- •Кафедра теоретической механики и мехатроники курсовой проект
- •Содержание
- •Введение
- •Анализ существующих конструкций
- •1.1 Прыгающие роботы, отличающиеся видом механизма позиционирования до прыжка
- •1.2 Прыгающие роботы, отличающиеся видом механизма прыжка
- •1.3 Прыгающие роботы, отличающиеся видом механизма позиционирования после прыжка
- •1.4 Технико-экономическое обоснование
- •2 Исследовательский раздел
- •2.1 Описание разрабатываемой конструкции
- •2.1 Кинематика системы
- •2.3 Модель взаимодействия робота с опорной поверхностью
- •2.4 Уравнения движения прыгающего робота
- •2.4.1 Статическое положение при двух точках опоры
- •2.4.2 Статическое положение при одной точке опоры
- •2.4.3 Прямолинейное движение робота с двумя точками опоры по шероховатой поверхности
- •2.4.4 Прямолинейное движение робота с одной точкой опоры по шероховатой поверхности
- •2.4.5 Поворот относительно точки а
- •2.4.6 Плоскопараллельное движение без отрыва от поверхности
- •2.4.7 Плоскопараллельное движение при отрыве от поверхности
- •2.5 Алгоритм моделирования одного прыжка робота
- •2.6 Исследование движения робота
- •3 Расчетно-конструкторский раздел
- •3.1 Энергетический расчёт электроприводов
- •3.2 Расчет электропривода поворота корпуса относительно ноги
- •3.2 Расчет пружины
- •3.3 Трехмерные модели разработанной конструкции
- •4 Система автоматического управления
- •4.1 Структурная схема сау
- •4.2 Определение передаточных функций
- •4.3 Исследование непрерывной сау
- •4.3 Настройка пид - регулятора
- •4.4 Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы.
- •5.1 Система управления роботом.
- •5.2 Функциональная схема цсау
- •5.3 Структурная схема устройства
- •5.4 Выбор электронных компонентов
- •5.4.1 Микроконтроллер
- •5.4.2 Драйвер двигателей.
- •5.4.3 Энкодеры.
- •5.4.4 Модуль беспроводной передачи данных
- •5.5 Принципиальная схема устройства
- •5.6 Алгоритмы управления
- •5.7. Исследование цифровой сау
- •5.7.1 Моделирование цифровой системы
- •5.7.2 Исследование цифровой системы на устойчивость
- •Заключение
- •Библиографический список
4.3 Настройка пид - регулятора
Для настройки ПИД регулятора – определения значений пропорционального, дифференциального и интегрального коэффициентов – воспользуемся встроенными средствами среды Simulink.
Подбор коэффициентов будем осуществлять с помощью блока NCD OutPort. Включим его в схему, как показано на рисунке 10.
Рис. 10 Схема, собранная для настройки ПИД регулятора
Зададим настройки блока NCD OutPort (рис. 11, 12) и ПИД регулятора PID Controller (рис. 13).
Рис. 11 Настройки блока NCD OutPort
Рис. 12 Настройки блока NCD OutPort
Рис. 13 Параметры ПИД регулятора PID Controller
В блоке NCD OutPort зададим ограничения для графика переходного процесса (рис. 14).
Блок NCD OutPort производит автоматическую коррекцию параметров Kp, Ki и Kd.
Рис. 14 Настройка границ в блоке NCD OutPort
Значения коэффициентов, полученных оптимизацией в блоке NCD OutPort:
Kp = 0.99
Ki = 2.96
Kd = 0
После корректировки переходная функция удовлетворяет техническому заданию (рис. 15).
Рис. 15 Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие
Получены следующие характеристики:
1) Время переходного процесса – 0.479 с.
2) Установившееся значение – 1 с-1. зачем это нужно?
3) Количество колебаний – 0.
4) Коэффициент перерегулирования – 0.
5) Статическая ошибка –0.
4.4 Определение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы.
Определим передаточную функцию разомкнутой системы:
Wраз = Wус (p) ∙ Wдвигателя (p) ∙ Wредуктора (p) ∙ WПИД-регулятора (p)
Определим передаточную функцию замкнутой системы:
Х арактеристическое уравнение замкнутой системы имеет вид:
= 0
= 0
исследование качественных характеристик САУ (Найквист, Боде)
нелинейность
5 ЦСАУ
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 рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема системы управления прыгающим роботом
углы, длину, моменты и силу в соответствии с используемыми обозначениями
Программное управление устройством осуществляется только в фазе разгона, исходя из значений высоты Н и длины L препятствия, которое объекту необходимо преодолеть. Указанная информация поступает в блок принятия решений, в котором определяются задающие воздействия в виде углов и поворота звеньев 1 и 2, 3 и 4 друг относительно друга и расстояние , на которое звено 3 перемещается относительно 2. 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 , , . 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 сила F23 обеспечивают поворот и перемещение соответствующих звеньев на углы α12 и α34 и на расстояние l23, что в свою очередь приводит к изменению значений обобщенных координат робота хС, уС и φ.