خلفية البحث

في السنوات الأخيرة ، مع تطور تكنولوجيا الروبوت ، اجتذب تطبيق هياكل الروبوت بسرعة عالية ودقة عالية ونسبة حمل إلى وزن عالية الكثير من الاهتمام في مجالات الصناعة والفضاء. بسبب زيادة تأثير المرونة للمفاصل والروابط في عملية الحركة ، فإن الهيكل مشوه ، مما يقلل من دقة تنفيذ المهام. لذلك ، يجب مراعاة المرونة الهيكلية لمناور الروبوت ، ويجب أيضًا مراعاة ديناميكيات النظام لتحقيق الدقة العالية والتحكم الفعال في المناور المرن. المناور المرن هو نظام ديناميكي معقد للغاية. معادلتها الديناميكية لها خصائص اللاخطية والاقتران القوي والتباين الحقيقي. يعد إنشاء نموذجها مهمًا جدًا لدراسة ديناميكيات الذراع المرنة. المناور المرن ليس فقط نظامًا غير خطي مع اقتران مرن صلب ، ولكنه أيضًا نظام غير خطي مع اقتران كهروميكانيكي. الغرض من النمذجة الديناميكية هو توفير أساس لوصف نظام التحكم وتصميم وحدة التحكم. يرتبط وصف نظام التحكم العام (بما في ذلك وصف مساحة الحالة في المجال الزمني ووصف وظيفة النقل في مجال التردد) ارتباطًا وثيقًا بموضع المستشعر / المشغل ، ونقل المعلومات من المشغل إلى المستشعر والخصائص الديناميكية للمعالج.

نظرية النمذجة

يتم إنشاء المعادلات الديناميكية للمعالج المرن بشكل أساسي باستخدام المعادلتين الأكثر تمثيلاً ، معادلة لاغرانج ومعادلة نيوتن أويلر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام مبدأ التباين ومبدأ الإزاحة الافتراضية ومعادلة كين بشكل شائع. وصف تشوه الجسم المرن هو أساس نمذجة نظام المناور المرن والتحكم فيه. لذلك ، يتم تحديد طريقة معينة لوصف تشوه الجسم المرن ، ويرتبط وصف التشوه ارتباطًا وثيقًا بحل المعادلات الديناميكية للنظام.

يمكن وصف تشوه الجسم المرن على النحو التالي:

1) طريقة العناصر المحدودة ؛

2) طريقة المقطع المحدود ؛

3) طريقة التوليف المشروطة ؛

4) طريقة الكتلة المركزة.

المعادلة الحركية

سواء كانت النماذج الديناميكية المستمرة أو المنفصلة ، فإن أساليب النمذجة الخاصة بهم تعتمد بشكل أساسي على طريقتين أساسيتين: طريقة ميكانيكا المتجهات وطريقة الميكانيكا التحليلية. صيغة نيوتن أويلر ، معادلة لاغرانج ، مبدأ التباين ، مبدأ الإزاحة الافتراضية ومعادلة كين تستخدم على نطاق واسع وتنضج.

استراتيجية التحكم

يتم التحكم في المعالج المرن بشكل عام بالطرق التالية:

1) العلاج الصلب. يتم تجاهل تأثير التشوه المرن للهيكل على حركة الجسم الصلب تمامًا. على سبيل المثال ، من أجل تجنب التشوه المرن المفرط الذي يلحق الضرر بالاستقرار ودقة تحديد الموضع النهائي للمعالج المرن ، فإن السرعة الزاوية القصوى لمركبة ناسا الفضائية التي يتم التحكم فيها عن بعد هي 0.5deg / s.

2) طريقة التعويض Feedforward. يُنظر إلى الاهتزاز الميكانيكي الناجم عن التشوه المرن للمعالج على أنه تداخل حتمي في الحركة الجامدة ، ويتم استخدام طريقة التعويض الأمامي لمواجهة هذا التداخل. درس بيرند جيبلر من ألمانيا التحكم المغذي للروبوت الصناعي بقضيب مرن ومفصل مرن. درس Zhang Tiemin طريقة القضاء على القطب السائد وعدم استقرار النظام بإضافة الصفر ، وصمم وحدة تحكم تغذية مع تأخير زمني. بالمقارنة مع جهاز التحكم PID ، يمكن أن يقضي على الاهتزاز المتبقي للنظام بشكل أكثر وضوحًا. أجرى Seering Warren P. وغيره من العلماء بحثًا متعمقًا حول تقنية تعويض التغذية.

3) التحكم في ردود فعل التسارع. درس Khorrami farshad و Jain Sandeep التحكم في المسار النهائي للمناور المرن باستخدام التغذية المرتدة للتسارع النهائي.

4) التحكم في التخميد السلبي. من أجل تقليل تأثير التشوه المرن النسبي للجسم المرن ، يتم اختيار مواد مختلفة مستهلكة للطاقة أو مواد تخزين الطاقة لتصميم هيكل الذراع للتحكم في الاهتزاز. أو استخدام ممتص صدمات التخميد ، أو مادة التخميد ، أو لوح التخميد المعدني المركب ، أو سبيكة التخميد أو مادة التخميد الكبيرة اللزجة المرنة لتشكيل هيكل التخميد الإضافي على العارضة المرنة ، ينتمي إلى التحكم السلبي في التخميد. في السنوات الأخيرة ، جذب تطبيق مواد التخميد الكبيرة اللزجة المرنة في التحكم في الاهتزاز للمعالج المرن اهتمامًا كبيرًا. درس روسي ماورو ووانغ ديفيد التحكم السلبي في الروبوتات المرنة.

5) قوة طريقة التحكم في ردود الفعل. إن التحكم في ردود الفعل في قوة اهتزاز المناول المرن هو في الواقع طريقة تحكم تعتمد على تحليل الديناميكيات العكسية ، أي وفقًا لتحليل الديناميكيات العكسية ، يتم الحصول على عزم الدوران المطبق على نهاية القيادة من خلال الحركة المعينة في نهاية الذراع ، و عزم القيادة هو التغذية المرتدة التي يتم تعويضها من خلال اكتشاف الحركة أو القوة.

6) التحكم التكيفي. ينقسم النظام إلى نظام فرعي مشترك ونظام فرعي مرن باستخدام التحكم التكيفي المشترك. يتم استخدام طريقة خطية المعلمة لتصميم قواعد تحكم تكيفية لتحديد المعلمات غير المؤكدة للمعالج المرن. تم تصميم جهاز التحكم بالتتبع للمعالج المرن مع عدم اليقين وعدم اليقين في المعلمات. يعتمد تصميم وحدة التحكم على تصميم تحكم قوي وقابل للتكيف لطريقة Lyapunov. ينقسم النظام إلى نظامين فرعيين من خلال انتقال الحالة. يتم استخدام التحكم التكيفي والتحكم القوي للتحكم في النظامين الفرعيين على التوالي.

7) تحكم PID. باعتبارها وحدة التحكم الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا ، يتم استخدام وحدة التحكم PID على نطاق واسع في التحكم في المناول الصلب نظرًا لبساطته وفعاليته وإمكانية إجرائه. غالبًا ما تشكل وحدة تحكم PID ذاتية الضبط عن طريق ضبط كسب وحدة التحكم أو نظام تحكم مركب مع طرق تحكم أخرى لتحسين أداء جهاز التحكم PID.

8) التحكم في الهيكل المتغير. نظام التحكم في الهيكل المتغير هو نظام تحكم غير مستمر في التغذية الراجعة ، حيث يكون التحكم في الوضع المنزلق هو التحكم الأكثر شيوعًا في الهيكل المتغير. خصائصه: على سطح التبديل ، لديه ما يسمى بوضع الانزلاق. في الوضع المنزلق ، يظل النظام غير حساس لتغيرات واضطرابات المعلمات. في الوقت نفسه ، يقع مساره على سطح التبديل. ظاهرة الانزلاق لا تعتمد على معلمات النظام ولها خصائص مستقرة. لا يتطلب تصميم وحدة التحكم في الهيكل المتغير نموذجًا ديناميكيًا دقيقًا للمعالج ، كما أن حدود معلمات النموذج كافية لإنشاء وحدة تحكم.

9) التحكم بالشبكة الغامضة والعصبية. إنها وحدة تحكم في اللغة ، والتي يمكن أن تعكس خصائص التفكير للأشخاص في أنشطة التحكم. تتمثل إحدى خصائصه الرئيسية في أن تصميم نظام التحكم لا يحتاج إلى النموذج الرياضي للكائن المتحكم فيه بالمعنى العام ، بل يحتاج إلى معرفة الخبرة وبيانات التشغيل للمشغلين أو الخبراء.