Системы управления исполнительного уровня
Контроллеры движения представляют собой устройства управления исполнительного уровня в соответствии с принятой иерархией управления движением мехатронных систем. Главное назначение таких устройств заключается в обеспечении заданных требований по точности, устойчивости и качеству переходных процессов в системе при достижении цели управления движением, поступающей с тактического уровня управления. В данном случае учитывается специфика мехатронных объектов управления.
Пример структурной схемы управления движением, которая реализована типовым контроллером, представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема управления движением. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В состав представленной выше схемы входят:
- Регулятор скорости.
- Регулятор положения.
- Регулятор момента силы.
- Регулятор корректирующей связи по возмущающему воздействию.
- Регулятор прямой связи по скорости изменения управляющего воздействия.
Входными воздействиями для такой системы могут быть, в зависимости от поставленной цели, управляющие сигналы по скорости, положению или развиваемому усилию. В системах управления исполнительного уровня реализуется принцип замкнутого управления, предусматривающий наличие соответствующих обратных связей по фазовым координатам системы. Максимально общий алгоритм ПИД-управления описывается следующим выражением:
Рисунок 2.
где, Кп, Ки, Кд - коэффициенты пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющей сигнала; e(t) - сигнал ошибки в данном контуре управления.
При традиционном подходе предусматривается, что коэффициенты и структура корректирующих устройств определяются во время проектирования систем и в будущем остаются неизменными/фиксированными при ее эксплуатации. В нынешних системах управления параметры и вид регуляторов модифицируются автоматически в зависимости от цели движения и условий, в которых оно осуществляется. Это позволяет приспособить движение мехатронной системы к изменяющимся условиям работы и начальной неопределенности. Адаптивная настройка регуляторов необходима при условии, когда введенные обратные связи в исполнительных приводах не могут парировать влияние возмущающих воздействий, а также изменения параметров объекта управления, вызывающие недопустимое снижение показателей качества управляемого движения. Адаптивные системы имеют более сложную структуру, чем традиционные и их проектирование требует решение ряда теоретических проблем управления. Поэтому решение об использовании адаптивного регулятора должно быть технически и технологически обосновано. Настройка регуляторов определяется или набором правил и алгоритмов, которые формулируются разработчиками, или на базе знаний, накопленных машиной.
Электронный регулятор скорости
Электронный регулятор скорости – это электронная схема, контролирующая и регулирующая скорость электрического двигателя.
Электронный регулятор скорости также обеспечивает реверсирование двигателя и динамическое торможение. Электронное регулирование скорости соответствует сигналу задания скорости и изменяет скорость переключения сети полевых транзисторов. Регулировкой рабочего цикла или частоты переключения транзисторов изменяется скорость двигателя. Электронные регуляторы скорости, как правило, рассчитываются в соответствии с максимальным электрическим током. Чем выше номинальная мощность, тем больше и тяжелее электронный регулятор скорости, что является ключевым фактором при расчете массы и баланса в самолетах. Современные электронные регуляторы скорости поддерживают никель-металлгидридные, литий-ионные полимерные и литий-железофосфатные аккумуляторы, у которых имеется диапазон входных напряжений и напряжений отключения. Тип батареи и число подключаемых элементов являются важным фактором при выборе схемы устранения заряда батареи, будь то встроенной в контроллер или в виде автономного устройства. Большое количество подключенных ячеек является причиной снижения номинальной мощности и приводит к уменьшению количества сервоприводов. В состав современных электронных регуляторов скорости входит микроконтроллер, который интерпретирует входной сигнал и соответствующим образом управляет двигателем при помощи встроенной программы или встроенного программного обеспечения.
