5851

Математическая модель манипулятора

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Математическая модель манипулятора Структурная схема системы манипулятора с учетом упругих элементов показана на рисунке 1. Подробное описание структурной схемы и физическое обоснование полученной структурной схемы приведено в...

Русский

2012-12-23

2.05 MB

96 чел.

Математическая модель манипулятора

Структурная схема системы манипулятора с учетом упругих элементов показана на рисунке 1. Подробное описание структурной схемы и физическое обоснование полученной структурной схемы приведено в /1/.


Рисунок 1. Структурная схема манипулятора

Расчет параметров математической модели

Исходные данные для расчетов

Номинальная скорость двигателя: об/мин;

Максимальная скорость двигателя: об/мин;

Номинальный момент двигателя: ;

Максимальный момент двигателя: ;

Номинальный ток двигателя: А;

Максимальный ток двигателя: А;

Номинальное напряжение двигателя: В;

Момент инерции двигателя: ;

Э.Д.С. двигателя: В;

Индуктивность якорной цепи двигателя: Гн;

Сопротивление якорной цепи двигателя: Ом;

Постоянная времени жесткости: с;

Постоянная времени массы груза: с.

Расчет параметров двигателя

Электромагнитная постоянная времени двигателя:

,

где Гн – индуктивность якорной цепи двигателя;

Ом – активное сопротивление якорной цепи.

Механическая постоянная двигателя:

,

где  - момент инерции двигателя;

рад/с – номинальная частота вращения двигателя;

 - номинальный момент двигателя;

Расчет параметров механической части

Постоянная времени упругих колебаний системы:

,

где с – механическая постоянная времени двигателя;

с – механическая постоянная времени груза;

с – постоянная времени жесткости механических передач.

Относительный коэффициент демпфирования:

,

где  - относительный коэффициент затухания упругих колебаний;

с – постоянная времени упругих колебаний;

с – постоянная времени жесткости системы.

Получение передаточных функций звеньев системы

Тиристорный преобразователь: ;

,

где  - сопротивление якорной цепи двигателя в относительных единицах;

Ом – сопротивление якорной цепи в абсолютных единицах;

Ом – базовое значение сопротивления;

В - номинальное напряжение двигателя;

А – номинальный ток якоря;

Расчет переходных процессов в разомкнутой системе

Для расчета переходных процессов в разомкнутой системе воспользуемся пакетом анализа динамических систем входящим в состав пакета MATLAB 7. Данный пакет позволяет рассчитать переходные процессы в системе, а также их основные характеристики, такие как амплитуда, перерегулирование, установившееся значение, время переходного процесса. Для создания структурной схемы системы воспользуемся визуальными инструментами разработки пакета Simulink, который также входит в пакет MATLAB 7. Структурная схема системы подготовленной к расчету показана на рисунке 2. Полученные переходные процессы разомкнутой системы и их характеристики показаны на рисунке 3.


Рисунок 2. Структурная схема разомкнутой системы

Расчет переходных процессов в системе настроенной на модульный оптимум

Расчет передаточных функций регуляторов

Передаточная функция тахогенератора:

.

Передаточная функция датчика тока:

.

Регулятор скорости:

.

Регулятор тока:

,

где  - коэффициент усиления регулятора;

 - коэффициент передачи двигателя;

 - постоянная времени регулятора.

Расчет переходных процессов

Структурная схема системы подготовленной к расчету показана на рисунке 4. Полученные переходные процессы системы и их характеристики показаны на рисунке 5.


Рисунок 4. Структурная схема замкнутой системы настроенная на модульный оптимум

Расчет переходных процессов в системе настроенной на симметричный оптимум

Расчет передаточных функций регуляторов

Регулятор скорости:

,

где - коэффициент усиления регулятора;

 - постоянная времени регулятора.

Регулятор тока:

,

где  - коэффициент усиления регулятора;

 - коэффициент передачи двигателя;

 - постоянная времени регулятора.

Расчет переходных процессов

Структурная схема системы подготовленной к расчету показана на рисунке 6. Полученные переходные процессы системы и их характеристики показаны на рисунке 7.


Рисунок 6. Структурная схема замкнутой системы настроенная на симметричный оптимум

Расчет переходных процессов в однократно-интегрирующей системе настроенной для систем с упругими связями

Расчет передаточных функций регуляторов

Регулятор скорости:

,

где - коэффициент усиления регулятора;

Регулятор тока:

,

где  - коэффициент усиления регулятора;

 - коэффициент передачи двигателя;

 - постоянная времени регулятора.

Расчет переходных процессов

Структурная схема системы подготовленной к расчету показана на рисунке 10. Полученные переходные процессы системы и их характеристики показаны на рисунке 11.


Рисунок 8. Структурная схема однократно-интегрирующей системы настроенная по рекомендациям для систем с упругими связями

Расчет переходных процессов в двукратно-интегрирующей системе настроенной для систем с упругими связями

Расчет передаточных функций регуляторов

Регулятор скорости:

,

где - коэффициент усиления регулятора;

 

Регулятор тока:

,

где  - коэффициент усиления регулятора;

 - коэффициент передачи двигателя;

 - постоянная времени регулятора.

Расчет переходных процессов

Расчет переходных параметров при параметрах регуляторов рассчитанных выше показал, что система не стабильна как по управляющему, так и по возмущающему воздействию. Для получения стабильной системы было принято решение о подборе коэффициента передачи регулятора скорости. Методом экспериментов было установлено что, при увеличении коэффициента регулятора скорости система не становится устойчивой, при уменьшении коэффициента регулятора скорости, система становится стабильной, увеличивается время переходного процесса и снижается амплитуда колебаний тока двигателя, перерегулирование скорости механизма практически не изменяется. В качестве примера рассмотрена модель системы с коэффициентом передачи регулятора скорости 0,322

Структурная схема системы подготовленной к расчету показана на рисунке 10. Полученные переходные процессы системы и их характеристики показаны на рисунке 11.


Рисунок 10. Структурная схема двукратно-интегрирующей системы

Анализ результатов

При выполнении работы были построены переходные процессы для следующих систем:

  •  Разомкнутая система;
  •  Система настроенная на модульный оптимум;
  •  Система настроенная на симметричный оптимум;
  •  Однократно-интегрирующей системы;
  •  Двукратно-интегрирующей системе.

Для удобства сравнения качества переходных процессов в различных системах, их характеристики сведены в таблицу 1.

Из таблицы видно, что лучшее качество переходных процессов обеспечивает однократно-интегрирующая система (перерегулирование отсутствует, переходные процессы изменения скорости имеют практически апериодический вид), однако в однократно интегрирующей системе при возмущающем воздействии большая статическая ошибка регулирования. Статическая ошибка регулирования отсутствует в системе настроенной на симметричный оптимум и двукратно-интегрирующей, однако двукратно-интегрирующая система имеет лучшее качество переходных процессов по сравнению с системой настроенной на симметричный оптимум.


Таблица 1. Характеристики переходных процессов.

В таблице для обозначения характеристик переходных процессов приняты следующие обозначения:

- пиковое значение величины;

- перерегулирование;

- установившееся значение;

- время переходного процесса.

Система

Разомкнутая

Модульный оптимум

Симметричный оптимум

Однократно-интегрирующая

Двукратно-интегрирующая

Параметры переходных процессов

Переходной процесс скорости двигателя по управлению

Переходной процесс скорости двигателя по возмущению

Переходной процесс тока двигателя по управлению

Переходной процесс тока двигателя по возмущению

Переходной процесс скорости механизма по управлению

Переходной процесс скорости механизма по возмущению

Список используемых источников

  1.  Сбалансированные манипуляторы /И.Л. Владов, В.Н. Данилевский, П.Б. Ионов и др.; Под ред. П.Н. Белянина. – М.: Машиностроение, 1988.-264 с.:ил. – (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).
  2.  Кравченко О.А., Пятибратов Г.Я. Моделирование электромеханических систем регулирования усилий в упругих механических передачах: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование электромеханических систем»/ Новочерк. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: НГТУ, 1998 – 44с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22519. Расчет быстровращающегося диска 100.5 KB
  Расчет быстровращающегося диска Значительный интерес представляет задача о напряжениях и деформациях в быстро вращающихся валах и дисках. Высокие скорости вращения валов паровых турбин обусловливают появление в валах и дисках значительных центробежных усилий. Вызванные ими напряжения распределяются симметрично относительно оси вращения диска. Рассмотрим наиболее простую задачу о расчете диска постоянной толщины.
22520. Устойчивость сжатых стержней. Формула Эйлера 89.5 KB
  Однако разрушение стержня может произойти не только потому что будет нарушена прочность но и оттого что стержень не сохранит той формы которая ему придана конструктором; при этом изменится и характер напряженного состояния в стержне. Наиболее типичным примером является работа стержня сжатого силами Р. Разрушение линейки произойдет потому что она не сможет сохранить приданную ей форму прямолинейного сжатого стержня а искривится что вызовет появление изгибающих моментов от сжимающих сил Р и стало быть добавочные напряжения от...
22521. Анализ формулы Эйлера 80 KB
  1: 1 Таким образом чем больше точек перегиба будет иметь синусоидальноискривленная ось стержня тем большей должна быть критическая сила.1 Таким образом поставленная задача решена; для нашего стержня наименьшая критическая сила определяется формулой а изогнутая ось представляет синусоиду Величина постоянной интегрирования а осталась неопределенной; физическое значение ее выяснится если в уравнении синусоиды положить ; тогда т. посредине длины стержня получит значение: Значит а это прогиб стержня в сечении посредине его...
22522. Пределы применимости формулы Эйлера 141 KB
  Для стали 3 предел пропорциональности может быть принят равным поэтому для стержней из этого материала можно пользоваться формулой Эйлера лишь при гибкости т. Теоретическое решение полученное Эйлером оказалось применимым на практике лишь для очень ограниченной категории стержней а именно тонких и длинных с большой гибкостью. Попытки использовать формулу Эйлера для вычисления критических напряжений и проверки устойчивости при малых гибкостях вели иногда к весьма серьезным катастрофам да и опыты над сжатием стержней показывают что...
22523. Прочность при циклически изменяющихся напряжениях 149.5 KB
  Так например ось вагона вращающаяся вместе с колесами рис. Рис. Для оси вагона на рис. В точке А поперечного сечения рис.
22524. Диаграмма усталостной прочности 60.5 KB
  Диаграмма усталостной прочности. Эта кривая носит название диаграммы усталостной прочности рис. Точки А к С диаграммы соответствуют пределам прочности. Полученная диаграмма дает возможность судить о прочности конструкции работающей при циклически изменяющихся напряжениях.
22525. Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности 147.5 KB
  Одним из основных факторов которые необходимо учитывать при практических расчетах на усталостную прочность является фактор местных напряжений. Очаги концентрации местных напряжений: Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования показывают что в области резких изменений в форме упругого тела входящие углы отверстия выточки а также в зоне контакта деталей возникают повышенные напряжения с ограниченной зоной распространения так называемые местные напряжения. 1 а закон равномерного распределения напряжений вблизи...
22526. Основы вибропрочности конструкций 155.5 KB
  Если период вынужденных колебаний совпадет с периодом свободных колебаний стержня то мы получим явление резонанса при котором амплитуда размах колебаний будет резко расти с течением времени. Так как период раскачивающих возмущающих сил обычно является заданным то в распоряжении проектировщика остается лишь период собственных свободных колебаний конструкции который надо подобрать так чтобы он в должной мере отличался от периода изменений возмущающей силы. Вопросы связанные с определением периода частоты и амплитуды свободных и...
22527. Расчет динамического коэффициента при ударной нагрузке 140.5 KB
  Скорость ударяющего тела за очень короткий промежуток времени изменяется и в частном случае падает до нуля; тело останавливается. передается реакция равная произведению массы ударяющего тела на это ускорение. Обозначая это ускорение через а можно написать что реакция где Q вес ударяющего тела. Эти силы и вызывают напряжения в обоих телах.