Типы программного управления

При проектировании любого исполнительного механизма или устройства встает вопрос об алгоритме управления, который влияет не только на качественные показатели системы, но и на выбор комплектующих для нее. Одним из аспектов выбора концепции алгоритма любой программируемой системы является выбор типа программного управления.

Дискретные цикловые системы

Простейшим типом программного управления являются дискретные цикловые системы. В цикловых системах происходит движение исполнительного механизма из одной точки в другую. Принципиальным моментом является то, что точки траектории цикловых систем определены механически. Как пример таких систем можно привести пневматические приводы. К примеру, шток в цилиндре пневмопривода движется из начального положения в конечное. Траектория движение привода, таким образом, задается двумя точками. При цикловом дискретном управлении при перемещении из одной точки в другую движение, в общем случае, состоит из участков разгона, движения с постоянной скоростью и торможении. Движение с постоянной скоростью может вообще отсутствовать при короткой траектории. В данном типе управления объект управляется дискретным сигналом. К примеру, в упомянутом уже пневмоприводе управление происходит подачей воздуха в полость цилиндра, приводящее к движению штока. Мы можем регулировать скорость движения, однако никаких промежуточных точек траектории мы не задаем.

Другой пример таких систем – приводы, основанные на соленоидах. Отметим, что такие приводы не всегда являются дискретными цикловыми, так как при введении обратной связи он может быть преобразован в позиционный. Однако в простейшем случае соленоид управляется по аналогии с пневмоприводом. Быстродействие таких исполнительных механизмов может быть очень высоким, ведь, как известно из теории автоматического управления, релейные системы (а здесь мы имеем именно релейную систему) обладают наивысшим быстродействием. Конечно, применение данного типа управления ограничено, в основном это простейшие операции. Например, шток пневмопривода перемещает детали по одной координате. В более сложном случае может использоваться совместная работа дискретных цикловых приводов в составе одного механизма. В этом случае система усложняется, но за счет простоты каждого отдельного привода это не приводит к появлению дополнительных сложностей, как в случае систем, рассмотренных выше. По большому счету, применение в составе исолнительного механизма нескольких цикловых приводов влияет на скорость работы системы, но не на точность и другие факторы.

Дискретные позиционные системы

Дискретные позиционные системы управления имеют определенное количество точек позиционирования. Процесс перемещения из отдельно взятой точки в другую аналогичен дискретным цифровым системам с участками разгона, движения и торможения, однако есть принципиальное отличие. В дискретных системах положение привода в крайних точках определяется механическими упорами, а в дискретных позиционных системах положение в каждой точке обеспечивается при помощи замкнутой обратной связи. То есть в каждой точке система управления должна отслеживать положение исполнительного механизма, а так же влияние возмущений и нагрузки. Это существенно усложняет создание таких систем, так как требуется обеспечить удержание исполнительного механизма, а так же качественный переходный процесс. По этой же причине такие приводы более чувствительны к возмущениям. Дискретные позиционные системы чаще всего строятся на основе электропривода. Таким образом, в дискретных позиционных системах движение происходит из точки в точку, при этом траектория движения из одной точки в другую в общем случае не важна. Обычно это движение по прямой.

Существуют так же системы дискретного позиционного управления без обратной связи. Примером таких систем может служить исполнительный механизм на основе шагового привода. Шаговый двигатель имеет определенное число шагов на оборот. Перемещение на один шаг вызывает поворот ротора из одного положения в другое. Однако, шаговый привод может применяться не только в системах дискретного позиционного управления, широкое применение они нашли и в системах непрерывного управления, когда позиции ротора шагового двигателя определяют не дискретные точки перемещения, а движение по определенной траектории. Системы без обратной связью дешевле и проще, однако, системы с обратной связью находят применение там, где требуется повышенная точность. Примером практического применения дискретного позиционного управления могут служить робототехнические системы для точечно сварки. Узел, подлежащий сварке, имеет определенное количество дискретных точек, в которых она должна быть произведена. Исполнительный механизм перемещается от одной точки к другой, при этом число точек позиционирования может быть достаточно большим.

Стоит так же отметить, что в отличие от дискретных цифровых систем, в позиционных системах значительно большее значение имеет взаимное влияние приводов, в случае, если в исполнительном механизме их несколько. Оно может повлиять не только на скорость, как в цикловых системах, но и на точность, а так же других показателях. При управлении позиционной системой обычно необходимо обеспечить два основных условия: максимальное быстродействие при перемещении из одной точки в другую, а так же устойчивость в самой точке. Для решения данной задачи существуют, к примеру, алгоритмы, при которых перемещение происходит при помощи релейного регулятора, а контроль в самой точке – при помощи непрерывного управления. При более простой задаче, когда требования к быстродействию не такие высокие, можно использовать и позиционной системой, в случае же низких требований к точности могут быть использованы варианты релейных систем. Есть и более сложные варианты управления электроприводом, выходящие за рамки нашего описания, но позволяющие получить более высокие результаты по быстродействию и точности.

Контурное управление

Непрерывное программное управление, называемое иначе контурным, является наиболее сложным. Принципиальным отличием от дискретной системы является то, что в общем случае исполнительный механизм проходит каждую точку траектории без остановки, то есть происходит непрерывное движение. Поэтому требования к точности таких систем гораздо выше, в том числе, в динамике. Вообще, динамика электропривода в данном случае оказывает очень большое влияние. Поэтому, если в позиционном механизме траектория задается в виде последовательности точек, и привод должен эту последовательность отработать, то есть пройти все эти точки, в непрерывных системах координаты траектории исполнительного механизма могут и не совпадать с теми координатами, которые необходимо задать приводу. Связано это с динамическим запаздыванием исполнительного механизма, которое приходится компенсировать различными способами. Способов этих много, как и подходов к решению данной задачи в целом. К примеру, применяются методы коррекции запаздывания, которые либо вычисляются, либо находятся экспериментально. Либо задача разбивается на две: отдельные приводы в составе исполнительного механизма делаются более быстродействующими, и динамическая коррекция происходит в самом приводе, при этом программирование исполнительного механизма в целом упрощается.

В основном, системы непрерывного управления, особенно работающие в динамическом режиме, используют электроприводы с обратной связью. Однако применение разомкнутых систем так же возможно. Как пример, можно привести очень широко распространенные станки с ЧПУ на основе шаговых двигателей. Конечно, для высокоскоростных систем работа без обратных связей не применяется, однако и сам шаговый двигатель, в силу своей тихоходной природы, затрудняет использование разомкнутых систем на высоких скоростях. На низких же скоростях шаговый привод обеспечивает хорошую динамику, и позволяет во многом уменьшить динамическое запаздывание. Траектория движения задается управляющей программой, при этом наилучшего результата можно добиться применением микрошагового режима работы. Применение шарико-винтовых передач так же способствует уменьшению дискретности электропривода и лучшей работе в контурном режиме, позволяя увеличить точность отработки траектории.



8-900-626-34-34

Позвоните нам

sales@onitex.ru

Напишите нам

YouTube

Посмотрите наши видео