Введение к работе
'ДАі'С."'і:.:^МЛЯ - ИБЛИОТЕКА
Актуальность темы. Диссертация посвящена проблемам оптимизации функциональных характеристик амортизационных систем, вибротехнологических машин и манипуяяционных роботов. Актуальность этой темы обусловливается большой распространенностью подобных систем в различных областях техники и в промышленности, перспективностью их дальнейшего совершенствования и возрастанием требований к качеству функционирования. Последнее обстоятельство заставляет искать новые подходы к проектированию вибрационных и робототехнических систем, один из которых - использование методов оптимизации. Оптимизационный подход позволяет, во-первых, выяснить предельные возможности проектируемой системы (по этношению к выбранному критерию качества) и, во-вторых, рассчитать конструктивные параметры и режимы управления, обеспечиваю-цие наилучшее качество функционирования. Актульность темы диссертации подтверждается также многочисленностью публикаций по проблемам оптимизации вибрационных и рсбототехнических систем, появляющихся в настоящее время в отечественных и зарубежных чаучных изданиях, а также большим количеством семинаров, конференций и симпозиумов.
Проблемы оптимизации амортизационных систем исследовались в работах отечественных ученых: Д. В. Баландина, В. В. Болотина, 4. П. Борисова, Е.Д.Викторова, В. В. Турецкого, Н. И. Жиянова, М. 3. Косовского, Э. К. .Лавровского, В. Б. Ларина, Р. М. Ларина, В. М. Рябого, э. Т. Саранчука, В.А.Троицкого, К.В.Фролова, Ф. А. Фурмана, Р. И. Фу-зунжиева п др.; зарубежных ученых: К. Афимивалы, Б.Взнга, Д. Кар-401 ша, Р. Мэйна, Е. Севина, К. Трайки, К. Уилмерга, Р. Фокса и др.
Оптимальному управлению робототехничеокими системами тосвящены работы отечествекнных ученых: В.В.Аветисяна, Л. Д. Аку-іенко, З.И.Бабицкого, В. Е. Бербюка, В. Ф. Бурдакова, Е.И.Воробьева, і В. Горбачева, М. В. Демидюка, В. Л. Зака, А. А. Каплунова, А. С.Кова-гевой, П. Д. Крутько, В. Б. Ларина, С. А. Михайлова, С. Н. Осипова, ". У. Пирумова, Е.С.Пятницкого, Н. Н Рогова, А. Б. Смольникова, \. М. Формальского, Ф. Л. Черноусько, А.Г.Шухова и др.; зарубежных гченых: А. Айлона, Дж. Боброва, А. Брайсона, А. Вайнреба, М. Вукобра-говича, С. Дубовского, Дж.Гибсона, М.Кана, П. Кириазова, Г. Ланг-гольца, К. Линя, Дж. Лу, П. Маринова, Б. Рота, Б. Чешанкова, 3. Шиллера и др.
Цель работы: анализ, на основе оптимизационного подхода, предельных возможностей функционирования противоударных амортизаторов и манипуляционных роботов; разработка практически приемлемых методов и алгоритмов расчета оптимальных и субоптимальных законов управления и параметров применительно к указанным системам; определение оптимальных парамегров и законов управления для ряда конкретных амортизационных систем, вибротехнологических машин и роботов.
Методы исследования. В диссертации использвались метода аналитической механики, теории оптимального управления, нелинейного программирования, а также компьютерное моделирование.
Достоверность полученных результатов базируется на строгом и обоснованном использовании математических методов механики и теории управления, а также на сравнении результатов компьютерного моделирования с теоретическими выводами.
Научная новизна. Теоретически решен ряд проблем защиты технических объектов от ударных нагрузок. Выявлены предельные возможности снижения перегрузки, испытываемой амортизируемым объектом при ограничении на смещения относительно основания. Для прямолинейно перемещающихся объектов определен полный класс "пассивных" амортизаторов со степенными характеристиками, реализующих предельно возможное качество защиты от единичного удара. Найдены оптимальные параметры для наиболее распространенных типов амортизаторов. Проведено сравнение качества противоударной защиты, обеспечиваемого этими амортизаторами, с предельно возможным. Решен ряд задач оптимизации харак'геристик противоударных аморгазаторов, рассчитанных на класс внешних воздействий.
Исследованы стационарные колебания объекта, связанно!-о с гармонически колеблющимся основанием посредством виброизолятора с линейной пружиной и демпфером с сухим трением. Построен алгоритм оптимизации коэффициента сухого трения.
изучены возможности балансировки вибрационных механизмов с инерционным возбуждением типа виброплощадок для формования железобетонных изделий. Найдены соотношения между конструктивными параметрами механизма, отвечающие поступательному движению рабочего органа.
Построены оптимальные по быстродействию транспортные
ижения для двузвенного антропоморфного манипулятора и для нипулятора, работающего в цилиндричекой системе координат, при раничениях на управляющие силы и моменты, действующие в рнирах. Для антропоморфных роботов выявлена существенная висимость времени движения от типа конфигурации манипулятора.
Построен синтез оптимального управления электроприводом єна манипулятора при ограничениях на управляющее напряжение и к в цепи якоря электродвигателя. В качестве критериев тимальности рассматривались время поворота соответствуг'цего єна, а также функционалы, учитывающие энергозатраты. На основе ого синтеза разработан подход к построению субоптимальных равлений для многозвенных электромеханических манипуляторов с зависимыми приводами и малом динамическом взаимодействием ,зличных степеней свободы.
Практическая ценность работы. Теоретические результаты [ссертации, а также содержащиеся в ней алгоритмы и формулы для ючета оптимальных и субоптималных законов управления и конст-гктивных параметров могут быть непосредственно использованы при хэектировании амортизационных систем, вибротехнологических Ш1ин и манипуляционных роботов. Результаты диссертации нашли эимененле при разработке систем управления электроприводами .істродействующих манипуляционных роботов и конструкции іброплощадки для формования крупногабаритных железобетонных юков. СЬответстаующие изобретения защищены авторскими їидетельствоами.
Апробация работы. Результаты работы неоднократно докль.і,- *а--ісь на семинаре Института проблем механики Российской акадеїлии зук по теории управления и оптимизации Сруководитель семинара -пен-корреспондент РАН Ф.Л. Черноусько), а также на многих зесоизных и международных конференциях,среди которых Всесоюзные энференции по оптимальному управлению в механических системах *Лосква, 1974 г.; Казань 1977 г.; Казань, 1935 г. 3, Второй ^есоюзный съезд по теории механизмов и машин (Одесса, 1982 г.~), зесоюзные совещания по робототехническим системам СВоронеж, 384 г. ; Киев, 1987 г.}, шестой и седьмой всесоюзные съезды по еоретической и прикладной механике СТашкент, 1986 г. ; Москва, 991 г.}, вторая конференция "Оптимальное управление - теория и риложения" (Лейпциг, 1980 г.), 9 Всемирный конгресс Международной федерации по автоматическому управлению Cifac)
(Будапешт, 1984 г.), Шестой симпозиум международной федерации по теории механизмов и машин по теории и приложениям роботов и манипуляторов С Краков, 1986 v.) и другие.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 18 статьях в центральных научных журналах АН СССР и международном журнале "Методы и приложения оптимального управления", 2 препринтах Института проблем механики АН СССР и 2 монографиях С одна в соавторстве!) в издательстве "Наука".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из двух разделов, объединяющих шесть глав С по три главы в каждом разделе). Первый раздел посвящен оптимизации амортизационных и вибротехнологических систем, второй - проблемам построения оптимальных и субоптимальных управлений для различных типов манипуляционных роботов. В начале каждою раздела имеется обзор научных публикаций по соответствующей тематике. Работа содержит 298 стр. основного теста, 5Г рисунков, 2 таблицы, список литературы из 211 наименований и три приложения. Полный объем диссертации составляет 396 стр.