“

Задание 2, вариант №4

Преподаватель: Туренко Т.В.

Студент гр. 3371: Дяченко А.Н.

Санкт-Петербург 2006

Содержание

1. Введение 3

1.1. Индивидуальные значения параметров 4

2. Краткое описание системы управления 5

3. Математическая модель цифровой следящей системы робота-манипулятора 7

3.1. Уравнения звеньев системы управления 7

3.2. Структурная схема исходной системы с передаточными функциями звеньев 8

4. Анализ устойчивости и качества переходных процессов 9

4.1. Распределение нулей и полюсов замкнутой системы 9

4.2. Реакция замкнутой системы на единичное ступенчатое воздействие 10

4.3. Логарифмические амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики разомкнутой системы 10

4.4. Выводы по анализу устойчивости и качества переходных процессов 11

5. Коррекция системы 12

6. Анализ чувствительности скорректированной системы 18

7. Анализ нелинейной системы 20

7.1. Анализ системы с нелинейным блоком Saturation (Насыщение) 20

8. Заключение 23

Приложение А. Список литературы 24

1. Введение

Цель курсовой работы – получить практические навыки моделирования, анализа, корректировки систем управления; применить на практике теоретические знания, полученные из курса “основы теории управления”.

В ходе выполнения работы требуется:

• выделить из представленной в задании системы типовые блоки присущие системам управления;

• выполнить математическое описание заданной системы;

• построить, асимптотически, частотные характеристики системы, и сравнить их с характеристиками, полученными при помощи программного обеспечения;

• установить основные характеристики заданной системы и сделать выводы о необходимости введения звена коррекции;

• при необходимости выбрать звено коррекции, которое сделает систему устойчивой и соответствующей критериям задания;

• произвести анализ чувствительности скорректированной системы и сделать выводы о результатах коррекции.

• смоделировать скорректированную систему с введенными в нее нелинейными звеньями, и сделать выводы об изменениях характеристик.

Выполняя задание применимы следующие методы и программные средства:

• методы анализа устойчивости и выбора коррекции системы с применением асимптотических графиков частотных характеристик;

• для подбора корректирующего звена и получения основных характеристик системы программой CLASSiC, версии 1.5 дляDOSи 3.01 дляWindows;

• для моделирования системы, анализа нелинейностей в системе математического пакета MATLAB;

• для расчета передаточных функций замкнутой и разомкнутой систем математический пакет MathCAD.

1.1. Индивидуальные значения параметров

В таблице 1 приводятся индивидуальные значения параметров для выполнения курсовой работы и их описание.

табл.1. Индивидуальные значения параметров задания.

Название параметра	Сокращение	Единицы измерения	Значение параметра
Коэффициент передачи двигателя	kД	рад/(Вс)	4
Электромеханическая постоянная времени двигателя	TЭМ	с	0.02
Постоянная времени якорной цепи двигателя	TЯ	с	0.01
Коэффициент передачи управляемого тиристорного преобразователя (УТП)	kУТП	ед.	10
Постоянная времени УТП	TУТП	с	0.003
Коэффициент передачи редуктора	kР	ед.	1/150
Постоянная времени редуктора	TР	с	1510-4
Коэффициент демпфирования редуктора		ед.	0.25
Время регулирования	tР	с	min
Перерегулирование	σ	%	20
Установившаяся ошибка при линейном задающем сигнале вида g(t)=t	eуст	ед.	210-4

2. Краткое описание системы управления

На рисунке 1 приведена упрощенная принципиальная схема цифровой следящей системы с двигателем постоянного тока. Системы подобного типа могут применяться для управления позиционированием в пространстве различных устройств, в исполнительном механизме которых применяется электродвигатель (например, робот-манипулятор).

Исполнительный двигатель (ИД) питается от управляемого тиристорного преобразователя (УТП). УТП позволяет отделить управляющую часть системы от исполнительной, что позволяет включать в цепь ИД большой мощности. Вращение передается через редуктор (Р) на позиционируемое устройство (нагрузку) (Н), а датчик положения (ДП) отслеживает текущую позицию Н.

рис.1. Принципиальная схема цифровой следящей системы.

Условные обозначения на рис.1:

ЦВМ – цифровая управляющая машина (микро-ЭВМ, микроконтроллер и т.п.):

ЭС – элемент сравнения,

Рег – регулятор;

ЦАП – цифроаналоговый преобразователь;

У – усилитель сигнала ошибки ∆U;

ИД – исполнительный двигатель;

ДП – датчик положения;

УТП – управляемый тиристорный преобразователь, питающий якорь ИД;

ОВД – обмотка возбуждения ИД;

Р – редуктор (механическая передача) связывающий вал двигателя с

нагрузкой Н;

N_п– программа перемещения руки робота, заложенная в ЦВМ;

N_дп– цифровой сигнал ДП;

∆N– цифровой сигнал ошибки слежения;

∆U– напряжение, выдаваемое с выхода ЦАП на усилитель;

U_т– напряжение на выходе УТП;

U_дв– напряжение, подаваемое на двигатель;

ω – скорость вращения вала двигателя, рад/с;

α_р– угол поворота руки робота.

Рассмотренную на рис.1 принципиальную схему можно привести к типовой структурной схеме управления с обратной связью и установить соответствие между элементами на принципиальной схеме и типовыми элементами системы управления.

На рис. 2 изображена структурная схема цифровой следящей системы. Установим связи с типовыми элементами.

На ЦВМ подается управляющий сигнал, а также сигнал с датчика обратной связи (ДОС) в качестве которого выступает ДП, поэтому на структурной схеме этот элемент является устройством сравнения (УС).

ЦАП выполняет преобразование цифрового сигнала ошибки слежения в напряжение, подаваемое на вход У, оба эти элемента можно объединить в один элемент структурной схемы – усилитель (У).

УТП, усиливающий сигнал с У и подающий его на якорь ИД, можно представить на структурной схеме рис.2 как устройством управления (УУ).

ИД передает крутящий момент на Р и является на структурной схеме исполнительным механизмом (ИМ), а, соответственно Р является объектом управления (ОУ), так как непосредственно с ним соединена нагрузка.

рис.2. Типовая структурная схема системы управления с обратной связью.