Анотация
В статье рассмотрели систему управления двигателем постоянного тока робота Коала, ПИД-регулятор и его два режима работи. Приведены графики зависимостей скорости и положения от времени, необходимые для коректной работи ПИД-регулятора.
В схеме управления мобильным роботом Коала находится пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, с помощью которого могут регулиро-ваться оба двигателя постоянного тока. Данный ПИД-регулятор выполнен на базе программы главного процессора. Здесь возникает важный момент — ПИД-регулятор может быть использован в двух режимах, регулятор скорости и регулятор положения.
Цель работы. . Выполнить настройку системы управления робота Коала, согласовать работу режимов ПИД-регулятора так, чтобы двигатели постоянного тока корректно функционировали.
Рисунок 1 — Структурная схема системы управления двигателем робота Коала
Оба двигателя постоянного тока могут регулироваться ПИД-регулятором, выполненным на программе главного процессора. Каждый член регулятора (пропорциональный, интегральный, дифференциальный) согласован с постоянной, устанавливающую вес соответствующего члена: Kр для пропорционального, Ki для интегрального, Kd для дифференциального.
Регулятор может быть использован в двух режимах: регулятор скорости и регулятор положения. Режим активного управления устанавливается согласно типу заданного управления. Если регулятор получает команду регулирования положения, режим управления автоматически переключается в режим регулирования положения. Различные параметры управления (Kр, Ki, Kd) могут быть установлены для каждого из двух режимов управления. Входная величина и режим управления регулятора может быть изменена в каждый момент.
В режиме регулирования скорости регулятор имеет в качестве входа значение скорости колес и обеспечивает поддержание этой скорости колес. Изменение скорости происходит так быстро, как возможно, в любом направлении. Никаких ограничений по ускорению в этом режиме не предусмотрено.
В режиме регулирования положения регулятор имеет в качестве входа задание на положение колеса, ускорение и максимальную скорость. Используя эти значения, регулятор, ускоряет колесо пока оно не достигнет максимального значения скорости и тормозит так, чтобы достигнуть заданного положения. Это движение осуществляется по трапеции, как это показано на рисунке 2.
Рисунок 2 — Трапециидальная форма скорости с заданным ускорением и максимальной скоростью для достижения заданного положения
Почему же в данной системе применяют ПИД-регулятор? Дело в том, что в реальных системах коэффициент регулирования Kp приходиться выбирать достаточно большим для достаточно быстрого реагирования на ошибку и для преодоления трения и аналогичных потерь, мешающих точной установке объекта регулирования. При этом объект регулирования имеет не нулевую скорость изменения регулятора положения при снижении ошибки до нуля и по инерции проскакивает нужное положение — происходит перерегулирование — ошибка меняет знак и начинает расти, сразу же растет и управляющее воздействие, стремясь снова свести ошибку к нулю — возникает колебательный процесс. Введение дифференциального компонента, пропорционального скорости изменения ошибки, позволяет заблаговременно начать активное »торможение« объекта и уменьшить перерегулирование или вовсе от него избавиться . А интегральный компонент позволяет регулятору преодолевать силу трения или аналогичное сопротивление и достигать долговременно нулевой ошибки.
Список литературы
- K - Team Koala Silver User Manual. – Laussane, 2001. - 49с.
Вверх