רכיבים ועקרונות בקרה של מערכות בקרת רובוט

שיטות בקרה לרובוטים מחולקות לסוגים שונים בהתאם לכמות הבקרה ובאלגוריתם הבקרה. להלן מתאר את שיטות בקרת הרובוט הנפוצות עבור כל סוג.

I. סיווג בהתאם לנפח הבקרה

על פי המרחב השונה בו נמצא נפח הבקרה, ניתן לסווג את בקרת הרובוט לשליטה במרחב המפרקים ובקרה במרחב הקרטזי. עבור רובוטים רב-מפרקים טנדם, בקרת החלל המשותפת היא לבקרת משתנים בכל מפרק הרובוט, ובקרת החלל הקרטזית היא לבקרת משתנים בסוף הרובוט. על פי כמויות הבקרה השונות, ניתן לסווג את בקרת הרובוט כ: בקרת מיקום, בקרת מהירות, בקרת תאוצה, בקרת כוח, בקרת היברידית של עמדת כוח וכו '. בקרות אלה יכולות להיות בקרות שטח משותפות או בקרות שטח קרטזיות קצה.

המטרה של בקרת המיקום היא לגרום למפרקים או לקצוות הרובוט המבוקר להגיע למצב הרצוי. להלן דוגמה לבקרת מיקום המרחב המשותף לרובוט. השגיאה המתקבלת על ידי השוואה בין הערך הנתון של מיקום המפרק עם הערך הנוכחי משמשת כקלט לבקר המיקום, ופלטו משמש כערך הנתון של בקרת המהירות המפרק לאחר הפעלת בקר המיקום. בקר מיקום המפרק משתמש לעתים קרובות באלגוריתם ה- PID, ניתן להשתמש גם באלגוריתם בקרה מטושטש.

ראשית, מחושבת האצת הבקרה של כלי הקצה. לאחר מכן, ההאצה המקבילה של כל מפרק מתפרקת על סמך מיקום הסיום, המהירות והציפייה לתאוצה, כמו גם על מיקום הסיום הנוכחי, מיקום המפרק ומהירות ואז מומנט הבקרה מחושב באמצעות המשוואות הקינטיות כדי לפרק את בקרת ההאצה , שצריך לשלוט על מומנט עבור כל מפרק.

מכיוון שכוח המפרק/מומנט לא קל למדוד ישירות, וזרם המנוע המפרק יכול לשקף טוב יותר את מומנט המנוע המפרק, זרם המנוע המפרק משמש לרוב כדי לציין את הערך המדוד הנוכחי של כוח המפרק/ עֲנָק. בקר הכוח שולט במנוע המפרק כדי להציג את מאפייני הכוח/מומנט הרצויים על בסיס הסטייה בין הערך הרצוי של הכוח/המומנט לבין הערך המדוד.

זה מורכב משני חלקים: בקרת מיקום ובקרת כוח. בקרת המיקום היא בקרת PI, שניתנה כמיקום המרחב הקרטזי של סוף הרובוט, והמשוב של מיקום המרחב הקרטזי מתקבל מהמיקום במרחב המפרק לאחר חישוב קינמטי. באיור, T הוא המודל הקינמטי של הרובוט ו- J הוא המטריצה ​​של ג'ייקובי של הרובוט. ההבדל בין הערך הנתון של מיקום הקצה לערך הנוכחי מומר לתוספת מיקום במרחב המפרק באמצעות המטריצה ​​ההפוכה של מטריצת ג'ייקובי, המשמשת אז כחלק מתוספת מיקום המפרק לאחר פעולת PI.

בקרת הכוח נשלטת גם על פי PI והיא ניתנת ככוח החלל/מומנט הקרטזיה בסוף הרובוט, כאשר משוב מתקבל ממדידות חיישן כוח/מומנט. ההבדל בין הערך הנתון לערך הנוכחי של כוח/הרגע הקצה מומר לכוח/רגע במרחב המפרקים באמצעות המטריצה ​​הטרנספוזית של מטריצת ג'ייקובי. הכוח/הרגע במרחב המפרק משמש כחלק אחר של תוספת מיקום המפרק לאחר פעולת ה- PI. התפוקות של חלק בקרת המיקום וחלק בקרת הכוח מתווספות יחד כערך הרצוי של תוספת המיקום של מפרקי הרובוט. הרובוט משתמש בבקרה המצטברת כדי לשלוט על המיקום של כל אחד מהמפרקים שלו. השליטה ההיברידית של עמדת הכוח המוצגת באיור 1-5 היא רק סכמה פשוטה בשליטה ההיברידית של עמדת הכוח, שהיא צורה מפושטת של שליטת היברידית הכוח (Raibert-Craig), וכמה תיקונים הכרחיים יש לבצע לסביבות ספציפיות ביישומים מעשיים.

II, סיווג על פי אלגוריתם הבקרה

על פי אלגוריתמי הבקרה, ניתן לסווג את שיטות הבקרה של רובוטים לבקרת PID, בקרת מבנה משתנה, בקרת אדפטיבית, בקרה מטושטשת, בקרת רשת נוירונים ושיטות אחרות. חלק מהספרות מסווגת גם את אלגוריתמי הבקרה הקיימים לבקרת סף לוגיקה, בקרת PID, בקרת מבנה משתנה של מצב הזזה, בקרת רשת עצבית ובקרה מטושטשת. שיטות בקרה אלה אינן מבודדות, ולעתים קרובות משמשות יחד במערכת בקרה.

1, בקרת PID

בפרקטיקה הנדסית, חוק בקרת הרגולטורים הנפוצים ביותר לבקרה הפרופורציונלית, האינטגרלית, ההפרש, המכונה בקרת PID, המכונה גם ויסות PID. בקר PID הוצג כמעט 70 שנות היסטוריה, הוא פשוט, יציב, אמין , קל להתאמה והפך לאחת הטכנולוגיות העיקריות של השליטה התעשייתית. כאשר לא ניתן לשלוט במבנה והפרמטרים של האובייקט המבוקר לחלוטין, או שאין להם גישה למודלים מתמטיים מדויקים, קשה לשימוש בתיאוריית הבקרה של טכנולוגיות אחרות, על המבנה והפרמטרים של בקר המערכת להסתמך על ניסיון ועל ניפוי שדה לקביעת היישום של טכנולוגיית בקרת PID הוא הנוח ביותר.

כלומר, כאשר איננו מבינים במלואם מערכת ואת האובייקט המבוקר, או שאיננו יכולים להיות אמצעי מדידה יעילים להשגת פרמטרי המערכת, המתאימים ביותר לטכנולוגיית בקרת PID. בקרת PID, בפועל, יש גם PI ו- PD בקר Control.PID מבוסס על שגיאת המערכת, שימוש בחישוב דיפרנציאלי פרופורציונלי, אינטגרלי, של כמות הבקרה לבקרה לבקרה.

2, בקרת מבנה משתנה

בקרת מבנה משתנה היא תוכנית בקרה שפותחה מברית המועצות בשנות החמישים. בקרת מבנה משתנה כביכול פירושה שלמערכת הבקרה יש בקרים מרובים, ובקרים שונים משמשים במצבים שונים בהתאם לכללים מסוימים. לשימוש בבקרת מבנה משתנה יש יתרונות רבים שאינם נמצאים בבקרות אחרות, ויכול לממש את השליטה בכיתה של מערכות לא לינאריות עם פרמטרים לא בטוחים.

3, שליטה אדפטיבית

הבקרה ההסתגלותית כביכול, מתייחסת לתשומות או להפרעות המערכת המופיעות במגוון רחב של שינויים, המערכת המעוצבת יכולה להתאים באופן אדפטיבי את פרמטרי המערכת או אסטרטגיית הבקרה, כך שהתפוקה עדיין יכולה לעמוד בדרישות העיצוב, המבנה הבסיסי כמוצג באיור 2-1. בקרה אדפטיבית עוסקת במערכות עם "אי וודאות", ומבקשת להפחית את אי הוודאות הזו על ידי התבוננות במצב של משתנים אקראיים והכרת מודל המערכת. התוצאה היא לרוב השגת יעדי בקרה מסוימים, כלומר "שליטה אופטימלית" מוחלפת על ידי "שליטה אפקטיבית".

ניתן לסווג מערכות בקרה אדפטיביות למערכות בקרה אדפטיביות המופניות למודל, מערכות בקרה לתיקון עצמי, מערכות בקרה להפעלה עצמית, מערכות בקרת מבנים משתנים ומערכות בקרה אדפטיביות חכמות בהתאם לעקרונותיהן. בין סוגים אלה של מערכות בקרה אדפטיביות, מערכות בקרה אדפטיביות המופניות למודל ומערכות בקרה לתיקון עצמי הן בוגרות יותר ומשמשות יותר.

4, שליטה מטושטשת

בבקרה מטושטשת, התשומות מטושטשות מכמות כדי להפוך למשתנים מטושטשים, ישנם משתנים מטושטשים המנומקים על פי כללים מטושטשים להשגת תפוקות מטושטשות, ואחרי דהפוזציה כדי להשיג תפוקות ברורות לבקרה. השליטה המטושטשת הייתה הראשונה

הציע על ידי פרופ 'זדה מאוניברסיטת קליפורניה בשנת 1965, ובשנת 1974, אה ממדני מבריטניה יישמה בהצלחה שליטה מטושטשת על דוד ובקרת מנועי קיטור. בהמשך, שליטה מטושטשת פותחה במהירות בתחום השליטה וצברה מספר גדול של יישומים מצליחים.

5, בקרת רשת נוירון

בקרת רשת עצבית היא אחת מתחומי הגבול בתחום השליטה האוטומטית שפותחה בסוף שנות השמונים. זהו ענף חדש של שליטה חכמה, הפותח דרך חדשה לפתור את בעיות הבקרה של מערכות מורכבות לא לינאריות, לא וודאיות ולא וודאות. בקרת רשת עצבית היא תוצר של השילוב של תורת הרשת העצבית (המלאכותית) ותורת הבקרה, והיא תחום מתפתח. זה מאגד תיאוריות, טכניקות, שיטות ותוצאות מחקר מתחומים הכוללים מתמטיקה, ביולוגיה, נוירופיזיולוגיה, מדעי המוח, גנטיקה, בינה מלאכותית, מדעי המחשב, שליטה אוטומטית וכו '. המבנה הבסיסי שלו מוצג באיור {}}}.

בתחום השליטה, מערכת הבקרה עם יכולת למידה נקראת מערכת בקרת למידה, השייכת למערכת בקרה חכמה. שליטה עצבית היא עם יכולת למידה ושייכת לבקרת למידה, שהיא ענף של שליטה אינטליגנטית. עד כה פיתוח שליטה עצבית, אם כי רק יותר מעשר שנים של היסטוריה, היו מגוון מבני בקרה. כמו בקרת חיזוי עצבית, בקרת מערכת הפוכה עצבית וכן הלאה.