Системы адаптивного управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Адаптация (аккомодация) является основной реакцией живого организма, обеспечивающей ему возможность выживания. Она означает приспособление организма к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Реализация этого принципа в технических системах, а именно в робототехнике, по-видимому, имеет много достоинств, а иногда и просто необходима. Понятие адаптации или адаптивности в технике носит очень широкий характер и имеет поэтому много толкований. К сожалению, до сих пор нет точного общепринятого определения адаптивной системы, поэтому попытаемся пояснить смысл этого термина следующими рассуждениями.

Как известно, с помощью разомкнутого управления без обратной связи можно исключить влияние на выходные параметры объекта некоторых предсказуемых внешних возмущений при условии, что характеристики отдельных компонент и элементов системы управления достаточно просты и их свойства не изменяются. адаптация управление привод

Ликвидировать влияние непредсказуемых внешних возмущений на поведение объекта возможно в рамках традиционной теории управления. Для этого необходимо использовать принцип обратной связи, т.е. организовать замкнутую систему управления, свойства всех элементов которой полагаются известными и не изменяющимися во времени. Иногда может допускаться дрейф некоторых характеристик, но в очень незначительных пределах.

Однако на практике часто встречаются такие объекты управления, амплитудные и частотные параметры которых варьируются в широких пределах под действием внешних причин с течением времени и в силу свойств самого объекта. В несколько раз может изменяться момент инерции манипулятора в сложенном состоянии по отношению к полностью вытянутому; вязкость рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров подводного робота, работающего на разных глубинах моря при различных глубинах и температуре воды; трение в опорах двигателей в процессе загрязнения и старения смазки и многие другие характеристики. В то же время при управлении сложными объектами - гибкими производственными модулями, линиями или участками, состоящими из многих единиц оборудования, количество внешних и внутренних факторов, оказывающих возмущающее действие на их работу, резко возрастает. Среди них могут быть ошибки позиционирования заготовок или даже их отсутствие в нужный момент, износ обрабатывающего инструмента, отклонение стыка свариваемых деталей от заданной траектории движения электрода сварочного автомата, раскачивание деталей на подвесном конвейере в процессе захвата их роботом и другие подобные факторы, требующие адаптации управляющей системы, т.е. самонастройки и приспособления к реальным условиям эксплуатации. Реакция системы управления проявляется в изменении структуры, параметров, а иногда и алгоритма действий так, чтобы гарантировать достижения поставленной цели.

Существуют общие свойства, характеризующие процесс адаптации:

- выходные параметры объекта регулирования и характеристики возмущающих факторов находятся под постоянным контролем и управлением с помощью устройств, дополнительно включаемых в состав управляющей системы;

- наблюдаемое поведение объекта описывается некоторым показателем качества, оценивающим в количественной форме характер протекания процесса управления;

- отклонение показателя качества за пределы допуска влечет за собой автоматическую настройку параметров регулятора или замену алгоритма управления, результатом которых является достижение желаемого показателя качества или реализации поставленной цели.

Описанные свойства присущи в более или менее ярко выраженной форме всем адаптивным системам управления, всегда являющимися системами с обратной связью. 

1. Системы адаптивного управления

Для выполнения операций необходимо оперативно получать информацию о среде непосредственно в ходе их выполнения для использования её в реальном времени при управлении движением. Такое управление в функции о текущей о текущей информации о внешней среде называется адаптивным. Необходимым условием его реализации является наличие сенсорных систем, дающих эту информацию, т.е. "очувствление" робота.

Адаптивное управление возможно в следующих вариантах.

?Определение значений заранее неизвестных параметров для ввода их в управляющую программу системы. Здесь адаптивное управление является надстройкой над системой программного управления, осуществляя её самонастройку. Это параметрическая адаптация.

?Выбор управляющей программы из готового набора программ или сборка её из набора типовых подпрограмм, в том числе в ходе выполнения операции, на основе оценки текущей ситуации по сенсорной информации. Здесь адаптивное управление тоже дополняет систему программного управления.

?Изменение (переключение) структуры системы управления, т.е. её алгоритма, на основе оценки текущей обстановки. Например, изменение способа коррекции в системе программного управления или переход от одной сенсорной системы к другой в системе адаптивного управления. Это структурная адаптация (самоорганизация системы). (Предыдущий вариант также относится к этому типу адаптации.)

?Беспрограммное управление движением в реальном времени только по сенсорной информации. Например, выполнение операции наведения рабочего органа манипулятора на произвольно расположенный объект.

Таким образом, адаптивное управление может осуществляться как через систему программного управления приводами, так и путём непосредственного воздействия на последние. Эти два варианта отображены на схеме рис.1 стрелками с уровня адаптивного управления.

При выполнении конкретных технологических операций адаптивное управление чаще всего применяется в комбинации с программным,обеспечивая изменение структуры системы программного управления и подстройку её параметров или сборку управляющей программы или, наконец, смену её, когда необходимо полностью переходить на управление по текущей сенсорной информации.

Кроме того ,возможна комбинация перечисленных способов адаптации ,в том числе и иерархическая, когда имеется несколько уровней адаптации ("адаптация адаптации").Например, над уровнем параметрической адаптации, осуществляющим подстройку системы программного управления, может находится уровень структурной адаптации, осуществляющий дискретное изменение в схеме последней по мере исчерпания возможности подстройки.

2. Адаптивное управление отдельным приводом

Принцип адаптивного управления может применяться не только в системе совместного управления приводом манипулятора или средства передвижения робота, как показано на рис.1, но и в системе управления отдельных приводов. Разумеется, в этом случае системы управления робота в целом и его исполнительных устройств не становятся адаптивными, оставаясь системами программного управления , так как адаптация при этом относится не к общественным ,а к локальным переменным . Такая адаптация называется внутренней в отличие от внешней, осуществляемой с помощью общесистемной сенсорной обратной связи (рис.1).

На рис.2,б показан вариант схемы, в котором блок ассоциативной памяти введён в основной контур управления и не подстраивает его, а сам выдаёт управляющие воздействия. Обе схемы должны проходить этап обучения экспертами, во время которого происходит заполнение ассоциативной памяти набором ситуаций и соответствующих им оптимальных решений в виде настройки первой схемы (рис.2,а )или управляющей реакции второй(рис. 2,б)/

Мы рассмотрели два основных вида адаптивных систем управления приводами:

?управление с эталонной модельюв функции от рассогласования объекта и модели;

?управление с оценкой и стабилизацией качества управления с обучением экспертами.

3. Адаптивное управление манипулятором

В системах совместного управления приводами манипулятора применяются те же способы адаптации , что и при управлении отдельными приводами.

На рис.3 показана схема системы адаптивного управления манипуялтором, представляющая собой конкретизацию той части общей схемы сенсорного управления на рис.1, которая участвует в таком управлении .

В соответствии с этой схемой адаптивное управление может осуществляться по 3 вариантам.

1.В функции от оцениваемого качества управления с целью его стабилизации, т.е устранения отклонения показателя качества от заданного значения, или путём поиска и поддержания оптимального значения выбранного качеста управления.

2.С той же целью по отклонению от эталонной модели.

3.В функции от измеряемых сенсорными системами параметров объектов внешней среды или координат рабочего органа манипулятора относительного объектов, с которыми он

Взаимодействия с ними.

Остановимся на последнем варианте адаптивного управления движением, поскольку оно характерно именно для внешней адаптации, и не встречается ранее при рассмотрении адаптивного управления отдельными приводами.Особенность алгоритмов такого управления - наличие в них логических операций наряду с упралением собственного движенем.

На рис. 4 и 5 приведены примеры алгоритмов такого управления для выполнения некоторых из упоминавшичся выше типовых операций - поиск и взятие произвольно расположенных предметов и вставление стержня в отверстие.

Для выполнения таких операций схват оснащается сенсорами в виде дальномеров, расположенных на пальцах.

При обнаружении сенсорами предмета схват останавливается над ними и ориентируется так, чтобы его пальцы находились симметрично относительно середины предмета с двух сторон от его более узкой части.После этого схват опускается, и по сигналу датчика наличия предметов пальцы схвата сводятся, захватывая предмет.В случаи неудачи манипулятор останавливается, и сигнал об этом поступает на пункт оператора.Однако обычно до этого производится повторение операции.

На рис. 4 приведена структурная схема алгоритма взятия манипулятором произвольно расположенного предмета .После вывоза производится сканирование схватом рабочей плоскости в окрестностях точки выхода(например, строчное сканирование в квадрате с центром в этой точке).Схват при этом ориентируется торцами пальце перпердикулярно рабочей плоскости

Заключение

Применение в гибких производственных системах адаптивных роботов приводит к значительному повышению качества выпускаемой продукции за счет применения новых направлений в автоматизации технологических процессов, в данном случае микропроцессорных и сенсорных технологий.

Применение ЭВМ для контроля процесса и самодиагностики существенно уменьшает временные затраты на наладку и обслуживание ГПМ, сводя до минимума роль «человеческого фактора» в дефектах конкретных операций и ошибках программирования робота.

Размещено на Allbest.ru