Strona główna

Spis treści. Wprowadzeni


Pobieranie 396.39 Kb.
Strona1/6
Data19.06.2016
Rozmiar396.39 Kb.
  1   2   3   4   5   6

STEROWANIE RUCHEM MANIPULATORA – Spis treści




Spis treści.

1. Wprowadzenie. 3

1.1. Wstęp. 3

1.2. Przegląd literatury i istniejących rozwiązań. 4

1.3. Cel i zakres pracy. 5



2. Podstawowe pojęcia. 6

2.1. Podstawowe pojęcia, struktury


i systematyzacja manipulatorów. 6

2.2. Układy sterowania manipulatorami. 10



3. Kinematyka i dynamika manipulatora. 15

3.1. Kinematyka manipulatora. 15

3.1.1 Wyprowadzenie zależności kinematycznych. 15

3.1.2 Zadanie proste i odwrotne kinematyki. 18

3.1.3 Zadanie planowania trajektorii ruchu chwytaka. 22

3.1.4 Weryfikacja numeryczna. 25

3.2. Dynamika manipulatora. 27

3.2.1 Przyjęcie metody rozwiązania. 28

3.2.2 Wyprowadzenie dynamicznych równań ruchu. 30

3.2.3 Weryfikacja otrzymanych równań dynamicznych. 37



4. Konwencjonalne sterowanie ruchem manipulatora. 42

4.1. Wybór algorytmu sterowania i stabilność układu. 42

4.2. Weryfikacja numeryczna układu sterowania. 44

5. Adaptacyjny algorytm sterowania manipulatorem. 55

5.1. Wstęp i wybór prawa sterowania. 55

5.2. Stabilność układu i dobór prawa adaptacji parametrów. 56

5.3. Weryfikacja numeryczna układu sterowania. 58



6. Badania eksperymentalne. 71

6.1. Opis manipulatora. 71

6.2. Realizacja techniczna układu sterowania. 73

6.3. Uzyskane wyniki i wnioski. 76



7. Kierunki dalszych badań. 89

8. Literatura. 90

9. Spis załączonego oprogramowania. 91

10. Dodatek - kody źródłowe programów. 92

10.1. Kinematyka. 92

10.2. Planowanie trajektorii. 93

10.3. Dynamika i sterowanie. 94






  1. Wprowadzenie.

    1. Wstęp.

Robotyka jest dziedziną nauki i techniki, która zajmuje się problematyką mechaniki, sterowania, projektowania, pomiarów, zastosowań oraz eksploatacji manipulatorów i robotów. Przedmiotem robotyki jest zastosowanie robotów w badaniach naukowych, szeroko pojętej technice, budownictwie, transporcie, rolnictwie, jak również
w medycynie. Teoria manipulatorów i robotów jest interdyscyplinarną dziedziną badań wymagającą współdziałania specjalistów z różnych dziedzin [1].
Przez ostatnie dwadzieścia - trzydzieści lat nastąpił duży rozwój robotów przemysłowych, które znajdują zastosowanie szczególnie w przemyśle maszynowym
do prac spawalniczych, malarskich, montażowych oraz obsługi pras i obróbek wykańczających, jak szlifowanie i polerowanie. Głównym celem ich zastosowania jest podwyższenie jakości wykonywanych prac, skrócenie czasu wykonania oraz uwolnienie człowieka od ciężkiej i monotonnej pracy, a zwłaszcza od prac niebezpiecznych
dla zdrowia.
Przedmiotem szczególnego zainteresowania są zagadnienia: dokładności pozycjonowania i orientacji, realizacji trajektorii w przestrzeni z przeszkodami, czynnego sterowania siłą, komunikacji głosowej i wizyjnej, modelowania elastycznych manipulatorów. Przy rozwiązywaniu tych zagadnień korzysta się z całej klasy metod matematyki, mechaniki, teorii maszyn, teorii sterowania, informatyki, teorii systemów, miernictwa, diagnostyki, teorii eksploatacji [1].
Zagadnienie sterowania manipulatorami należy do klasy sterowania nadążnego. Trajektorie wyznaczone są zazwyczaj w przestrzeni kartezjańskiej lub w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych. Do podstawowych zagadnień, które należy rozwiązać
ze względu na sterowanie ruchem nadążnym to zapewnienie odpowiedniej dokładności
i stabilności ruchu
. Trzeba zaznaczyć, że projektując algorytmy sterowania, koniecznie powinno się uwzględnić zmienne warunki pracy, które wynikają z realizacji różnych zadań [4]. Algorytmy sterowania ruchem nadążnym manipulatorów powinny zapewniać dużą dokładność i stabilność realizowanego ruchu.

    1. Przegląd literatury i istniejących rozwiązań.

Około 95% istniejących rozwiązań przemysłowych układów sterowania manipulatorów to układy oparte o regulatory PD lub PID [1]. Takie rozwiązania podyktowane były realizacją algorytmów sterowania w technice analogowej. Jeśli już pokuszono się o układy cyfrowe – to powyższe rozwiązanie narzucone było niewystarczającymi częstotliwościami próbkowania. Kolejne 3% to układy sterowania bez sprzężenia zwrotnego. Około 1% stanowią układy sterowania otwartego, w których rolę „regulatora” pełni operator. W końcu 1% to inne rozwijające się systemy sterowania, jak np. sterowanie rozmyte, adaptacyjne, neuronowe, ślizgowe i pozostałe.

Istnieje wiele technik i metod sterowania, które mogą być zastosowane do sterownia manipulatorami. Konkretnie, wybrana metoda i sposób jej realizacji mogą mieć istotny wpływ na osiągi manipulatora, a w konsekwencji na jego zakres zastosowań [3]. Obecnie wykorzystując szybkie sterowniki cyfrowe i komputery klasy PC, istnieje możliwość przeprowadzenia zarówno symulacji dowolnych algorytmów sterowania, jak


i ich realizacji w czasie rzeczywistym.
Autorzy pracy [1] przedstawiają dogłębnie analizę manipulatorów z punktu mechaniki ruchu, jak również wprowadzają w wybrane zagadnienia robotyki. Brak
jest natomiast rzetelnej i uporządkowanej wiedzy z obszaru sterowania manipulatorami.

W pracy [2] przedstawiono niezbędną wiedzę z zakresu mechaniki manipulatorów, poszerzając obszar pracy o sformułowanie sterowania głównie w oparciu o regulator


PD / PID.

Problem mechaniki ruchu i sterowania manipulatorami omówiono w pracy [3]. Przedstawiono zarówno podstawowe sterowanie: z regulatorem PD, jak i rozszerzono zasób wiedzy o sterowanie ślizgowe i adaptacyjne dla układów nieliniowych. Przedstawiono również wyniki symulacyjne dla prostych przypadków manipulatorów. Na bazie tej literatury i następnej wyprowadzano większość zależności matematycznych, jak również porównywano otrzymane wyniki.

Systematyczną wiedzę z dziedziny sterowania odpornego, ale robotami mobilnymi przedstawił autor pracy [4]. Swoje rozważania teoretyczne, autor poparł wynikami symulacyjnymi i badaniami laboratoryjnymi.

W publikacji [5] autorzy prowadzą teoretyczne rozważania o strukturze sterowania adaptacyjnego, poparte o wyniki symulacyjne dla dobrze znanego manipulatora dwuczłonowego.

Literatura [6] poświęcona jest prawie w całości zagadnieniom mechaniki ruchu manipulatorów i robotów.

W pozycji [7] autorzy solidnie i wyczerpująco przedstawiają problemy zarówno mechaniki ruchu jak i sterowania jednak w odniesieniu do robotów mobilnych.


Podsumowując: brakuje powszechnej literatury polskojęzycznej poświęconej problemom sterowania manipulatorami. W analizowanej literaturze obcojęzycznej
i polskojęzycznej brakuje natomiast zgodności w przyjęciu oznaczeń pomiędzy wiodącymi ośrodkami badawczymi zarówno krajowymi jak i zagranicznymi, co z kolei znacząco utrudnia analizę przedstawianych prac.


    1. Cel i zakres pracy.

Niniejsza praca stanowi próbę sformułowania problemu mechaniki ruchu
dla przyjętego układu manipulatora i następnie jego sterowania w oparciu o jedną
z dostępnych metod.

W pracy rozważa się sterowanie pozycją manipulatora o strukturze stawowej. Przyjęto, że sterowany manipulator jest obiektem silnie nieliniowym i wielowymiarowym.

W rozdziale drugim sklasyfikowano struktury manipulatorów i układów sterowania. Rozdział trzeci poświęcono mechanice ruchu – wprowadzając w problemy kinematyki
i dynamiki przyjętego układu wykorzystując oprogramowanie Maple® i Matlab®Simulink®. W oparciu o wyprowadzone zależności przeprowadzono symulację układów sterowania, zarówno: konwencjonalnego opartego o regulator PD – rozdział czwarty, jak
i adaptacyjnego algorytmu sterowania – rozdział piąty; wykorzystując oprogramowanie Matlab®Simulink®. W rozdziale szóstym zawarto opis układu sterowania i wyniki badań laboratoryjnych nad układem sterowania przy wykorzystaniu manipulatora Scorbot Er4pc wraz z oprogramowaniem Matlab®Simulink®.


  1. Podstawowe pojęcia.

    1. Podstawowe pojęcia, struktury
      i systematyzacja manipulatorów.


Manipulator - urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji niektórych funkcji: manipulacyjnych (gr. manus - ręka) wykonywanych przez chwytak
i wysięgnikowych realizowanych przez ramię manipulatora. Współczesne manipulatory składają się z pojedynczego łańcucha kinematycznego otwartego od pięciu do dziewięciu stopniach swobody lub zdwojonego łańcucha, zespołu siłowników (napędu), układu sterowania, czujników i układu zasilania.
Na rysunku 2.1 pokazano schemat blokowy manipulatora [1].

Rys. 2.1. Schemat blokowy manipulatora [1].


Obierając kryterium, manipulatory możemy podzielić ze względu na:

1. Ruchliwość,

2. Odmianę łańcucha kinematycznego,

3. Przeznaczenie,

4. Zastosowany napęd,

5. Stopień specjalizacji,

6. Własności geometryczne,

7. Układ sterowania,

8. Kolejne generacje,

9. Inne.
W każdej z wymienionych grup, można wydzielić kolejne podgrupy i zaliczyć


do nich klasyfikowany obiekt. Poszczególne punkty zostano pokrótce omówione poniżej. Często spotkać można tzw. manipulatory hybrydowe, które powstają przez zastosowanie różnych konfiguracji sprzętowo-programowych, np. połączenie napędu hydraulicznego ramion z napędem pneumatycznym chwytaka i elektronicznym układem sterowania.
Ruchliwość manipulatora można wyznaczyć z zależności
(2.1)

gdzie:


w – ruchliwość jako liczba niezależnych ruchów członów ruchomych względem podstawy,

n – liczba członów ruchomych,

p – liczba połączeń różnych rodzajów [1].
Ponieważ w przypadku otwartych łańcuchów liczba członów ruchomych równa jest liczbie par kinematycznych, to zależność (2.1) przyjmie postać
(2.2)
co oznacza, że ruchliwość łańcucha otwartego równa jest liczbie stopni swobody jego połączeń – par kinematycznych [1].
Rozważmy niektóre odmiany łańcuchów kinematycznych, złożonych z par połączeń obrotowych „O” i postępowych „P”. Liczbę możliwych wariacji utworzonych z dwóch elementów można określić
(2.3)
gdzie:

k – liczba członów.
Zmieniając usytuowanie osi par można uzyskać dodatkowe odmiany [1]. W sumie dla k=3, możliwe jest uzyskanie aż 144 różnych konfiguracji łańcucha kinematycznego.


Odmiana

POP

OOO

PPP

OOP

POO

%

47

25

14

13

1

Tabl. 2.1. Procentowy udział występowania poszczególnych odmian łańcuchów manipulatorów [1].
Roboty i manipulatory rozwinęły się dzięki swojemu wszechstronnemu zastosowaniu. Znalazły zastosowanie we wszystkich rozwijających się (jak również istniejących) gałęziach przemysłu. Dla przykładu można wymienić przemysł samochody przy zgrzewaniu blach i pracach malarskich, przemysł hutniczy przy wytopie metali
i obsłudze pras, ogólnie we wszystkich gałęziach przemysłu przy transporcie i paletyzacji elementów. Do tego dochodzą prace podwodne i kosmiczne, manipulatory rehabilitacyjne
i medyczne, maszyny kroczące i cały dział związany z mikrorobotyką.
We współczesnych robotach stosowane są w zasadzie trzy rodzaje napędów: pneumatyczne, hydrauliczne i elektryczne. Każdy robot jest wyposażony w układ silników
i siłowników rozmieszczonych na jego ramionach lub w jego połączeniach ruchowych, tworząc napęd robota. Według literatury [1] przewagę w zastosowaniu znalazł napęd elektryczny i hydrauliczny przed pneumatycznym.

Rys. 2.2. Procentowy udział różnego rodzaju napędów stosowanych w robotach na rok 1990 według literatury [1]


Do zalet napędów hydraulicznych możemy wymienić:

• łatwość uzyskiwania dużych sił przy małych rozmiarach i ciężarach urządzeń wykonawczych,

• łatwość precyzyjnego sterowania,

• dobre własności dynamiczne,

• możliwość uzyskiwania małych prędkości ruchu bez konieczności stosowania przekładni,

• łatwość uzyskiwania ruchów jednostajnych,

• mała wrażliwość na zmianę obciążeń,

• łatwość konserwacji,

• duża pewność ruchowa.

Wady stosowania napędów hydraulicznych to dużej mierze:

• duży hałas przy wytwarzaniu ciśnienia (pompy),

• zanieczyszczenie środowiska pracy.


Napęd pneumatyczny rozwinął się dzięki korzystnym parametrom:

• duża pewność ruchowa,

• większa prostota konstrukcji, aniżeli napędu hydraulicznego,

• niska cena urządzeń,

• mała masa własna urządzeń i mała masa czynnika roboczego,

• powolne narastanie sił,

• duża przeciążalność,

• iskrobezpieczeństwo.

Wady stosowania napędu pneumatycznego wynikają głownie z:

• duża wrażliwość ruchu na zmiany obciążenia,

• gwałtowny rozruch przy małym obciążeniu lub źle dobranych elementach,

• znacznie mniejsze siły i momenty, aniżeli w napędzie hydraulicznym,

• korozja elementów,

• trudność w sterowaniu elementu wykonawczego.


Duży wzrost stosowania napędu elektrycznego podyktowany jest:

• małe rozmiary,

• odporność na krótkotrwałe przeciążenia,

• krótkie czasy rozruchu i sterowania,

• łatwość w płynnym sterowaniu,

• małe koszty produkcji i utrzymania,

• duża niezawodność,

• praca bez hałasu,

• brak dodatkowego oprzyrządowania, jak to ma miejsce w hydraulice
i pneumatyce,
Wady ze stosowania napędu elektrycznego:

• niekorzystny stosunek mocy do masy,

• właściwości dynamiczne mniejsze niż hydrauliki,

• wrażliwość na długotrwałe przeciążenia,

• przy dużych prędkościach obrotowych wymagają zastosowania przekładni.
Większość manipulatorów jest zaprojektowanych tak, że ostatnie n-3 pary obrotowe łańcucha kinematycznego, orientujące człon roboczy, mają osie przecinające się w jednym punkcie nazywanym środkiem kiści. Pierwsze trzy pary kinematyczne określają pozycję środka kiści. Dlatego rozróżnia się dwie części struktury manipulatora: strukturę pozycjonowania zwaną regionalną (ramieniem) oraz strukturę orientowania zwaną lokalną (kiścią).

Struktura pozycjonowania robota - określa kształt przestrzeni roboczej
i jej objętość. Można wykazać, że dla manipulatora z sześcioma parami obrotowymi objętość przestrzeni roboczej jest maksymalna, gdy osie pierwszych dwóch par obrotowych przecinają się pod kątem prostym, a oś trzeciej pary obrotowej jest równoległa do osi drugiej pary obrotowej (np. analizowany dalej manipulator Scorbot Er4pc).

Struktura orientowania - określa zdolność ustalenia lub zmiany orientacji członu roboczego. Jak wykazano, optymalną zdolność orientowania uzyskuje się wówczas,
gdy osie ostatnich trzech par obrotowych przecinają się kolejno pod kątem prostym. Jeżeli osie trzech par obrotowych są dodatkowo ortogonalne i przecinają się w jednym punkcie,
to są one równoważne przegubowi kulistemu. Zatem idealna struktura manipulatora może być typu: 3R - 3S (R - para obrotowa, S - para kulista) lub 3P - 3S (P - para przesuwna) [6].

Przestrzeń robocza manipulatora – jest całkowitym obszarem, do którego sięga jego końcówka robocza przy pełnych zakresach wszystkich możliwych ruchów manipulatora [3]. Granice przestrzeni roboczej n - członowego robota jest trudno opisać przez ogólne równania przemieszczeń. Łatwiej jest to zrobić za pomocą przekrojów tej przestrzeni i wyznaczenia granicznego konturu na zadanej płaszczyźnie przekroju. Obracając lub przesuwając tę płaszczyznę, otrzymuje się trójwymiarową przestrzeń roboczą.
Zadania, jakie może wykonywać manipulator, są zależne od jego konstrukcji
i ogólnych wskaźników, takich jak np. udźwig, szybkobieżność, wymiary przestrzeni roboczej, dokładność i powtarzalność. W pewnych zastosowaniach bierze się pod uwagę wymiary manipulatora, zużycie mocy i koszt eksploatacji.

Dokładność jest miarą zdolności manipulatora do osiągnięcia zaprogramowanego położenia członu roboczego.

Powtarzalność jest pojęciem najczęściej stosowanym przy ilościowej ocenie zdolności manipulatora do przemieszczania członu roboczego w to samo położenie
przy kolejnych próbach.

Większość współczesnych robotów przemysłowych ma powtarzalność znacznie lepszą od dokładności. Powtarzalność jest ważna w przypadku „nauczania" manipulatora przez przemieszczanie do pożądanego położenia za pomocą programatora przenośnego (klawiszowego). Obecnie występuje tendencja do programowania ruchu manipulatora metodą „off-line". W takim przypadku dokładność manipulatora staje się ważniejsza,


a zatem występuje potrzeba analizy błędów pozycjonowania i orientacji.

Rozróżnia się maksymalną prędkość członu roboczego i całkowity czas cyklu poszczególnego zadania. Często fazy przyśpieszania i opóźniania trwają przez większą część cyklu i dlatego zdolność przyśpieszania może być ważniejsza od maksymalnej prędkości.


Klasyfikując rozpatrywany w tej pracy manipulator Scorbot Er4pc, można powiedzieć, że jest on otwartym łańcuchem kinematycznym o pięciu stopniach swobody. Trzy pierwsze odpowiadają za pozycjonowanie i są typu RRR, kolejne dwa to orientacja, również typu RR, (przy czym R to para obrotowa). Zastosowano w nim silniki elektryczne prądy stałego z magnesami stałymi i wbudowaną przekładnią mechaniczną. Sterowanie odbywa się bezpośrednio z komputera PC poprzez kartę rozszerzeń ISA. Elementami podającymi położenie ramion są encoder’y optyczne. Według specyfikacji przeznaczony jest on do celów naukowych, jak również możliwe jest zastosowanie w przemyśle lekkim przy spawaniu lub szlifowaniu.


    1. Układy sterowania manipulatorami.

Zagadnienie sterowania manipulatorami sprowadza się do problemu określenia przebiegu czasowego na wejściach przegubów, niezbędnego do wykonania zadanego ruchu przez końcówkę manipulatora. Wejściami przegubów mogą być siły i momenty podane
na te przeguby lub też wejścia na ich napędy, np. napięcia wejściowe na silniki,
w zależności od rodzaju konstrukcji sterownika.
Istnieje wiele technik i metod sterowania, które mogą być zastosowane
do sterowania manipulatorami. Konkretna - wybrana metoda i sposób jej zastosowania mogą mieć istotny wpływ na osiągi manipulatora, a w konsekwencji - na zakres jego możliwych zastosowań. Przykładowo sterowanie wzdłuż trajektorii ciągłej wymaga innych rozwiązań w zakresie sprzętu i oprogramowania sterującego niż sterowanie z punktu
do punktu. Ponadto sama konstrukcja mechaniczna manipulatora ma wpływ na typ koniecznego układu sterowania. Dla przykładu zadania sterowania manipulatorem kartezjańskim są zdecydowanie inne niż sterowania manipulatorem z łokciem. Stwarza
to potrzebę tzw. kompromisu sprzętowo-programowego między strukturą mechaniczną układu a architekturą czy oprogramowaniem sterownika [3].
Stały rozwój technologiczny widoczny w dziedzinie mechanicznej konstrukcji robotów poprawia ich potencjalne możliwości i rozszerza zakres zastosowań. Jednak zwiększające się możliwości wymagają bardziej złożonego podejścia do problemu sterowania.

Rys. 2.3. Podstawowa struktura sterowania ze sprzężeniem zwrotnym.


Podstawowa struktura systemu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym z jednym wejściem i jednym wyjściem jest pokazana na rysunku 2.3.
Celem projektowania układu sterowania - jest wybór regulatora w taki sposób,
aby wyjście obiektu „śledziło" lub nadążało za wyjściem żądanym, podanym przez sygnał wartości zadanej. Sygnał sterujący nie jest jednak jedynym wejściem, działającym na układ. Zakłócenia, które są w istocie wejściami i których nie kontrolujemy, także wpływają
na zachowanie się wyjścia. Dlatego sterownik musi być tak zaprojektowany, aby wpływ zakłóceń na wyjście obiektu był zredukowany. Jeśli uda się to osiągnąć, to można powiedzieć, że obiekt „odrzuca" zakłócenia. Podwójny cel: śledzenie parametrów zadanych i odrzucanie zakłóceń jest podstawą każdej metody sterowania [3].
Ograniczymy się wstępnie do omówienia kilku najbardziej rozpowszechnionych metod sterowania, jak również przedstawimy wstępnie kilka najnowszych trendów
w dziedzinie projektowania układów sterowania.
Jeżeli w miejsce regulatora wybierzemy strukturę regulatora PD o równaniu
(2.4)
gdzie:

e=qd-q – jest uchybem nadążania,

KP, Kd – są diagonalnymi macierzami wzmocnień regulatora.
to otrzymamy najprostszy układ sterowania w pętli zamkniętej. Wykazanie stabilności zaproponowanego regulatora pokażemy w rozdziale 3. Przedstawiony regulator opisany jest w każdej literaturze poświęconej układom sterowania i automatycznej regulacji. Jego popularność wynika z prostoty i funkcjonalności. Obecnie 95% urządzeń
z automatyczną regulacją opartych jest właśnie na regulatorach P lub PD, rzadko PID.

Rys. 2.4. Struktura sterowania z regulatorem P-PD-PID plus kompensacja od sił grawitacji


Regulatory PD posiadają podstawową wadę – nie potrafią odrzucać zakłóceń.
Z tego względu pojawiły się inne zmodyfikowane postacie regulacji opartej na regulatorach PD, jak chociażby: regulacja PD, plus kompensacja od sił grawitacji (rysunek 2.4),
lub regulacja PD, plus kompensacja oporów ruchu. Wprowadzenie do układu sterowania dodatkowych zależności wymusza zastosowania szybszych sterowników cyfrowych, które w czasie rzeczywistym będą przeliczały zadane wartości.

Powyższe podejście umożliwiło poprawienie jakości sterowania. Nadal jednak układ sterowania zaprojektowany raz musiał taki pozostać. Nie mógł ulegać samoregulacji, dostosowując się do panujących warunków pracy.

Poszukiwano, więc takich rozwiązań, które będą na bieżąco korygować swoje współczynniki, aby minimalizować różnicę pomiędzy opisem matematycznym zawartym
w układzie sterowania a samym układem rzeczywistym. Sterowanie takie nosi nazwę sterowania odpornego. Pod tym pojęciem kryją się dwie przodujące metody, mianowicie: sterowanie ze zmienną strukturą i sterowanie adaptacyjne.
Układ sterowania ze zmienną strukturą to taki układ, w którym struktura może być nagle zmieniana lub przełączana zgodnie z pewną logiką przełączeń, której celem jest zapewnienie pożądanego zachowania się układu [3] (rysunek 2.5.). Najprostszymi przykładami układów ze zmienną strukturą są układy przekaźnikowe lub układy typu
„on-off” w układach ogrzewania lub klimatyzacji.

Rys. 2.5. Struktura sterowania z wykorzystaniem logiki przełączeń.


Na podstawie posiadanej wiedzy o obiekcie, określa się dokładność modelu
za pomocą przewidywanego przedziału zmienności każdego z parametrów. Następnie projektuje się regulator, którego struktura składa się z kompensatora i stabilizatora,
aby układ zamknięty pracował poprawnie dla każdego obiektu mieszczącego
się w założonych granicach dokładności. Otrzymany w ten sposób regulator nosi nazwę regulatora odpornego. Zaletą tej metody syntezy algorytmów sterowania jest duża pewność działania układu. Do wad opisanego podejścia należy zaliczyć fakt, że w praktyce najmniejsze wartości ograniczeń zakłóceń parametrycznych i nieparametrycznych są rzadko dostępne i stosuje się ich zawyżone wartości, co może powodować nadmierne amplitudy sygnału sterowania, a w konsekwencji występowanie poślizgów. W celu zapoznania
się z układami sterowania ze zmienną strukturą odsyłamy do literatury
[1, 2, 3, 4], jak również innych obcojęzycznych.
Podstawowa idea sterowania adaptacyjnego polega na tym, że zmienia
się wartość wzmocnienia lub innych parametrów prawa sterowania, zgodnie z pewnym algorytmem działającym „on-line”. W ten sposób regulator może „nauczyć się” odpowiedniego zestawu parametrów podczas pracy. Ta idea jest szczególnie użyteczna dla manipulatorów realizujących zadanie powtarzania. Bez adaptacji parametrów jak się później okaże błędy są również powtarzane. Wprowadzając adaptację jakość nadążania może być skutecznie poprawiana przez kolejne powtórzenia [3].

Rys. 2.6. Idea sterowania adaptacyjnego.


Sterowanie adaptacyjne zostanie szczegółowo przedstawione w rozdziale 5.
Obok wspomnianych metod stosowanych do projektowania układów sterowania
w warunkach niepewności coraz większym zainteresowaniem cieszą się techniki stosowane
w sztucznej inteligencji - sieci neuronowe i układy z logiką rozmytą [7].
Sztuczne sieci neuronowe, ze względu na ich możliwości aproksymacji dowolnych odwzorowań nieliniowych oraz możliwość uczenia się i adaptacji stały się atrakcyjnym narzędziem stosowanym w teorii układów nieliniowych. Ze względu na posiadaną własność uczenia się nieliniowych charakterystyk, stosuje się je do modelowania złożonych nieliniowych układów. Sztuczne sieci neuronowe wykorzystują informacje numeryczne wiążące w sposób jednoznaczny (ostry) sygnały wejścia i wyjścia.

Rys. 2.7. Graficzny algorytm sterowania neuronowego.


Alternatywnym sposobem analizy i syntezy układów dynamicznych, których modele jedynie w przybliżeniu opisują własności obiektu są układy z logiką rozmytą. Układy te wykorzystują informację lingwistyczną, która operuje pojęciami opisowymi
i mogą być zastosowane między innymi do aproksymacji funkcji nieliniowych w procesie modelowania i sterowania. Przykładami takimi mogą być zmienne lingwistyczne „bardzo mały”, „mały”, „duży”, „bardzo duży”. Każde z tych określeń wobec nieprecyzyjnie zdefiniowanych różnic stanowi pojęcie nieostre, rozmyte. Zmiennym lingwistycznym można przyporządkować zmienne numeryczne. Funkcje opisujące ich zależności tworzą reguły opisujące w sposób ścisły tego typu systemy. W układach z logiką rozmytą występują symboliczne reguły, „JEŻELI – TO” jakościowe zmienne opisane zmiennymi lingwistycznymi oraz operatory rozmyte „I”,
  1   2   3   4   5   6


©snauka.pl 2016
wyślij wiadomość