Разработка и исследование мехатронной мобильной системы шарового типа
Разработка и исследование в пакете Matlab упрощенной системы управления роботом без учета внутренней динамики объекта
Изтегляне 1.09 Mb.
|
Свързани:
Конструктивное усовершенствование шасси самолета Ту
| 3.2 Разработка и исследование в пакете Matlab упрощенной системы управления роботом без учета внутренней динамики объекта
Модель системы предполагает наличие модели терминального задатчика, модели управляющей подсистемы и модели объекта. Модель терминального задатчика предоставлена студенткой гр. 6081/2 Ларионовой Е. В. в рамках ее работы по исследованию всей системы. Терминальный задатчик состоит из файла с полученной от стратегического уровня траекторией в виде набора векторов скоростей в узловых точках и модели системы аппроксимации этой траектории во времени. Файл с траекторией в виде векторов скоростей имеет название FUN_VEC2.m, его текст представлен в Приложении 1. Вид модели терминального задатчика представлен на рис. 3.2. Рис. 3.2 - Вид модели Simulink терминального задатчика Этот же терминальный задатчик будет использоваться и для усложненной модели системы (см. разд. 3.3). Далее необходимо подать сигнал с этого терминального задатчика на объект, преобразовав его таким образом, чтобы управлять углами. Это связано с тем, что в упрощенной модели объекта мы управляем углами (см. разд. 2.3). Для этого проанализируем, какие же сигналы подаются на вход управляющей подсистемы и какие должны быть на выходе. Входных переменных две: модуль вектора скорости (V) и его направление (fi, угол отклонения от оси х1 в плоскости движения против часовой стрелки). Первая переменная напрямую влияет на угол отклонения груза в роботе от вертикали (α1). Вторая переменная влияет на направление этого разгона (угол отклонения груза в роботе от оси х1 в плоскости движения, α2). Выходных переменных тоже две: это соответственно α1 и α2. Для данного случая принято решение отдельно управлять по α1 исходя из требуемого значения модуля скорости и по α2 исходя из требуемого угла отклонения этого вектора. При этом в основу управления для скорости предполагается положить пропорциональное управление (коэффициент взят из разд. 2.4 равным 1.1), а угол fi подавать непосредственно на выход α2. Файл с моделью называется sys1_1.mdl и более детально описан в Приложении 1. Запуск модели производится из скрипта scr_sys1_1.m, текст и описание которого приведены в Приложении 2. Результат запуска модели представлен на рис. 3.3. Рис. 3.3 - Результат запуска первой модели системы (простой объект, пропорциональное управление) На первой диаграмме приведена задаваемая траектория движения колобка (красным цветом) и реальная траектория его движения (синим цветом). Как видно по рисунку, общий вид отработанной траектории совпадает с видом задаваемой, но она пропорционально отличается на всех отрезках движения. Причину этого можно показать на следующих двух диаграммах. На средней диаграмме показано задаваемое значение скорости движения объекта (черным цветом, выше), и реальное значение скорости при моделировании (синим цветом, снизу). Четко наблюдается пропорциональное отклонение реальной скорости от задаваемой в меньшую сторону. Причиной этого является статическая ошибка управления при использовании пропорционального закона управления. Дугообразные падения скорости связаны с поворотом и не могут быть полностью исключены в исследуемой модели. На третьей диаграмме показан задаваемый угол вектора скорости (черным цветом, правее) и реальный (синим цветом, левее). Реальный угол скорости при движении отстает от задаваемого по причине инерционности объекта, который не может мгновенно поменять направление скорости во время движения. Из полученных результатов делаем следующие выводы. ) Так как имеется статическая ошибка управления по скорости, то простое увеличение коэффициента усиления в цепи управления не приведет к полному ее исключению. Для ее полного исключения требуется сделать контур управления по скорости астатическим. А именно в данном случае добавить интегральную составляющую управления по скорости с достаточной постоянной времени, чтобы эта составляющая успевала внести вклад в управление. Все управление по углу α1 следует ограничить по модулю значением 1.57, что соответствует перпендикулярному отклонению груза от вертикали (максимальный разгон объекта). ) Из-за резких изменений заданного угла вектора скорости и инерционности изменения реального угла вектора скорости необходимо более сильное и упреждающее управление. Для реализации этого требования можно контур управления по углу вектора скорости ввести в виде задаваемого угла вектора скорости плюс разность задаваемого и реального угла и плюс производная от задаваемого угла. Управление по углу α2 следует ограничить по модулю значением 1, чтобы не происходил разворот груза в противоположную сторону от требуемого движения, что может сделать систему потенциально неустойчивой. ) Коэффициенты пропорциональных, дифференциальной и интегральной составляющих управлений слишком сложно рассчитать, так что придется их подбирать. Система, полученная в соответствии с указанными выше замечаниями, реализована в отдельной модели. Эта модель находится в файле sys1_2.mdl и более подробно описана в Приложении 1. Запуск модели производится из скрипта scr_sys1_2.m, текст и описание которого приведены в Приложении 2. Запуск этой модели с какими-то произвольными значениями коэффициентов в ПИ- и ПД-управлениях дал более хороший результат, но не дал полного совпадения. Далее был проведен подбор этих коэффициентов для получения наиболее оптимального результата. При этом можно отметить следующие зависимости: При недостаточных коэффициентах в ПД управлении по углу объект начинал поворот слишком поздно и слишком слабо, так что его "заносило" и он сбивался с траектории; при слишком больших этих коэффициентах объект слишком резко реагировал на изменения угла и начинал слишком преждевременные и резкие повороты, что также сбивало его с траектории; при маленькой пропорциональной составляющей по скорости разгон производился слишком медленно и объект проезжал более короткую траекторию, чем требовалось; слишком большая пропорциональная составляющая не имеет смысла, так как на значение угла стоит ограничение по модулю, а при маленьких задаваемых скоростях это может сделать систему слишком неустойчивой; маленькая интегральная составляющая в управлении по скорости не успевала компенсировать статическую ошибку пропорционального управления; большая составляющая интегрального управления по скорости приводила к колебательности при небольших скоростях, когда не работает ограничение по модулю. Таким образом, были подобраны такие коэффициенты в управлении, что была получена траектория, очень близкая к заданной. Результат моделирования системы с такими коэффициентами представлен на рис. 3.4. Рис. 3.4 - Результат запуска модели с оптимальными коэффициентами управления При моделировании объект немного не доехал до конечной цели, хотя повороты траектории отрабатывал отлично. Это объясняется тем, что на этих самых поворотах он немного не добирал скорости. Причиной этого является невозможность полной отработки скорости: при начале поворота появляется необходимость в большом ускорении которого груз в объекте дать не может. Был проведен эксперимент, где задаваемая скорость была уменьшена в два раза, но это не привело к попаданию объекта точно в точку назначения по указанной выше причине. Таким образом, зная особенности полевого планировщика и терминального задатчика, можно подобрать такое управление для упрощенного объекта, что он для большинства возможных траекторий будет следовать по ним с достаточной точностью. Однако, теперь встает задача управления полной моделью объекта без упрощений. Такая модель объекта описана в разд. 2.5, а разработка системы описана в разд. 3.3. Изтегляне 1.09 Mb. Сподели с приятели:
|