ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕРВОПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА
Авторы:
1.
Казанский государственный энергетический университет
2.
Казанский государственный энергетический университет
Тип:
Статья
Номер статьи:
Статус:
Опубликован
Получено:
04.08.2025
Одобрено:
07.08.2025
Опубликовано:
07.08.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, СЕРВОПРИВОД
Аннотация (русский):
Данное исследование посвящено разработке математической модели и подбора регулятора для сервопривода робота. Сервоприводы активно применяются в сварочных и сборочных роботах для регулирования параметров движения выходного звена робота. Сервопривод имеет в своем составе двигатель постоянного тока с редуктором, датчики обратной связи для контроля угла поворота, а также блок питания и конвертер. В процессе лазерной сварки обычно контролируются: мощность излучения, фокусное расстояние оптической системы, а также скорость сканирования, которая связана с частотой вращения вала двигателя. В качестве объекта регулирования выбран основной элемент сервопривода - двигатель постоянного тока, математическая модель которого основана на уравнениях электрического и механического равновесия. В качестве регулируемого выходного параметра выбрана угловая скорость вращения вала двигателя. Задача исследования - обеспечение регулирования углового положения выходного звена двигателя - вала редуктора. Требуемые показатели качества процесса выбраны для процесса лазерной сварки металлов толщиной от 0,1 до 10 мм: время регулирования не более 1 секунды, вид полученного процесса - монотонный, без колебаний. Автоматическое регулирование сервопривода основано на принципе подчиненного регулирования, в котором последовательно включаются контуры регулирования момента, скорости вращения и углового перемещения вала двигателя. В качестве регулятора в сервоприводах могут быть использованы различные принципы: пропорциональное, интегральное, дифференциальное регулирование. Все они имеют свои достоинства и недостатки. В данной работе проведено исследование пропорционального регулятора, выполнен подбор коэффициентов и оценка их влияния на форму и качество переходного процесса. Для решения задачи составлена структурная схема и определены передаточные функции двигателя постоянного тока, регуляторов положения, скорости и момента, а также передаточные функции датчиков обратной связи. Для исследования выбрана среда математического моделирования Matlab. Для оценки устойчивости и качества переходного процесса получены соответствующие зависимости, подбор коэффициентов регуляторов был произведен экспериментально. Комбинируя коэффициенты передачи регулятора, авторы добились монотонности протекания переходного процесса и необходимого быстродействия. Исследование проводилось в два этапа: на первом этапе не учитывалось внешнее возмущение, на втором этапе было использовано внешнее воздействие эквивалентное крутящему моменту сопротивления, которое имитирует скачки напряжения на обмотках двигателя. Пропорциональный регулятор не устраняет статическую ошибку, но за счет подбора коэффициентов можно добиться вполне приемлемых результатов
Данное исследование посвящено разработке математической модели и подбора регулятора для сервопривода робота. Сервоприводы активно применяются в сварочных и сборочных роботах для регулирования параметров движения выходного звена робота. Сервопривод имеет в своем составе двигатель постоянного тока с редуктором, датчики обратной связи для контроля угла поворота, а также блок питания и конвертер. В процессе лазерной сварки обычно контролируются: мощность излучения, фокусное расстояние оптической системы, а также скорость сканирования, которая связана с частотой вращения вала двигателя. В качестве объекта регулирования выбран основной элемент сервопривода - двигатель постоянного тока, математическая модель которого основана на уравнениях электрического и механического равновесия. В качестве регулируемого выходного параметра выбрана угловая скорость вращения вала двигателя. Задача исследования - обеспечение регулирования углового положения выходного звена двигателя - вала редуктора. Требуемые показатели качества процесса выбраны для процесса лазерной сварки металлов толщиной от 0,1 до 10 мм: время регулирования не более 1 секунды, вид полученного процесса - монотонный, без колебаний. Автоматическое регулирование сервопривода основано на принципе подчиненного регулирования, в котором последовательно включаются контуры регулирования момента, скорости вращения и углового перемещения вала двигателя. В качестве регулятора в сервоприводах могут быть использованы различные принципы: пропорциональное, интегральное, дифференциальное регулирование. Все они имеют свои достоинства и недостатки. В данной работе проведено исследование пропорционального регулятора, выполнен подбор коэффициентов и оценка их влияния на форму и качество переходного процесса. Для решения задачи составлена структурная схема и определены передаточные функции двигателя постоянного тока, регуляторов положения, скорости и момента, а также передаточные функции датчиков обратной связи. Для исследования выбрана среда математического моделирования Matlab. Для оценки устойчивости и качества переходного процесса получены соответствующие зависимости, подбор коэффициентов регуляторов был произведен экспериментально. Комбинируя коэффициенты передачи регулятора, авторы добились монотонности протекания переходного процесса и необходимого быстродействия. Исследование проводилось в два этапа: на первом этапе не учитывалось внешнее возмущение, на втором этапе было использовано внешнее воздействие эквивалентное крутящему моменту сопротивления, которое имитирует скачки напряжения на обмотках двигателя. Пропорциональный регулятор не устраняет статическую ошибку, но за счет подбора коэффициентов можно добиться вполне приемлемых результатов
Ключевые слова:
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, СЕРВОПРИВОД
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, СЕРВОПРИВОД
