Данное исследование посвящено проектированию регулятора для сервопривода робота. Для обеспечения движения в робототехническом комплексе часто используют двигатели постоянного тока, входящие в состав сервопривода промышленного комплекса лазерной сварки. В качестве сервопривода может быть любой тип механического привода с сенсорными устройствами положения, скорости, усилия, а также блок управления приводом, например, в виде электронной схемы для автоматического регулирования необходимых параметров технологического процесса. В настоящее время производители устанавливают сервоприводы на каждую управляемую ось робота. Автоматическое регулирование параметров процесса осуществляется известными математическими законами: пропорциональным интегральным, дифференциальным. При этом пропорциональный и дифференциальный законы являются статическими, то есть не обеспечивают требуемой точности, сохраняя статическую ошибку. Интегральная составляющая обеспечивает астатизм системы, тем самым обеспечивая точность, но ухудшая качество переходного процесса - снижаются запасы устойчивости и вид процесса становится колебательным. Ранее авторами было проведено исследование пропорционального регулирования сервопривода робота [1]. В данной статье представлены результаты оценки влияния интегральной составляющей на устойчивость и качество переходного процесса. В качестве регулируемого выходного параметра выбрана угловая скорость вращения вала двигателя сервопривода. Требуемые показатели качества процесса выбраны для процесса лазерной сварки металлов толщиной от 0,1 до 10 мм: время регулирования не более 1 секунды, вид переходного процесса - затухающие колебания [1]. Моделирование и расчеты выполнены в пакете математического моделирования Matlab. Исследование проводилось в два этапа: с учетом и без учета внешнего воздействия. Выбрана двухконтурная структурная схема с конурами регулирования по положению и скорости. Интегральная составляющая добавлялась поэтапно в П-регулятор сначала в контур положения, затем в контур скорости. Переходные процессы с интегральной составляющей в контуре положения получились расходящимися и в дальнейшем не исследовались. Для оценки устойчивости и качества переходного процесса выбран ПИ-регулятор в контуре скорости. Также проведена оценка влияния коэффициентов регуляторов на параметры переходного процесса и устойчивость. Для обеспечения заданного переходного процесса были значительно увеличены коэффициенты интегральной составляющей регулятора, что привело к увеличению колебательности процесса. Для компенсации колебаний при сохранении заданного быстродействия были увеличены коэффициенты пропорциональной составляющей контура скорости и контура положения.
This study focuses on the design of a controller for a robot servo drive. DC motors, which are part of the servo drive of an industrial laser welding system, are often used to provide motion in robotic systems. A servo drive can be any type of mechanical drive with position, speed, and force sensors, as well as a drive control unit, such as an electronic circuit for automatically regulating the required process parameters. Currently, manufacturers install servo drives on each controlled axis of a robot. Automatic regulation of process parameters is achieved using well-known mathematical laws: proportional, integral, and differential. Proportional and differential laws are static, meaning they do not provide the required accuracy, maintaining a static error. The integral component ensures astatic behavior of the system, thereby ensuring accuracy but degrading the transient process quality-stability margins are reduced, and the process becomes oscillatory. The authors previously conducted a study of proportional control of a robot servo drive [1]. This article presents the results of an assessment of the influence of the integral component on the stability and quality of the transient process. The angular velocity of the servo motor shaft was selected as the controlled output parameter. The required process quality indicators were selected for laser welding of metals with a thickness of 0.1 to 10 mm: a control time of no more than 1 second, and the transient process type of damped oscillations. Modeling and calculations were performed using the Matlab mathematical modeling package. The study was conducted in two stages: with and without external influences. A dual-loop structural diagram with position and speed control loops was selected. The integral component was added in stages to the P-controller, first to the position loop, then to the speed loop. Transient processes with the integral component in the position loop turned out to be divergent and were not further investigated. To assess the stability and quality of the transient process, a PI controller was selected in the speed loop. The impact of controller gains on transient response parameters and stability was also assessed. To ensure the specified transient response, the integral gains of the controller were significantly increased, which resulted in increased process oscillation. To compensate for oscillations while maintaining the specified response speed, the proportional gains of the velocity and position loops were increased.