Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время задача разработки методов и средств автоматического управления нелинейными динамическими объектами с априорно неопределенным и сложным описанием, быстро изменяющимися параметрами получила.широкое развитие. В частности, ей посвятили свои исследования, применительно к манипуляционным роботам, функционирующим в космическом пространстве и обеспечивающим высокую точность пространственного движения, следующие авторы: Kelly R., Ortega R., Slotlne J.-J.E. и др. Эти и другие алгоритмы адаптивного управления нелинейными объектами обобщены в рамках единообразной схемы скоростного градиента, развитой и всесторонне изученной в работах А.Л.Фрадаова и сотрудников.
В работах- В.В.Путова и сотрудников развит подход к построению беспоисковых адаптивных систем управления нелинейными нестационарными объектами, отличающийся от известных беспоисковых подходов к управлению объектами с параметрической неопределенностью тем, что допускается такой уровень функционально-параметрической неопределенности объектов, когда неизвестны не только параметры, но и точное функциональное строение описывающих их дифференциальных уравнений, и могут быть лишь указаны функции, мажорирующие »ти неизвестные нелинейные описания.
В диссертационной работе в рамках указанного подхода с мажорирующими функциями разрабатываются и исследуются адаптивные системы управления для взаимосвязанных нелинейных механических объектов со многими степенями подвижности, а такке производится их конкретная реализация для жесткого трехстепенного машшуляционного робота, являющегося исполнительным устройством робототехнического имитатора полета многофункционального комплекса наземных испытаний систем управления высокоманевренными летательными аппаратами (ЛА).
Построение адаптивных систем с учетом точного знания нелинейной структуры объекта представляет значительную трудность, так как построение полного, исходя из нелинейных дифференциальных уравнений Лаґранжа или Эйлера-Лагранжа для системы связанных тел с протяженной геометрией представляет сложную задачу, а предъявляемые модели так громоздки, что точное повторение их в структурах законов управления и алгоритмах их настройки представляется нецелесообразным. Поэтому в качестве альтернативы рассматриваются адаптивные структуры, достигающие на конечном промежутке времени тех s:e целей
- 2 -управления, но с заменой при t-но, свойств асимптотической устойчивости на свойства диссипативности, и не требующие выяснения деталей математического описания нелинейного объекта, а "споль-зующие лишь некоторые общие свойства строения правых частей дифференциальных уравнений класса объектов, что позволяет подобрать конкретный вид мажорирующих функций.
Современный уровень развития вычислительной техники позволяет произвести реализацию в реальном темпе времени цифровых адаптивных структур для нелинейных взаимосвязанных многостепенных объектов, однако с точки зрения стоимостных затрат, или, вообще, принципиальной возможности реализации таких систем, является целесообразным исследование и реализация более простых структур, чем те которые используют точное знание нелинейных структур объектов, например, построенных по методу скоростного градиента. Таким образом, исследование и цифровая реализация адаптивных структур с мажорирующими функциями является актуальной задачей.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка, исследование и цифровая реализация прямых адаптивных систем управления с алгоритмами параметрической настройки и Мажорирующими функциями для нелинейных взаимосвязанных механических объектов, а также построение практических структур адаптивных регуляторов для жесткого трехстепенного манипуляционного робота.
Методы исследования. Проводимые . в работе аналитические исследования .основаны на использовании метода функций Ляпунова. Также используются методы цифрового моделирования разрабатываемых адаптивных систем на основе точных математических моделей нелинейных объектов.
Научная новизна. Новизна основных результатов, полученных в работе, заключается в следующем:
разработаны локальные и взаимосвязанные законы адаптивного управления взаимосвязанными нелинейными нестационарными механическими объектами с алгоритмами 'параметрической настройки и степенными мажорирующими- функциями;
проведено аналитическое и численное исследование работоспособности локальных и взаимосвязанных адаптивных систем с параметрическими алгоритмами настройки и мажорирующими функциями для нелинейных объектов, и доказана устойчивость (диссшативность в целом) решений таких адаптивных систем;*
на основе математической модели жесткого трехзвенного мэнипулято-
- з -pa в форме дифференциальных уравнений Лагранжа разработаны взаимосвязанные и локальные адаптивные системы управления с алгоритмами параметрической настройки и мажорирующими функциями для манипуляци-онного робота, а также проведено исследование и показана эффективность функционирования локальных адаптивных структур с алгоритмами параметрической настройки и мажорирующими функциями в управлении траєкторним движением трехзвенного манипуляционного робота; - разработана структура, алгоритмы функционирования и осуществлена полная программнотаппаратная реализация, цифро-аналогового отладочного комплекса для исследования и настройки адаптивных систем управления, построенного на базе функциональных плат сбора и обработки данных и ПЭВМ IBM PC/AT, а.также проведена оценка времени вычисления управления цифровыми локальными и взаимосвязанными адаптивными регуляторами.
Практическая, ценность работы. Разработанные и исследованные в диссертации адптивныв структуры управления с алгоритмами параметрической настройки и мажорирующими функциями для взаимосвязанных нелинейных механических объектов являются более простыми с точки ^зрения практической реализации по сравнению с точными алгоритмами адаптации и более эффективными в функционировании по сравнению с системами с линейными адаптивными законами и интегральными алгоритмами настройки их параметров.
Разработанный программно-аппаратный отладочный комплекс на базе функциональных плат сбора и обработки данных и ПЭВМ IBM PC/AT является эффективным средством исследования и настройки цифровых адаптивных систем управления для многостепенных нелинейных механических объектов. -
Реализация результатов. Разработана и внедрена адаптивная система управления с алгоритмами параметрической настройки и мажорирующими функциями траєкторним движением манипуляционного робота в рамках многофункционального моделирующего комплекса наземных испытаний бортовых систем управления маловысотным полетом высокоманевренных ЛА на базе ПЭВМ и робота ПУМА-560 (концерн "Ленинец", МГП "ПЛАНЕТА", Санкт-Петербург).
Полученные в диссертации результаты использованы при постановке циклов лабораторных работ на кафедре систем автоматического управления СПбГЭТУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры систем автоматического
- 4 -управления Санкт-Петербургского электротехнического университета, на Всесоюзном научно-техническом семинаре по .электромеханотронике (Ленинград, 1989 г.). на семинаре Ленинградского дома научно-технической пропаганда (1990 г.), на семинаре "Нетрадиционные электромеханические преобразователи" (Севастополь, 1992 г.), а также на Ленинградском Симпозиуме по теории адаптивных систем (1991'г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ.
Стуктура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 69 наименований и приложения. Основное содержание рабрта изложено на 168 страницах машинописного текста' Работа содержит 130 рисунков и 11 таблиц.
