- •Кафедра теоретической механики и мехатроники курсовая работа
- •Оглавление
- •Техническое задание на курсовую работу
- •1. Анализ существующих конструкций
- •2. Описание объекта управления
- •3. Функциональная схема устройства:
- •5. Настройка регулятора.
- •6. Моделирование системы автоматического управления.
- •7. Исследование характеристик системы средствами matlab.
- •8. Выбор электронных компонент.
- •8.1. Микроконтроллер.
- •8.2. Драйверная схема.
3. Функциональная схема устройства:
Источником управляющего воздействия для робота является контрастная полоса. В процессе движения робот производит съёмку полосы с помощью камеры и обрабатывает изображение с помощью ресурсов бортовой ЭВМ. Функциональная схема работы робота представлена на рисунке 9
Структурная схема устройства.
WPID
(p)
WPID
(p)
WM
(p)
WЦАП(p)
энкодер
WM
(p)
WЦАП(p)
энкодер
Передаточные функции:
WРегулятор – передаточная функция регулятора, генерирующего управляющее воздействие для САУ приводов колёс.
WPID (p) – передаточная функция регулятора в САУ привода колеса.
WM (p)- передаточная функция двигателя колеса.
WОС (p) – передаточная функция обратной связи в САУ привода колеса.
WR (p)– передаточная функция редуктора в САУ привода колеса.
WЦАП (p)– передаточная функция ЦАП.
Определим передаточные функции:
Работу привода можно описать следующими уравнениями:
(1)
Основные параметры двигателя приведены в таблице 1.
Наименование параметра |
Обозначение |
Значение |
Индуктивность якоря |
Lя |
0.00025 Гн |
Момент инерции, приведённый к валу |
J |
10-6 Н∙м2 |
Номинальный ток якоря |
i я ном |
2 А |
Номинальное напряжение |
Uном |
12 В |
Количество оборотов |
N |
4000 об/мин |
Номинальный момент |
Мном |
0.2 Н∙м |
Сопротивление в цепи якоря |
rя |
6 Ом |
Таблица 1. Основные параметры двигателя.
(2)
Константы Се и Cm найдём по следующим формулам:
(3)
(4)
Запишем уравнение (1) для пространства Лапласа:
(5)
Выразим из второго уравнения системы (5) ток и подставим в первое:
(6)
Раскрывая скобки, получим:
(7)
Преобразуем выражение (7) к виду:
(8)
Отсюда находим передаточную функцию:
(9)
Передаточная функция обратной связи:
Wос (p) = 1.
Передаточная функция редуктора
WR (p) = 0.026.
Передаточная функция ЦАП
WЦАП (p) = 1.
5. Настройка регулятора.
Для настройки ПИД регулятора – определения значений коэффициентов регулятора – воспользуемся встроенными средствами среды Simulinc.
Подбор коэффициентов будем осуществлять с помощью блока NCD OutPort.
Зададим настройки блока NCD OutPort (рис. 14, 15) и ПИД регулятора PID Controller (рис. 11).
Рисунок 11. Настройки блока NCD OutPort.
Рисунок 12. Настройки блока NCD OutPort.
Рисунок 13. Параметры ПИД регулятора PID Controller.
В блоке NCD OutPort зададим ограничения для графика переходного процесса (рис 17).
Рисунок 14. Выставленные ограничения для графика переходного процесса в блоке NCD OutPort.
Блок NCD OutPort производит автоматическую коррекцию параметров Kp, Ki и Kd. Полученный график переходного процесса представлен на рисунке 15
Рисунок 15. Полученный график переходного процесса в блоке NCD OutPort.
Значения коэффициентов, полученных оптимизацией в блоке NCD OutPort:
Kp = 1,1429
Ki = 0,9778
Kd = -0,058
Рисунок 16. Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие.
Определим передаточную функцию разомкнутого контура системы автоматического управления приводом колеса:
Wраз = Wус (p) ∙ Wдвигателя (p) ∙ Wредуктора (p) ∙ WПИД-регулятора (p)
Определим передаточную функцию замкнутого контура системы автоматического управления приводом колеса:
Характеристическое уравнение замкнутой системы имеет вид:
Перейдем в Z-пространство используя средства математического пакета VisSim.
Рисунок 17. Переход в Z-пространства средствами VisSim.
Рисунок 18. Дискретная передаточная функция полученная средствами VisSim.