Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Поволжский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Кафедра: «Радиосвязи, Радиовещаний и Телевидения»

Курсовая работа по курсу «Основы теории управления»

Студент группы УИ-21 Бубнова М.Ю.

Руководитель Тяжев А.И.

Самара

2014г.



Содержание

Введение

Задание на курсовую работу

Часть 1

Часть 2

Вывод

Список использованной литературы



Введение

Основы теории управления - одна из дисциплин, образующих науку об управлении.

Эта наука в последние годы распространила свое влияние не только на системы управления технического характера (станки, роботы, самонаводящиеся ракеты, беспилотные самолеты, космические аппараты), но и на объекты производственного, экономического, биологического и социального характера.

Теория управления сформировалась из основ теории регулирования в первую очередь механическими, а затем электрическими объектами.

Две тысячи лет назад арабы снабдили поплавковым регулятором водяные часы. Точность хода часов повысилась за счет постоянства давления воды.

В 1675 году Гюйгенс встроил в часы маятниковый регулятор хода.

В 1765 году Ползунов в Барнауле применил поплавковый регулятор питания котла паровой машины.

В 1784 году Джеймс Уайт получил патент на центробежный регулятор скорости паровой машины.

Вскоре появились регуляторы с воздействием по производной братьев Симменсов, по нагрузке инженера Понселе, сервомоторы с жесткой обратной связью инженера Фарко, регуляторы с гибкой ОС, импульсные регуляторы, вибрационные электрические регуляторы и т.д.

Все эти практические новшества побуждали к проведению теоретических исследований. Вначале в теоретических исследованиях рассматривались лишь идеальные безынерционные регуляторы, затем стали учитываться их динамические свойства, но без учета инерционности объектов управления.

Серьезным прорывом в науке об управлении стали три работы:

- работа Джона Максвелла “О регуляторах” (1866 г.) ,

- две работы Вышнеградского “Об общей теории регуляторов” (1876г.) и “О регуляторах прямого действия” (1877 г.).

В этих работах авторы осуществили системный подход к проблеме, рассмотрев регулятор и объект управления как единую динамическую систему. Они перешли к исследованию малых колебаний в системе, впервые применили линеаризацию сложных нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих системы регулирования, дав тем самым общий методологический подход к исследованию самых различных по конструкции и принципам действия системам автоматического регулирования (САР).

По предложению Максвелла Раус разработал алгоритм для оценки устойчивости САР по расположению корней характеристического уравнения на комплексной плоскости. Несколько позже Гурвиц вывел критерий устойчивости по детерминантам характеристического уравнения, что позволило определять устойчивость без решения уравнений высокого порядка.

Крупный вклад в теорию автоматического регулирования внес Н.Е. Жуковский, - автор труда “О прочности движения”. Этот труд является классическим для самолетостроителей.

В 20-ом веке теория автоматического регулирования формируется как общая дисциплина благодаря работам Толле (1905 г.), Тома (1914 г.), Штейна , Кулебакина (1926 г.), Лебедева, Боголюбова (1932 г.), Найквиста (1932 г.), Корнилова, Щегляева (1933 г.), Вознесенского (1922 - 1949 гг.), Михайлова (1938 г.), Боде (1946 г.) и других ученых.

Одно из важных направлений исследования устойчивости в нелинейных системах автоматического регулирования (САР) развивалось в работах Ляпунова (1896 г.), Лурье (1944 - 1951 гг.), Летова (1955 г.), Постникова (1944 г.), Айзермана (1949 г.), Попова (1959 г.).

Переходные процессы в САР с использованием фазовых пространств исследовались в работах Андронова (1930 - 1940 гг.), Емельянова (1960 г.).

Импульсные и релейные САР глубоко и всесторонне исследованы в работах Цыпкина. Цикл этих работ был удостоен Ленинской премии в 1960 г.

В последние годы область науки о теории управления внедрилась в биологические объекты, экономические и даже социальные системы. Широкое развитие получила отрасль науки об управлении, базирующаяся на применении в качестве регуляторов и решающих устройств современных ЭВМ и новейших программных продуктов. Благодаря ЭВМ появилась теория оптимального управления по различным критериям оптимальности (работы Понтрягина, Красовского, Винера, Калмана и др.).

Теория автоматического управления в области радиотехники сформировалась в науку под названием “Радиоавтоматика”.

В сложных системах типа живых организмов, организационных человеко-машинных экономических и социальных системах законы динамики не являются основными и определяющими само управление, но их влияние существенно, поэтому отказ от их учета приводит к неверным результатам, крупным экономическим потерям, авариям, социальным взрывам и катастрофам.

Весьма характерные в этом плане вопросы промышленной динамики рассмотрены в работе Дж. Форрестера “Индустриальная динамика” (1976 г.). Перевод на русский “Основы кибернетики предприятия”.

В настоящее время создаются сложные телекоммуникационные сети и сети ЭВМ для управления крупномасштабными системами. В ракетных войсках стратегического назначения, в войсках ПВО, в МВД, в банковских структурах, у энергетиков, у железнодорожников, в почтовой связи такие сети создаются или уже созданы.

В таких сложных системах роль ЭВМ, сетей взаимодействия и программ управления с помощью ЭВМ приобретает первостепенную роль.



Задание на курсовую работу

Часть 1

1) Рассчитать параметры системы автоматического управления осуществляющей автоматическое слежение за объектом, перемещающимся в пространстве и излучающим электромагнитные волны.

Структурная схема системы автоматического управления (САУ) представлена на рисунке 1, где:

- РПУ - радиоприёмное устройство,

- УР - угловой различитель,

- КЗ - корректирующее устройство,

- УМ - усилитель мощности,

- ЭД - электродвигатель,

- А - антенна с узкой диаграммой направленности,

- МОС - местная обратная связь,

- X=цц - азимут цели (объекта),

- Y=ца - азимут направления главного лепестка диаграммы направленности антенны,

- е=x-y - ошибка слежения.

Рис.1 Структурная схема САУ

2) Необходимо определить тип и параметры корректирующего звена (КЗ) и местной обратной связи (МОС), обеспечивающих качественные показатели САУ, численные значения которых определяются предпоследней N1 и последней N0 цифрами зачетной книжки.

Исходные данные:

1) Полоса пропускания:

wn=75+0.6·N1 -1.2·N0 (c-1)

wn=75+0.6·6 -1.2·7=70.2 (c-1)

2) Показатель колебательности системы:

M=1.38+0.02·N1

M=1.38+0.02·6=1.5

3) Допустимые ошибки слежения:

а) по положению:

e0=0

б) по скорости:

e1=0.15+0.01·N1 - 0.01·N0

e1=0.15+0.01·6 - 0.01·7=0.14

в) по ускорению:

e2=0.6+0.01·N1 - 0.01·N0

e2=0.6+0.01·6 - 0.01·7=0.59

При следующих значениях 1-й и 2-й производных изменения азимута объекта во времени:

°/с, °/с2,

где - скорость отклонения объекта,

- ускорение отклонения объекта;

4) Параметры исходной части:

;

3) После расчёта параметров КЗ и МОС необходимо составить их функциональные схемы с указанием значений сопротивлений, емкостей и коэффициентов усиления (C , R и kус). Проверить запас устойчивости системы по фазе, усилению и определить фактический показатель колебательной системы Мф.

4) Используя билинейное Z - преобразование, рассчитать системные функции цифровых прототипов КЗ И МОС и составить их структурные схемы для реализации на ЭВМ.

Часть 2

Разработать алгоритм и программу управления для токарного станка с ЧПУ при изготовлении шахматных фигур. Исходные данные определяются по последней N0=7 и предпоследней N1=6 цифре зачетной книжки:

№ N0	Фигура	Высота	Диаметр
		N 1- четн.	N 1- неч.	N 1- четн.	N 1- неч.
0 ;1	Пешка	50	40	20	18
2;3	Ладья	60	50	25	20
4;5	Слон	70	60	25	20
6;7	Ферзь	80	70	30	25
8;9	Король	90	80	30	25

Примечание: заготовка цилиндрической формы из дерева липы, с длиной 1400 мм и диаметром 32 мм

Структурная схема токарного станка с числовым программным управлением представлена на рисунке 2.

На платформе 1 (Пл. 1) укреплены резцы Р1, Р2, Р3. Она может перемещаться в пространстве с заданной скоростью и поворачиваться вокруг оси по часовой и против часовой стрелки на заданный угол.

Платформы 2 и 3 служат для зажима заготовки с торцов и могут перемещаться влево и вправо вдоль оси х от патрона до стопоров 2 и 3 соответственно.

Патрон может зажимать и разжимать заготовку и вращать её вокруг оси x по часовой и против часовой стрелки с заданной угловой скоростью.

Платформы и патрон приводятся в движение исполнительными механизмами, состоящими из электродвигателей с редукторами в виде шестерёнчатых или червячных передач. Шестерёнчатые передачи позволяют изменять скорость вращения, а червячные передачи преобразуют вращательное движение в поступательное.

Датчики совместно с измерительным контроллерами контролируют пространственные координаты платформ, направление и скорость вращения патрона, а также угол поворота Пл. 1, усилия при зажатии заготовки патроном и Пл. 2 и Пл. 3 и передают эти данные в цифровых кодах в управляющую ЭВМ.



Рис.2 Структурная схема токарного станка



Часть 1

Передаточная функция

Передаточной функцией системы называется отношение изображения по Лапласу выходного сигнала к изображению по Лапласу входного сигнала, т.е.:

Операционные усилители

На рис. 3.1 приведены две схемы включения операционных усилителей: инвертирующего (а) и неинвертирующего (б).

Рис. 3.1 Схемы включения операционных усилителей:

инвертирующего (а) и неинвертирующего (б)

Для схемы на рис. 3.1.а передаточная функция определяется по формуле:

, (1.1)

а для схемы на рис. 3.1.б - по формуле:

. (1.2)

Из этих выражений видно, что усилитель, выполненный по схеме на рис. 3.1.а, имеет дополнительный множитель -1, поэтому этот усилитель называется инвертирующим.

Пропорциональное звено

В пропорциональном или безынерционном звене выходной сигнал прямо пропорционален входному сигналу:

y(t) = k x(t) ,

откуда передаточная функция пропорционального звена:

W(p) = k

На рис.3.2 приведены примеры пропорциональных (безынерционных) звеньев.

Рис. 3.2 Безынерционные звенья: резистивный делитель (а),

инвертирующий усилитель (б), неинвертирующий усилитель (в)

Для схемы на рис.3.2.а имеем:

u = u1+ u2 = i R1 + i R2 = i (R1+R2),

откуда U(p) = I(p) (R1+R2) , U2(p) = I(p) R2,

тогда передаточная функция .

Для схемы на рис.3.2.б в соответствии с (1.1) получим:

.

В частном случае при RОС = R получается инвертор, у которого W(p) = -1.

Для схемы на рис. 3.2.в в соответствии с (1.2) имеем:

.

Т.к. число , то усилитель на рис.3.2.б называется неинвертирующим.

Интегратор

В интеграторе выходной сигнал связан с входным соотношением:

,

откуда

где , ТИ - постоянная времени интегратора.

Передаточная функция интегратора:

.

Если в схеме на рис.3.1.б вместо ZОС включить конденсатор С, а вместо Z включить резистор R (рис. 3.3.а) , то в соответствии с (1.1) получим интегратор с инвертированием, у которого

,

где , ТИ = СR - постоянная времени интегратора.

Если перед интегратором включить инвертор, то получится интегратор без инвертирования, у которого .

Рис. 3.3 Схемы интегратора (а) и дифференциатора (б)

Дифференциатор

В дифференциаторе выходной сигнал связан с входным соотношением:

,

откуда Y(p) = kД pX(p) ,

где k Д = Т Д , Т Д - постоянная времени дифференциатора.

Передаточная функция дифференциатора

.

Если в схеме на рис. 3.1.б вместо ZОС включить резистор R, а вместо Z включить конденсатор С (рис. 3.3.б), то в соответствии с (1.1) получим дифференциатор с инвертированием

WД (p) = - p C R = - k Д p ,

где k Д= Т Д= С R - постоянная времени дифференциатора.

При необходимости инверсию можно устранить, включив последовательно с дифференциатором инвертор, у которого W(p) = -1. Тогда получим WД(p) = k Д p.

Инерционное звено

В инерционном или апериодическом звене выходной сигнал связан с входным соотношением

,

откуда Y(p) = k X(p) - p T Y(p) , (1.3)

где Т - постоянная времени звена.

Передаточная функция инерционного звена следует из (1.3)

. (1.4)



Если в схеме на рис. 3.1.а вместо R2 конденсатор С, а вместо R1 включить резистор R (рис. 3.4.а), то в соответствии с приведенными на рис. 3.4.а обозначениями получим

Рис. 3.4. Схемы инерционного звена (а) и дифференцирующей цепи (б)

u = u1 + u2 , u1 = i R , .

Тогда U(p) = U1(p) + U2(p) = I(p) R + I(p) .

По определению W(p) = .

После сокращения числителя и знаменателя на рС получим

W(p) = ,

где Т = RC - постоянная времени.

Дифференцирующая цепь

Схема дифференцирующей цепи приведена на рис. 3.4.б. Изображение по Лапласу напряжений на элементах схемы UС(p) = ZС(p) I(p), следовательно получим:

По определению .

Умножив числитель и знаменатель на рС, получим:

,

где T = RC - постоянная времени RC-цепи.

Этой передаточной функции соответствует дифференциальное уравнение, следующее из соотношения:

,

откуда .

Здесь y(t)=uR(t) , x(t)=u(t).

Форсирующее звено

В форсирующем звене первого порядка выходной и входной сигналы связаны соотношением

.

Тогда .

По определению .

Корректирующее звено с отставанием по фазе

Схема корректирующего звена с отставанием по фазе приведена на рис. 3.5. Это звено называют также пропорционально-интегрирующим фильтром. Сигналом u2(t) в этом звене является напряжение на цепи R2 С.

Рис. 3.5 Схема корректирующего звена с отставанием по фазе

По определению ,

где .

Получим .

Удобнее это выражение представить в виде:

, где Т = R2 C, .

Корректирующее звено с опережением по фазе

Схема корректирующего звена с опережением по фазе приведена на рис. 3.6.а. Это звено называют также пропорционально-дифференцирующим фильтром. Выходным сигналом u2(t) в этом звене является напряжение на резисторе R2.

Рис. 3.6 Схема корректирующего звена с опережением по фазе

По определению,

где U2(p) = I(p) R2 , U(p) = U1(p) + U2(p) = I(p).

Тогда получим: ,

где .

Решение

Передаточная функция исходной части разомкнутой САУ без учёта КЗ и МОС равна:

Т.к. в передаточную функцию WРИ входит четыре инерционных звена первого порядка и интегратор, а гарантированно устойчивой является система только с двумя инерционными звеньями, поэтому для обеспечения качественных показателей САУ понадобится включить как минимум два корректирующих звена. Для упрощения расчётов возьмём два корректирующих звена с одинаковыми параметрами.

Общая передаточная функция последовательно соединенных корректирующих звеньев имеет вид:

(1)

Обходимо определить: .

С учетом корректирующих звеньев передаточная функция разомкнутой системы равна:

, (2)

где (3)

Коэффициенты ошибок по положению, скорости и ускорению равны:

; ,

где р - символ дифференцирования.

Т.к. в состав системы входит один интегратор, то порядок астатизма системы н =1.

При н =1 получим: ,

где

b1- коэффициент при первой степени p знаменателя Wp

d1- коэффициент при первой степени p числителя Wp

Необходимо проверить условие

Частота среза разомкнутой системы:

,

где по условию , =.

Условие 71,42?1,548,75 не выполняется, следовательно, берем

К=48,751,5=73,125

Получим первое уравнение из системы 2-х уравнений, решив которую найдем Т1 и Т2:

.

Если то требуется корректирующее звено с отставанием по фазе.

Найдем второе соотношение между и из ЛАЧХ разомкнутой системы:

В нашем случае , значит частота среза ЛАЧХ разомкнутой системы определяется только интегратором и двумя КЗ.

Построим ЛАЧХ разомкнутой системы, так как в состав системы включены 2 корректирующих звена с отставанием по фазе, то, кроме частоты среза, требуется отметить по оси абсцисс частоты сопряжения корректирующих звеньев:

;

ЛАЧХ интегратора, входящего в состав системы, представляет собой прямую с наклоном -20 дБ/дек на всей частотной области, одно корректирующее звено имеет наклон -20 дБ/дек на участке () ,при двух КЗ с одинаковыми параметрами их ЛАЧХ суммируются (наклон - 40 дБ/дек). Результирующая ЛАЧХ получается геометрическим сложением всех ЛАЧХ устройств, входящих в САУ. На участке () наклон ЛАЧХ получается -60 дБ/дек.

Рис.4 ЛАЧХ разомкнутой системы автоматического управления

До частоты w1 ЛАЧХ системы определяется только интегратором:

1)

На участке ():

2)

На участке ()

3) ,

т.к. =0, то после подстановки первого и третьего выражения во второе получим:

/ 20

=> Второе соотношение имеет вид

Для нахождения Т1 и Т2 решим систему уравнений:

Решив систему, были получены следующие значения:

Т1 =5,85

Т2=4,78

Выполняется условие следовательно, требуется корректирующее звено с отставанием по фазе.

Первое корректирующее звено включим после углового различителя, в его состав включим усилитель с коэффициентом kкз



Рис.5 Схема корректирующего звена

Необходимо рассчитать параметры схемы:

Коэффициент передачи усилителя:

Пусть R=1000 Ом, тогда

= 1000(18,28-1) = 17280 Ом = 17,2 кОм

Пусть С=100 мкФ, тогда при решении данной системы получим:

R1 = 10,7 кОм

R2 = 47,8 кОм

Второе звено включим по схеме включения через местную обратную связь, охватывающую звенья системы с нестабильными параметрами: усилитель мощности, электродвигатель и антенна. Такое включение повышает стабильность параметров охваченных обратной связью звеньев.

Передаточная функция МОС определяется по формуле:

, где

- передаточная функция звеньев, охваченных обратной связью,

- передаточная функция второго корректирующего звена без усилителя.

Если , то до передаточную функцию можно определить по приближенной формуле .

Тогда ,

где =1,3410-3

Передаточную функцию W0 реализуем последовательным соединением тахогенератора, дифференцирующей цепи с постоянной времени T2 и усилителя с коэффициентом усиления kУС.

Передаточная функция местной обратной связи имеет вид:

=

Передаточная функция тахогенератора:



Он должен преобразовать механический сигнал поворота антенны в электрический. Это реализуется с помощью дифференцирующей цепи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.6 Схема дифференцирующей цепи

Схема МОС реализуется последовательным соединением тахогенератора, дифцепи с постоянной времени T2 = R2C и усилителя с передаточной функцией:

Рис.7 Общая функциональная схема МОС

Полагаем, что Rм = R, тогда:

, следовательно Ом

Фактические запасы устойчивости системы по амплитуде и фазе по точным ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Точное выражение для ЛФЧХ разомкнутой системы выглядит следующим образом:

2 корректирующих звена РПУ, УР, УМ

Графическое представление ЛФЧХ:

Рис. 8 График ЛФЧХ

Полагаем, что два корректирующих звена включены последовательно (поскольку МОС была эквивалентно пересчитана).

Точное выражение для ЛАЧХ представляется в следующем виде:

интегратор 2 корректирующих звена

Графическое представление ЛАЧХ:

Рис. 9 График ЛАЧХ

Графическое представление ЛАЧХ и ЛФЧХ:

Рис. 10 График ЛАЧХ и ЛФЧХ

Определим частоту на которой ?р равняется -р:

тогда

Определим частоту на которой Lр равняется нулю:

тогда

Wср ? 43.011

Запас устойчивости по фазе определяется след. образом:

Запас устойчивости по усилению определяется:

Запас устойчивости по колебательности (фактический) определяется:



Функциональные схемы КЗ и МОС

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11 Функциональная схема корректирующего звена (КЗ):

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12 Функциональная схема местной обратной связи (МОС):

Билинейное Z - преобразование

Стандартное и билинейное Z - преобразование

Так же, как от дифференциальных уравнений можно перейти к разностным уравнениям, от передаточных функций аналоговых систем W(p) можно перейти к системным функциям W(z).

Этот переход можно сделать двумя способами:

с помощью стандартного Z - преобразования,

с помощью билинейного Z - преобразования.

При использовании стандартного Z - преобразования переход от W(p) к W(z) осуществляется заменой

, т.е.

(1)

Обратный переход делается по правилу

. (2)

Указанные переходы следуют из прямого z = epT и обратного выражений, связывающих ДПЛ и Z - преобразования.

Переход от W(p) к W(z) с помощью стандартного Z-преобразования обеспечивает высокую точность, но в результате вместо дробно-рациональных функций получаются выражения с трансцендентыми функциями, что очень неудобно для выполнения различных математических операций над ними.

От указанного недостатка свободен переход от W(p) к W(z) и обратно с помощью билинейного Z-преобразования. Это преобразование приближенное, но при этом сохраняются дробно-рациональные функции в выражениях W(p) и W(z).

При билинейном Z - преобразовании используется разложение в степенной ряд функции



.

Ограничившись первым членом ряда, получим

. (3)

Обозначим , откуда .

Тогда (3) перепишем в виде

.

Т.к. z = epT , то ln z = pT. Приравняем правые части и получим приближенную линейную связь между p и z

(4)

Из (4) следует обратная связь между z и p

. (5)

Тогда переход от W(p) к W(z) с помощью билинейного Z- преобразования осуществляется по формуле

. (6)

Обратный переход от W(z) до W(p) осуществляется по формуле

. (7)

В результате переходов от W(p) к W(z) и обратно по (6) и (7) сохраняется дробно-рациональный вид функций, причем степень функций не изменяется.

Основные теоремы Z - преобразования

1. Линейность.

Если y(n) = a1x1(n) + a2x2(n) + , то Y(z) = a1X1(z) + a2X2(z) +

2. Смещение во времени.

Если y(n) = x(nm), то Y(z) = X(z)zm.

3. Разность дискретных функций.

Если (n) = x(n) - x(n-1), то .

Аналогия: если то Y(p) = pX(p), p(1-z-1).

4. Сумма дискретных функций.

Если то

Аналогия: если то

5. Свертка двух дискретных функций.

Если то Y(z)=X(z)H(z)

6. Предельные соотношения:

Z - преобразование для первого корректирующего звена:

Дана аналоговая передаточная функция корректирующего звена:

Чтобы перейти от аналогового корректирующего звена к его цифровому эквиваленту в выражении W(p) сделаем замену

где TД - время дискретизации

, где FД - частота дискретизации

По теореме Кательникова-Найквиста:

=2,5Fmax; Fmax=- частота пропускания

, где - полоса пропускания замкнутой системы

Получим

Произведём замену:

В результате получим уравнение:

по определению

В результате имеем:

Этому выражению соответствует следующая схема цифрового звена первого порядка:

Рис. 13 Схема цифрового звена первого порядка

Передаточная функция с учётом коэффициентов будет иметь вид:

Z - преобразование для МОС:

Проделав аналогичные преобразования для получим:

, где

Этому выражению соответствует следующая схема цифрового звена второго порядка:

Рис.14 Схема цифрового звена второго порядка

Передаточная функция с учётом коэффициентов будет иметь вид:

автоматический управление связь алгоритм



Часть 2

Рис. 15 Схематический чертеж шахматной фигуры - ферзь

Структурная схема алгоритма изготовления шахматных фигур

Описание:

Блок 1: Установка заготовки в патрон (вручную).

Блок 2: Зажим заготовки патроном и платформой 3, замена резца.

Блок 3: Программа обработки основания фигуры.

Блок 4: Зажим заготовки платформой 2 и замена резца.

Блок 5: Программа предварительной обработки фигуры.

Блок 6: Программа чистовой обработки фигуры и её обрезка.

Блок 7: Разжим заготовки.

Блок 8: Продвижение заготовки платформой 3 и зажим ее патроном.

Блок 9: Условие выхода из цикла. Да, если заготовка закончилась, в противном случае - нет.

Разработка программ обработки основания, предварительной обработки и чистовой обработки фигур

Алгоритмические языки программирования

Роботы, манипуляторы и станки с числовым программным управлением (ЧПУ) являются частными случаями цифровых систем управления.

Для описания процессов обработки деталей на станках с ЧПУ, для программирования работы роботов - манипуляторов применяются алгоритмические языки специального назначения.

Эти языки обеспечивают формально - словесный способ описания процесса обработки.

Написанная на этих языках управляющая программа состоит из последовательности операторов и разрабатывается по следующим этапам:

1. На чертеже детали указывается система координат.

2. Каждому геометрическому объекту (точке, прямой, окружности, контуру, поверхности) ставится в соответствии номер.

3. С помощью макрокоманд рассчитываются координаты движения обрабатывающих инструментов или других объектов.

4. На основе рассчитанных координат задается последовательность технологических команд обработки.

Последняя процедура обычно программируется совместно с технологами, так как процесс обработки должен удовлетворять определенным требованиям технологического процесса.

Операторы определения геометрических объектов 

Ниже перечислены основные операторы этой группы.

Операторы определения точки:

1) pm = pj - совпадает с точкой pj.

2) pm = x0, y0 - имеет декартовы координаты x0,y0.

3) pm = cj - находится в центре окружности j.

4) pm = lj , lk - находится на пересечение прямых j, k.

5) pm = pj , dx0, dy0 - смещена от точки j на dx0 и dy0.

6) pm = pj, ipk -расположена симметрично точке j относительно точки k.

7) pm = pj ,ilk -расположена симметрично точке j относительно прямой k.

8) pm = r0, u0 -в полярных координатах r0,u0 относительно центра координат.

9) pm = pj , r0, u0 - в полярных координатах r0,u0 относительно точки j.

и т.д. всего 16 разновидностей операторов.

Операторы определения прямой:

1) lm = lj - совпадает с прямой.

2) lm = x0, y0 - отсекает по осям координат отрезки x0, y0.

3) lm = pj , x0, y0 - то же с центром координат в точке j.

4) lm = pj , pk - проходит через точки j и k.

5) lm = y0 - параллельна оси x на расстоянии y0.

6) lm = x0 - параллельна оси y на расстоянии x0.

7) lm = pj , lk - параллельна прямой k, проходящую через точку j и т. д.

Всего 18 разновидностей операторов.

Операторы определения окружности :

1) cm = cj - совпадает с окружностью j.

2) cm = x0, y0, r0 - имеет центр с координатами x0, y0 , радиус r0.

3) cm = x0, y0, r0 - имеет центр в точке j, радиус r0.

4) cm = cj , dx0, dy0 - центр смещен на dx0, dy0.

5) cm = cj , r0 - центр совпадает с окружностью cj , радиус r0.

6) cm = pj , pk - центр в точке j, точка k на окружности.

7) cm = pj , lk - центр в точке j, касается с прямой k.

8) cm = pj , pk , pn - проходит по трем известным точкам и т.д.

Всего 18 разновидностей операторов.

Операторы движения инструмента вдоль линии 

Операторы движения инструмента вдоль линии в общем виде можно представить следующим образом:

mi = < спецификация движения >,

где i - индекс, характеризующий движение объекта (платформы, резца, фрезы, механической руки и т.д.)

При i = 0 осуществляется быстрое перемещение объекта в заданную точку по кратчайшему пути - по прямой. Это движение еще называется позиционированием.

При i = 1 осуществляется перемещение инструмента по прямой с заданной скоростью.

При i = 2 осуществляется движение инструмента по заданной дуге окружности по часовой стрелке.

При i = 3 осуществляется движение инструмента по заданной дуге окружности против часовой стрелки.

Вспомогательные операторы 

К вспомогательным относятся операторы, которые задают параметры обрабатывающих инструментов, особенности генерации кодов движения инструментов, точку начала движения, а также параметры черновой и чистовой обработки поверхности деталей.

Приведем некоторые примеры вспомогательных операторов:

% GENER (k) - этот оператор задает генерацию кодов движения инструмента в абсолютных координатах при k = 0 или в приращениях координат при k = 1.

% CUTTER (d) - этот оператор задает диаметр фрезы d в мм для фрезерных станков или расстояние от центра платформы до конца резца для токарного СЧПУ.

% FROM (p, z) - этот оператор задает точку начала движения инструмента, где p - номер точки, соответствующей центру платформы с координатами (x, y), на которой крепится резец , z - исходная координата z (высота подъема) резца или оси вращения фрезы. Для токарных станков обычно z = 0.

% THICK (t) - этот оператор задает припуск на чистовую обработку поверхности после черновой , где t - величина припуска в мм.

Вспомогательные операторы находятся обычно в начале программы или макрокоманды.

Разработка программы обработки основания фигуры

Выполним схематичный чертеж основания фигуры:

Рис. 16 Схематичный чертеж основания фигуры

Точка p1 имеет координаты х = 0 и у = 0.

Точка p5 - координаты центра окружности с радиусом r0.

Точка p3 имеет координаты (0,-15) , а точка p4 имеет координаты (0,-16).

Определим радиус окружности и координаты точки p5, для этого воспользуемся теоремой Пифагора:

r02 = (-15)2 + (r0 - 2)2 = 225 + r02 - 4r0 + 4

4r0 = 229

r0 = 57.25

соответственно, точка p5 имеет координаты (-57.25; 0).

Тогда программа для обработки основания фигуры будет иметь следующий вид:

<Программа обработки основания фигуры>

% GENER (0)

; ввод информации о геометрических объектах

p1 = x 0, y 0

p2 = x 2, y 0

p3 = x 0, y -15

p4 = x 0, y -16

p5 = x -57.25, y 0

; p6 координаты точки начального положения платформы 1

p6 = x - 200, y - 300

; обработка основания фигуры

%CUTTER(100)

%FROM(6,100) - исходная точка

m0=p1 - позиционирование в p1

m1=p2 - снятие 2 мм материала

m2=p2, c1, p3 - от p2 к p3 по дуговой интерполяции

m1=p4 - линейное движение в p4

; возврат платформы 1 в точку p6

М99- конец платформы и возвращение в исходную позицию.

Разработка программы предварительной обработки поверхности фигуры

Выполним схематический чертеж, предназначенный для предварительной обработки фигуры

Рис. 17 Схематичный чертеж, для предварительной обработки

<Программа предварительной обработки заготовки>

%GENER(0)

; ввод информации о геометрических объектах

p1 = x 0, y -16

p2 = x 0, y -15

p3 = x 80, y -15

p4 = x 80, y -16

p5 = x 14, y -13

p6 = x 80, y -13

p7 = x , y -300

; p8 координаты точки начального положения платформы 1

p8 = x -200, y -300

; черновая обработка фигуры

% CUTTER (100)

% FROM (7, 100)

m0 = p1

m1 = p2

m1 = p3

m0 = p4

m0 = p2

m1 = p5

m1 = p6

; возврат платформы 1 в точку p7

M99

Разработка программы чистовой обработки поверхности фигуры

Выполним схематический чертеж, для чистовой обработки фигуры:

Рис. 18 Схематичный чертеж для чистовой обработки

<Программа чистовой обработки поверхности фигуры>

% GENER (0)

; ввод информации о геометрических объектах

p1 = x 0, y -15

p2 = x 29, y -13

p3 = x 30, y -14.5

p4 = x 29, y -4

p5 = x 58, y -4

p6 = x 58.25, y -11

p7 = x 58.5, y -13

p8 = x 58.75 y -11

p9 = x 59, y -4

p10 = x 64, y -4

p11 = x67, y -8

p12 = x 69, y 0

p13 = x 71, y -8

p14 = x 72, y -5.5

p15 = x 74, y 0

p16 = x 77, y 8

p17 = x 80, y 0

c1 = p3 , r 13

c2 = p7 , r 1

c3 = p11 , r 10

c4 = p15 , r 8

; p18 координаты точки начального положения платформы 1

p18 = x -200, y -300

; чистовая обработка и обрезка фигуры

% CUTTER (100)

% FROM (15, 100)

m0 = p1

m1 = p2

m2 = p2 , с1 , p4

m1 = p5

m1 = p6

m3 = p6 , c2 , p8

m1 = p9

m1 = p10

m1 = p11

m3 = p11 , c3 , p13

m1 = p14

m1 = p15

m3 = p15 , c4 , p17

; возврат платформы 1 в точку p18

M99



Вывод

В первой части данной курсовой работы были рассчитаны параметры системы автоматического управления (САУ), осуществляющие автоматическое слежение за объектом, перемещающимся в пространстве и излучающим электромагнитные волны.

Во второй части разработан алгоритм и программа управления для станка с ЧПУ для изготовления шахматной фигуры.



Список использованной литературы

1) Тяжев А.И. Основы теории управления и радиоавтоматика. Учебное пособие. - М.: Радио и связь, 1999. - 188 с.: ил.

2) Конспект лекции по предмету «Основы Теории Управления»

Размещено на Allbest.ru