Проектирование системы числового программного управления механизмом

Для осуществления принятия сигналов от осевых датчиков положения (4 сигнала), и линейных преобразователей (1 сигнал) выберем плату ЛИР-940-P (рис. 8), шина PCI, всего нужно две платы, есть гальваническая развязка.

Для осуществления принятия сигналов от концевых датчиков (15 сигналов) выберем PCI-1757UP (рис. 9), шина PCI, нужна 1 плата.

Описание: Низкопрофильная 24-канальная плата дискретного ввода- вывода

· 24 универсальных канала с уровнями ТТЛ

· Программное или аппаратное задание конфигурации каналов

· Работа по прерыванию

· Функция сохранения состояния выходов при перезапуске системы

Для управления гидроприводом используем плату PISO-DA2

Описание: Адаптер PCI 4 аналоговых выходов по току и напряжению, ЦАП 12 бит

· Конструкция: Адаптер PCI

· Каналов аналогового вывода: 2

Для управления угловыми перемещениями выбираем адаптер Step-200 (ISA)

Описание: Step-200- ISA Адаптер двухкоординатного управления шаговыми двигателями

· Конструкция: Адаптер ISA

· Координатных осей: 2

· Импульсных выходов на координату: 3

· Каналы дискретного ввода (Всего): 11

Для 4-х угловых перемещений потребуется 2 платы.

Все выбранные платы устанавливаются на промышленный ПК в слоты ISA и PCI.

4. Выбор операционной системы

В качестве операционной системы я выбрал QNX OS, т.к. она обладает необходимыми качествами:

- С программируемой многозадачностью (многопоточностью);

- Программируемый интервал реального времени, жесткий и достаточно малый;

- Наличие интегрированной среды разработки задач пользователя (IDE);

- Наличие средств поддержки средств визуального программирования;

- Наличие средств поддержки программирования встраиваемых приложений;

Одной из немногих систем, на сегодняшний день, которая может удовлетворить практически всем требованиям пользователя, является ОС QNX. Среди ее многочисленных титулов выделяются: работа в реальном масштабе времени, технология микроядра, модульная архитектура, соответствие стандарту POSIX, многозадачность, неограниченные сетевые возможности, заложенные на уровне ядра, компактность, обилие развитых средств разработки. Все эти возможности с одинаковым успехом реализуются на любом Intel прцессоре от 286 до Pentium.

ОС QNX имеет все необходимые возможности, необходимые для работы во встраиваемых многозадачных системах. ОС QNX достаточно компактна для прошивки в ПЗУ, но и достаточно мощна для поддержания распределенной сети из нескольких сотен процессоров. QNX легко расширяема, давая тем самым предельную легкость в использовании. Пользователь может расширять систему за счет модулей, входящих в состав QNX, либо расширять систему собственными модулями. В устойчивом, защищенном режиме работы пользователь может испытывать новые модули, не беспокоясь о возможности нанесения вреда работе основной системе. И, наконец, QNX действительно быстра. При минимальных издержках за счет системных операций, QNX создавать вычислительные системы на базе недорогих ПК, которые по производительности ничем не уступают, а зачастую и превосходят дорогостоящие high-end модели.

5. Расчёт программной траектории исполнительного механизма

Обозначив через проекцию контурной скорости на i-ю координату xi, а проекцию ускорения, получим следующий алгоритм разгона для i-й координаты: . Пусть j - номер итерации, j = 0, 1, … ; Т - интервал дискретизации, малый по сравнению с временем разгона; начальная контурная скорость i-й координаты; заданная контурная скорость i-й координаты. Тогда:

? да, окончить разгон, установить признак конца разгона,

выход

нет, выход.

программный управление числовой устройство

Если признак конца разгона не установлен, то с приходом следующего такта Т задача будет выполняться вновь с п.1, будучи процессом реального времени.

Рассмотрим алгоритм торможения для рис.13. Его особенность в том, что требуется определить момент начала процесса торможения. При для скорости и пути S справедливы выражения:

, (5.2.1)

, (5.2.2)

где S - путь до конца траектории.

Исключая из (5.2.1.) (5.2.2.) время, получим:

.

Таким образом, торможение нужно начинать тогда, когда

, (5.2.3.)

так как путь S уменьшается по мере приближения к концу траектории.

Рассмотрим алгоритм торможения (рис.13.) для одной координаты xi.

Пусть j - номер итерации, j = 0, 1, … ; Т - интервал дискретизации; проекция ускорения на i-ю координату; ; конечная контурная скорость i-й координаты; начальная контурная скорость i-й координаты; минимальный остаток пути i-й координаты; xiз - точка позиционирования.

Определить остаток пути:

, на п. 2 .

Выполнено ли неравенство (5.2.3.)?

да, на п. 3

нет, выход.

на п. 4.

? да, окончить торможение, установить признак конца торможения;

выход.

Нет, выход.

Если признак конца торможения не установлен, то с приходом следующего такта Т задача вновь запустится с п.1, будучи процессом реального времени.

Построение программной траектории:

1) Посчитаем проекцию ускорения на соответствующие оси:

2)Если признак разрешения построения установлен, а признак окончания разгона не установлен, то

вычислим скорость на следующем шаге

,

где - ускорение разгона по данной координате

вычислим положение на следующем шаге

иначе переходим к п. 4

3) , если да, то установить признак окончания разгона ( - максимальная скорость)

4) Проверяем пора ли начинать торможение:

определить остаток пути

,

если нет, то выход (S-оставшийся путь)

5) установить признак окончания разгона

6)

7) Проверить неравенство

,

если да, то снять признак построения

если нет, то выход

Если признак построения не снят, то на следующем такте все повторяется.

6. Расчёт задач преобразования координат исполнительного механизма

Матричное выражение T избыточно, так как содержит 12 формул. Требуется же определить только 6 технологических координат, но так как данный ИМ представлен только транспортными координатами. Поэтому следует из T выбрать транспортные координаты и приравнять соответствующие элементы матриц Т.

Для получения матрицы Якоби продифференцируем элементы последнего столбца:

6.3 Алгоритм расчета ПКЗ и ОКЗ

ОЗК может рассматриваться как процесс реального времени, и тогда итерация происходит «естественным» путем, при каждом вызове этого процесса. Внутри самого процесса итерация может не производиться. Описание алгоритма для одного интервала дискретизации примет вид:

. (2)

В (2) наблюдается полное сходство с алгоритмом пропорционального регулятора положения, если считать, что матрица Якоби постоянна на интервале . Если в (2) добавить матричный сомножитель или оператор, влияющий на скорость сходимости алгоритма, то получим систему управления положением в технологических координатах x (рис.5). Пусть ; L - некоторый линейный оператор; We(p) - передаточная функция замкнутых контуров скорости; I - единичная матрица; - вектор заданного значения скорости .

Пусть, например, передаточная функция каждого из контуров скорости обобщенных координат аппроксимирована апериодическим звеном:

, i = ,

где Тi - малая постоянная времени. Тогда при настройке на технический оптимум получим:

, i = .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тогда для решения ПКЗ и ОКЗ алгоритм будет представлять следующее:

1) Выполним линейное преобразование обобщенных координат:

,

где ki - масштабный коэффициент, определяющий связь двигателя, датчика положения и ИМ; ai - смещение начала отсчета датчика положения относительно начала отсчета соответствующей обобщенной координаты кинематической схемы ИМ; i-я обобщенная координата, измеренная датчиком положения.

2) Вычисление значений матрицы Т.

3) Вычисление координат ( ) путем подстановки однородных координат в матрицу Т.

4) Проверяем , если да, то выход,

если не, то п. 5.

Здесь д - допустимая заданная погрешность.

5). Вычисление значений матрицы В.

6). Проверяем det B < det Bmin, если да, то механизм остановлен, и выход,

если нет, то п. 7.

7). Проверяем , если да, то и к п. 8,

если нет, то и к п. 8.

8). Считаем приращение в обобщенных координатах ;

9). Проверяем , если да, то и к п. 10,

иначе к п. 10.

10). ; Выход.

7. Расчёт влияния массы переносимого груза на инерцию 1-й оси механизма

где = , i - передаточное число связи «двигатель - механизм»; Jii - момент инерции i-го двигателя; - компоненты матрицы частей ИМ.

Jгруза = R2•m = 2,05?•13,6 = 57,154 кг•м2 ;

где m = 13,6 кг - номинальная грузоподъемность механизма; R = 2,05 м - максимальный радиус зоны обслуживания.

Jдвигателя = 0,2.10-4 кг.м2 ;

Приведенный момент:

Jгруза / i2 / Jдвигателя = 57,154 / 602 / 0,2.10-4 = 793,8 > 0,3

Осюда видно, что приведенный момент больше 30% и, следовательно, нужно учитывать массу груза.

8. Программа решения прямой кинематической задачи

Программа решения прямой кинематической задачи написана на языке С++ Builder , текст программы представлен ниже:

Текст программы:

//---------------------------------------------------------------------------

#include <vcl.h>

#include <math.h>

#pragma hdrstop

#include "Unit1.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init)

#pragma resource "*.dfm"

TForm1 *Form1;

//---------------------------------------------------------------------------

__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

: TForm(Owner)

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)

{

{

//Инициализация переменных:

Double s1,s2,s4,r,q1,q2,q3,q4;

s1=420;

s2=1150+r;

s4=380;

//Ввод координат:

r=StrToFloat(Edit1->Text);

q1=StrToFloat(Edit2->Text);

q2=StrToFloat(Edit3->Text);

q3=StrToFloat(Edit4->Text);

q4=StrToFloat(Edit5->Text);

q1=q1*((M_PI)/180);

q2=q2*((M_PI)/180);

q3=q3*((M_PI)/180);

q4=q4*((M_PI)/180);

//Расчет значений коэффициентов матрицы Т:

StringGrid1->Cells[0][0]=(-((-sin(q4))*cos(q1)*cos(q3)+cos(q4)*sin(q3)))*sin(q2)-sin(q4)*sin(q1)*cos(q2);

StringGrid1->Cells[1][0]=(-((-sin(q4))*cos(q1)*cos(q3)+cos(q4)*sin(q3)))+ sin(q4)*sin(q1)*sin(q2);

StringGrid1->Cells[2][0]=(-sin(q4))*cos(q1)*cos(q3)-cos(q4)*cos(q3);

StringGrid1->Cells[3][0]=(-((-sin(q4))*cos(q1)*cos(q3)+cos(q4)*sin(q3)))* sin(q2)*s4-sin(q4)*cos(q1)*s2;

StringGrid1->Cells[0][1]=(-(cos(q4))*cos(q1)*cos(q3)+sin(q4)*sin(q3)))*sin(q2)+ cos(q4)*sin(q1)*cos(q2);

StringGrid1->Cells[1][1]=(-(cos(q4))*cos(q1)*cos(q3)+sin(q4)*sin(q3))*cos(q2)- cos(q4)*sin(q1)*sin(q2);

StringGrid1->Cells[2][1]=cos(q4)*cos(q1)*sin(q3)-sin(q4)*cos(q3);

StringGrid1->Cells[3][1]=(-(cos(q4))*cos(q1)*cos(q3)+sin(q4)*sin(q3))*sin(q2)*s4- cos(q4)*cos(q1)*s2;

StringGrid1->Cells[0][2]=(-sin(q1))*cos(q3)*sin(q2)-cos(q1)*cos(q2);

StringGrid1->Cells[1][2]=(-sin(q1))*cos(q3)*cos(q2)+cos(q1)*sin(q2);

StringGrid1->Cells[2][2]=sin(q1)*sin(q3);

StringGrid1->Cells[3][2]=(-sin(q1))*cos(q3)*sin(q2)*s4-cos(q1)*cos(q2)*s4+ sin(q1)*s2+s1;

StringGrid1->Cells[0][3]=FloatToStr(0);

StringGrid1->Cells[1][3]=FloatToStr(0);

StringGrid1->Cells[2][3]=FloatToStr(0);

StringGrid1->Cells[3][3]=FloatToStr(1);

}

}

//---------------------------------------------------------------------------

Заключение

В курсовой работе была спроектирована система числового программного управления (ЧПУ) механизмом. Были выбраны все блоки управления, подобраны датчики положения и крайних положений, была подобрана операционная система. Также был разработан алгоритм планирования и построения дуги, рассчитано влияние массы груза на настройку электроприводов. Была рассчитана ПКЗ, и подготовлены данные для обратной кинематической задачи. Был написан алгоритм обратной кинематической задачи, в который был встроен алгоритм прямой кинематической задачи. В конце были разработаны алгоритм и программа решения ПКЗ.

В результате были получены практические навыки в подборе технических средств для создания системы управления роботом и в решении прямой и обратной кинематической задачи, создания программного обеспечения.

Проект не является полным по сравнению с реальной работой т.к. незавершённым осталось решение обратной задачи кинематики; не были рассмотрены вопросы подключения элементов системы, например, соединение между приводами и устройством управления; практически не были затронуты вопросы стабилизации движения механизма и т.п. Не представлен полный алгоритм, включающий все представленные в работе алгоритмы, а также по нему не написана программа. Непонятно как будет взаимодействовать программа с устройствами (ЧПУ) - программа с «железом».

Список использованной литературы

1. Методическое пособие «Управление движением пространственных механизмов» А.Ю. Омельченко, В.О. Осипов, Г.И.Прокофьев. 2002г.

2. Курс лекций по дисциплине «Робототехнические системы и системы программного управления».

3. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ» 2004г.

4. Каталог индуктивных датчиков фирмы osiprox.

5. www.prosoft.ru

6. www.rakurs.ru

7. www.insat.ru

8. www.skbis.ru

Размещено на Allbest.ru