Контрольная работа по автоматизации производственных процессов

На рис.1 вертикальными линиями показаны типа, на которые делится каждый род (поколение) роботов. Этих типов может быть достаточно много. Они различаются принципами и техникой построения управляющих устройств, приводов в суставах манипулятора, числом звеньев манипулятора, грузоподъемностью, видом очувствления, математическим программным обеспечением и т.п.

Для полной ориентации объекта необходимы три степени подвижности, которые обычно реализуются тремя вращательными парами, осуществляя повороты охвата в горизонтальной, вертикальной плоскостях и вокруг оси схвата.

ПР могут быть колесными, гусеничными и стопоходящими (шаговыми). Тип рабочей зоны - одна из важных характеристик – это фигура описываемая при прохождении им предельно достижимых положений.

Для общей характеристики достаточно качественно определить тип рабочей зоны - рабочая зова на плоскости, в сфере, на поверхности параллепипеда, цилиндрическая, шарообразная или комбинированная.

Этим типам соответствуют разные системы координат.

Грузоподъемность - это масса перемещаемых изделий и орудий труда

да. Подразделяют:

- сверхлегкие (ряд грузоподъемностей 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0 кг);

- легкие (1,5; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0 кг);

- средние (16, 25, 63, 100 кг);

- тяжелые (160, 250, 400, 630, 1000 кг);

- сверхтяжелые (свыше 1000 кг).

Тип приводов - пневматический, гидравлический и электромеханический. Часто применяют комбинации, например, тип привода охвата может отличаться от типа приводов звеньев манипулятора.

Типы систем управления разделяют по принципу управления: роботы с программным управлением, очувствительные роботы и роботы с искусственным интеллектом.

В первом случае работает жесткая программа. Во-втором - управление ведется с учетом фактического состояния внешней среды, в третьем - робот снабжают устройствами очувствления (сенсорикой), в виде тактильных, локационных, телевизионных и других устройств.

Системы управления очувствленных роботов делятся на неадаптивные и адаптивные. Роботы с искусственными интеллектами являются дальнейшим развитием очувствлении роботов в части алгоритмов функционирования и соответствующего сенсорного обеспечения.

По типу движения по отдельным степеням подвижности системы управления делятся на СУ непрерывного (контурного) и дискретного (позиционного) управления движением.

По числу управляемых ПР системы управления делятся на системы индивидуального и группового управления.

Под классом точности позиционирования и воспроизведения траекторий обычно понимается абсолютная точность позиционирования схвата, однако более объективно класс точности определяется относительной погрешностью позиционирования или воспроизведения траекторий.

Относительная погрешность - это величина, характеризующая точность ПР и равная отношению абсолютной ошибки перемещения схвата в заданную точку к минимальному расстоянию от оси ближайшей к основанию робота кинематической пары до границы рабочей зоны, выраженная в процентах. ПР различают также по типам исполнения - нормальное, пылезащитное, теплозащитное, взрывобезопасное и т.п.

Еще один признак - "назначения" по степени универсальности:

- специальные ПР - для деталей  одного типа;

- специализированные - для деталей  одного класса;

- универсальные ПР.

При классификации существующих и создаваемых роботов могут быть использованы различнее подхода, наиболее распространенными из которых являются разделение (ПР) по поколениям.

К ПР первого поколения относятся наиболее простые, легко перестраиваемые автоматы, вся последовательность действий которых заранее определяется жесткой программой. Для таких систем оператор является единственным источником информации о требуемых действиях и вводит ее в процессе обучения робота в запоминающее устройство. Информация, вводимая в процессе программирования, включает в себя данные о последовательности движений и положений звеньев манипулятора в соответствуйте моменты времени.

Для жесткопрограммируемых роботов в процессе обучения могут быть применены три способа программирования: ручной, полуавтоматический, автоматический. При ручном способе оператор участвует во всех этапах программирования, имитируя перемещение захвата манипулятора в нужные точки рабочей зоны. При этом координаты точек записываются в кодах на программоноситель. При полуавтоматическом программировании оператор участвует в нескольких этапах формирования программы. При автоматическом - задача оператора сводится к укрупненному формированию программы и предварительных давних управляющему устройству.

ПP второго поколения представляют собой гибкопрограммируемые устройства, оснащенные средствами, позволяющими получать информацию о свойствах внешней среды. Причем изменения окружающей обстановки должны быть заранее определены так, чтобы в ходе выполняемой работы робот мог автоматически скорректировать программу в соответствии с ними (неадаптируемые ПР). Более сложные, так называемые адаптивные (очувствительные) роботы могут заполнять различные операции в условиях заранее неизвестных изменениях окружающей обстановки.

К промышленным роботам третьего поколения относятся устройства с развитой сенсорной системой, высоким уровнем автоматичности и самостоятельности поведения в изменяющейся неупорядочной среде. Их называют интегральными роботами. Роль человека в управлении ими должна сводиться лишь к принципиальному анализу обстановки, принятию решений, носящих обобщенный характер, и выдаче целевых указаний на языке микропрограмм.

208. Система автоматического  регулирования. Принципы построения  и анализ

Рассмотрим структурную схему системы управления в общем виде (рис. 7.1). Объект управления - это некий механизм, агрегат или устройство, либо технологический, энергетический процесс, желаемое поведение и протекание которого должно быть обеспечено.

Рис 7.1

 

Поведение объекта управления, результат его действия определяются некоторыми показателями хn. Чаще всего ими являются значения физических величин, которые называют выходными величинами объекта управления. К ним относят наиболее важные для оценки поведения объекта и его практического использования величины.

Кроме этих основных параметров, работа объекта характеризуется рядом вспомогательных параметров yi , которые также должны контролироваться и регулироваться (например, поддерживаться постоянными).

В процессе работы на объект поступают возмущавшие воздействия f1, f2,…,fi, вызывающие отклонение параметров xn. Информация о текущих значениях xn и yi поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g1, g2,…,gк, в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия Е1, Е2,...,Еm для компенсации выходных параметров.

Входные воздействия, с точки зрения их влияния на действие объекта и на его выходные величины xn, разделяются на две принципиально отличные группы. Некоторые из входных воздействий обеспечивают желаемое изменение поведения объекта, достижение поставленных целей. Такие входные воздействия называют управляющими Еm и при их отсутствии задача управления вообще не имеет решения. При ручном управлении такие воздействия на объект осуществляет оператор, при автоматическом - система управления (см. рис. 7.1).

Другие входные воздействия fi , напротив, мешают достижению цели и изменять их, как правило, невозможно. Такие воздействия называют возмущающими или помехами.

Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона, при котором достигается желаемое поведение объекта.

Сложная и разносторонняя задача управления в подавляющем большинстве случаев включает более узкую задачу регулирования. Задача регулирования заключается в поддержании выходных величин объекта равными (или пропорциональными) некоторым эталонным функциям времени - задающим воздействиям. Последние могут быть постоянными или изменяющимися как по заданному, так и по заранее неизвестному закону. В нашем случае объектами регулирования выступают вспомогательные параметры yi.

Существуют различные принципы автоматического регулирования. Самый простой из них основан на использовании разомкнутых систем, применяемых в тех случаях, когда можно пренебречь влиянием возмущающих воздействий.

1. Разомкнутая система регулирования (рис.7.2) действует следующим образом. При изменении задающего воздействия g формирующий элемент 3 вырабатывает  необходимое "указание" исполнительному  механизму 2, Последний создает регулирующее  воздействие z на объект регулирования 1. В результате регулируемая величина y приближается с той или иной  точностью к требуемому значению.

Формирующий элемент и исполнительный механизм составляют регулятор. Регулятор и объект в совокупности образуют систему регулирования.

 

Рис 7.2 -                                            Рис 7.3

При конструировании подобного регулятора необходимо знать все свойства объекта регулирования, тогда при условии отсутствия возмущений можно правильно предвидеть влияние задающего действия на регулирующею величину.

Область применения системы регулирования ограничена тем, что нельзя пренебречь влиянием возмущений. При определенном задающем воздействии и различных возмущениях выходная величена объекта (регулируемая величена) будет иметь разные значения и, следовательно, задача регулирования не будет решена. В связи с этим возникает необходимость контроля возмущений или хотя бы основного из них возмущения f (рис.7.3). Это возмущение нужно измерить и при его изменениях создавать дополнительное воздействие на объект, компенсирующее влияние возмущений. В регуляторе оказывается необходимым еще элемента 4, который через формирующий элемент 3 создает компенсирующее воздействие исполнительного механизма2 на объект 1

Рассмотренные системы является разомкнутыми: в них регулируемая величена y не влияет на действие регулятора. Это значит, что характер регулирующих воздействий зависит от свойства объекта лишь в той степени, в какой это учтено при конструировании регулятора. Однако из-за изменения свойств объекта» влияния второстепенных возмущений действительное значение регулируемой величины может значительно отличаться от требуемого значения. К тому же, в подавляющем большинстве случаев отсутствует исчерпывающая и достоверная информация о свойствах объекта регулирования и о характере возмущений, и разомкнутые системы регулирования оказываются неэффективными. Поэтому прибегают к созданию более современных замкнутых систем автоматического регулирования (САР).

2. В замкнутой системе используется  принцип обратной связи. Такая  система в простейшем случае (рис.7.4) состоит из объекта регулирования 1 и регулятора, который кроме  исполнительного элемента 2 и формирующего  элемента 3 имеет еще измерительный  элемент 4 и элемент сравнения 5.

Рис. 7.4

Измерительный элемент 4 осуществляет обратную связь в системе - обеспечивает влияние регулируемой величины y на вход системы. Сигнал y0, пропорциональный регулируемой величине, сравнивается с задающим воздействием g. Если регулируемая величина отклонилась от требуемого значения, то изменяется сигнал рассогласования (сигнал ошибки) x=g-y0, который воздействует на элемент 3. Затем воздействие передается на исполнительный элемент 2 и на объект. В результате отклонение регулируемой величины от требуемого значения устраняется (с определенной степенью точности).

Таким образом, в замкнутой системе воздействие на объект формируется не только в зависимости от задающего воздействия, как в системе, показанной на рис.2, но и от состояния объекте и наличия возмущений. Точнее, регулирующее воздействие определяется отклонением регулируемой величины от заданного значения. Такие регуляторы носят название регуляторов по отклонению. Принцип обратной связи позволяет успешно решать задачу регулирования, несмотря на некоторую неопределенность или неточность в известных конструктору характеристиках объекта регулирования и исполнительного механизма, а также сведениях о возмущениях.

Можно видеть, что в замкнутой САР по отклонению нет необходимости получать информацию непосредственно о задающем воздействия, которое используется лишь для сравнения с сигналом обратной связи, и о возмущениях, однако это допустимо не всегда. В некоторых случаях качество такого регулирования оказывается неприемлемо низким. Тогда обеспечивается комбинированное регулирование, т.е. сочетание принципов замкнуто - разомкнутой систем.

3. При комбинированном регулировании  создается дополнительная связь 6 по возмущению (рис.7.5), которая компенсирует  влияние возмущения "в основном", а замкнутый контур устраняет  рассогласование, возникающее при  изменениях задающего воздействия  и вследствие неточности действия  дополнительной связи 6. Используются  также комбинированные системы  с дополнительной связью 7 по задающему  воздействию (pиc. 6), которая и обеспечивает "в основном" его воспроизведение  регулируемой величиной. Замкнутый  контур в этом случае устраняет  рассогласование, возникающее из-зa неточности действия дополнительной  связи 7 и от возмущений.

Рис. 7.5                                                       Рис. 7.6

Основным источником информации служит программа управления. Она может быть сообщена системе заранее. В программе даются сведения о характере движения рабочих органов их синхронизации, режимах работы, различные технологические и другие команды.

Другим источниками информации является сам ТП. Существующие датчики позволяют получить информацию о фактическом положении, скорости движения рабочего органа, размере обрабатываемых поверхностей к т.п. Эту информацию называют информацией обратной связи, а датчик - датчиком обратной связи.

Источником возмущений служит окружающая среда (температура, влажность, колебания припуска заготовки, уровень вибрации и др.).

Количество каналов информации структура определяют качество работе систем управления. Чем больше используется каналов информации, тем выше качество работы системы, шире ее функциональные возможности.