Система управления пр

Кроме исполнительного устройства и информационной системы в состав ПР входит система управления или «мозг» робота, которая в первую очередь и отличает робот от простого средства механизации (например от электрофицированного инструмента). Система управления представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных средств обеспечивающих программирование, сохранение программы, ее воспроизведение и передачу управляющих сигналов исполнительным органам. Функциональные возможности робота зависят не только от кинематики исполнительного устройства и возможностей восприятия и переработки информации, но и от способности системы управления целесообразно и эффективно использовать эти возможности. Чем более сложны и богаты по своим функциональным возможностям структурные составляющие ПР (исполнительное устройство и информационная система), тем более сложной и совмещенной должна быть система управления [109, 121, 148]. В общем, термин управление в технике обычно обозначает процесс автоматической реализации совокупности воздействий, прилагаемых к некоторому объекту с целью поддержания его функционирования на заданном уровне или изменения его регулируемых параметров в желаемом направлении. Робот как объект управления представляет собой сложную систему, включающую механическую конструкцию с исполнительными приводами, активно взаимодействующую с внешней (технологической) средой, характеризующуюся совокупностью параметров, изменяющихся во времени. В основу построения системы управления ПР положены некоторые общие принципы управления, справедливые для многих классов технических устройств к которым можно отнести принцип разомкнутого управления, компенсации и обратной связи [138].

В разомкнутых системах управления нет входной информации о фактическом состоянии робота и внешней технологической среде, т. е. не учитывается возможность появления внешних возбуждающих воздействий, способных вызвать всевозможные типы ошибок. Поэтому при роботизации химико-технологических процессов, с использованием данной системы управления, требуется строжайшее соблюдение всех химико-техно-логических условий и постоянство физических характеристик ПР и периферийного сложного оборудования, что вызывает определенные трудности.

Принцип компенсации или управления по возмущению, может использоваться в системах находящихся под влиянием нескольких возмущающих воздействий. С целью компенсирования отклонения регулируемого параметра, вызванного доминирующим возбуждением, в структуру системы управления вводят корректирующее воздействие на регулятор, величина которого пропорциональна величине возмущающего воздействия. Таким образом можно уменьшить влияние доминирующего возмущения на процесс регулирования.

Отличительным признаком систем управления, в которых реализован принцип обратной связи, является измерение фактического значения регулируемого параметра и использование данной информации для формирования закона управления. Последний принцип управления имеет лучшие характеристики, чем предыдущие два.

Это объясняется тем, что. независимо от причин, вызвавших отклонение регулируемого параметра; его величина и знак могут быть оценены и на основе полученной информации осуществить его корректировку, повышающую степень совпадения текущего и требуемого поведения объекта. Поэтому принцип управления с обратной связью осуществляет следящую систему [138], которые нашли в робототехнике наибольшее распространение.

В робототехнике, так же как и в АСУ широко используются три типовых управления пропорциональный, пропорционально-дифференциальный и пропорционально-интегрально- дифференциальный. Для того чтобы система управления соответствовала своему назначению она должна быть способной: перепрограммироваться для выполнения новых технологических операций; хранить введенную программу, без искажений до тех пор, пока ее не заменит оператор; реализовывать алгоритм управления исполнительными механизмами, гарантируя эффективность их функционирования; обеспечить согласованную работу со смежным оборудованием. Как отмечалось выше, в зависимости от сложности выполняемых задач система управления ПР обладает различным уровнем сложности, т. е. фактически имеет иерархическую структуру. В робототехнике пока существуют четыре уровня иерархии: исполнительный, тактический, стратегический и высший (уровень искусственного интеллекта). Иерархическая лестница позволяет судить о возможностях робота, причем подъем на любую следующую ступеньку свидетельствует и о возрастающей интеллектуальности ПР, т. е. последний обладает более высоким уровнем иерархии. Каждому уровню иерархии соответствуют определенные функциональные возможности робота.

Исполнительный уровень – самый нижний на котором система управления ПР обеспечивает управление движением звеньев манипулятора по каждой степени подвижности. На представленном уровне иерархии, как правило, системы реализуют принцип разомкнутого управления, реже – компенсации. В качестве управляющей машины используется программируемые контроллеры или микропроцессорные вычислительные системы.

Тактильный уровень иерархической лестницы реализует принцип уровня с обратной связью. Перемещение робота осуществляется на базе следующих приводов, при этом система управления чаще всего представляет собой микроЭВМ. На тактильном уровне решаются более сложные задачи, такие как расчет параметров движения и траектории манипулятора, восприятие, а также переработка сигналов от простейших средств адаптации и т. д.

На стратегическом уровне в качестве системы управления используется собственная ЭВМ или центральная вычислительная машина (ЦВМ). Зачастую, ПР управляемый данными системами является адаптивным, т.е. в полной мере оснащенными различными системами очувствления. На наивысшем уровне системы управления обеспечивается: создание модели внешней среды с учетом предыдущего опыта работы робота, выбора оптимальных решений, согласно необходимых технологических условий, принятие правильных решений и т. п. Управление на этом уровне осуществляется на базе ЦВМ. Последняя система управления фактически должна имитировать искусственный интеллект ПР.

Таким образом, выше были рассмотрены общие причины построения и функционирования наиболее широко используемых систем управления ПР. Классификация систем управления будет описана в следующей главе. Представленный в этом разделе материал позволит в полной мере выбрать, согласно конкретного химико-технологического процесса, систему управления робота, с целью его успешного функционирования в данном процессе. Заметим, в настоящее время идет интенсивное развитие речевого управления и телеуправления роботами. Интересующиеся данными вопросами могут познакомиться, воспользовавшись следующей литературой [140, 120, 187].