curs2 emm proiectare integrata
Post on 27-Jun-2015
53 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
EMM Curs 2 Proiectare integrata 1
PROIECTAREA INTEGRATA A SISTEMELOR MECATRONICE
EMM Curs 2 Proiectare integrata 2
Cuprins1. Introducere2. Aspecte privind proiectarea sistemelor mecatronice3. Model Based Design
• Prezentare structura robot• Modelare cinematica si Modelare dinamica• Sistem de control• Optimizare răspuns controler
4. Rapid control prototyping• Aspecte privind prototiparea rapida a controlului• Implementarea algoritmului de control• Aplicaţia ControlDesktop
5. Implementarea sistemului• Prezentare stand• Placa de dezvoltare cu microcontroler AtMega8• Interfaţa cu utilizatorul
2
EMM Curs 2 Proiectare integrata 3
Introducere
ImplementareTestareSimulare
EMM Curs 2 Proiectare integrata 4
a)Abordare clasică(proiectare secventiala) b) Abordare mecatronică
(proiectare concurentă)
Relaţii între modulele componente în procesul de proiectare
Proiectarea sistemelor mecatronice
3
EMM Curs 2 Proiectare integrata 5
Proiectarea sistemelor mecatronice
a)Abordare clasică b) Abordare mecatronică
EMM Curs 2 Proiectare integrata 6
Proiectarea sistemelor mecatronice
Integrare hardware în sistemele mecatronice
Integrare hardware-senzori inteligenţi-actuatori inteligenţi
4
EMM Curs 2 Proiectare integrata 7
Proiectarea sistemelor mecatronice
Integrarea software în sistemele mecatronice
Integrarea software•implementarea unor functii de control de nivel inalt, in care proiectarea sistemului de control se tine seama şi de cunoaşterea procesului controlat şi procesarea online a informaţiei• dezvoltarea de noi functii privind: autodiagnosticarea, optimizarea şi administrarea procesului condus
EMM Curs 2 Proiectare integrata 8
Robot paralel cu 2 GDL
Caracteristici•2 grade de libertate•Actionare: doua motoare de curent continuu•Dimensiuni: l== mm, L=_mm, d= _ mm
Model Cad
AvantajeMasa mica in miscareAcceleratii si viteze mariRigiditate ridicataPrecizie mare
5
EMM Curs 2 Proiectare integrata 9
Controlul robotului
Schema bloc a sistemului de control
Schema bloc control
EMM Curs 2 Proiectare integrata 10
Modelarea structurii mecanice
Problema cinematica directa:
Schema cinematică robot
Se cunosc:l, L, d, φ1, φ2,
Se determina:XP, YP
6
EMM Curs 2 Proiectare integrata 11
Modelarea structurii mecanice
Metoda 1:
⎩⎨⎧
=⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅+⋅+⋅0sinsinsinsinsin0coscoscoscoscos
54321
54321
ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ
dlLLldlLLl (1)
( ) ( ) ( )( ) 02coscos2
cos2sinsin2sincoscos2cos22
41
412
4124122
=+⋅+−⋅⋅⋅−
−−⋅⋅++⋅⋅⋅+−⋅+⋅⋅⋅⋅=
dldl
lLldllLR
ϕϕ
ϕϕϕϕϕϕϕϕ (2)
( )( )
( ) ( ) 224141
241
41
2coscos2cos2sinsin2
coscos2
dldllcLlb
dllLa
+⋅+−⋅⋅⋅−−⋅⋅=
+⋅⋅=−⋅+⋅⋅⋅=
ϕϕϕϕ
ϕϕϕϕ
(3)
0sincos 22 =+⋅+⋅ cba ϕϕ(4)
21
21
cos;
21
22
sin22
22
222
2
2 ϕ
ϕ
ϕϕ
ϕ
ϕtg
tg
tg
tg
+
−=
+= (5)
EMM Curs 2 Proiectare integrata 12
( )
( )acacbb
x
acacbb
x
−
−−⋅+⋅−=
−
−−⋅−⋅−=
2)(442
2)(442
222
2
222
1 (7)
))(
tan(2
))(
tan(2
222
2
222
2
acacbb
a
acacbb
a
II
I
−−−−−
=
−−−+−
=
ϕ
ϕ (8)
(6)( ) 022 =++⋅⋅+⋅− acxbxac
unde:2
2ϕtgx =
Modelarea structurii mecanice
7
EMM Curs 2 Proiectare integrata 13
Metoda 2:
Modelarea structurii mecanice
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
=+=
==
)cos(*)cos(*
)sin(*)cos(*
2
2
1
1
ϕϕ
ϕϕ
lyldx
lylx
b
b
a
a
( )⎪⎩
⎪⎨⎧
−+−=−+−=
222
222
)()()(
pbpb
Papa
yyxxLyyxxL
⎪⎩
⎪⎨⎧
−−=⋅⋅−⋅⋅−+−−=⋅⋅−⋅⋅−+
2222
22
22222
2222
abpbpbpp
aapapapp
yxLyyxxyxyxLyyxxyx
2222
2221
ab
aa
yxLaux
yxLaux
−−=
−−=
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)ppba
ba
bap xauxauxx
yyxx
yyauxauxy ⋅−=
−−
−−−
= 4312
)(2
( ) 02)(21 1323434
24
2 =−−+−−⋅++ auxauxyauxxauxauxauxyxauxx aaapp(14)
EMM Curs 2 Proiectare integrata 14
Modelarea structurii mecanice
Problema cinematica inversa:
Schema cinematică robot
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+−⋅⋅
−+−+±⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−−=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⋅⋅
−++±⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
221
22
2221
2
221
22
2221
1
)(2
)(arccos
2arccos
pp
pp
p
p
pp
pp
p
p
yxdl
lyxdlxd
yarctg
yxl
lyxlxy
arctg
πϕ
ϕ
Se cunosc:l1, l2, XP, YP, d
Se determina:φ1, φ2
(15)
8
EMM Curs 2 Proiectare integrata 15
Determinarea spatiului de lucru
Determinarea spatiului de lucru
Metoda numerica
⎩⎨⎧
∈∉
=)(1)(0
HWPifHWPif
Pij
ijij
( )∑∑= =
ΔΔ=max max
1 1
i
i
j
jij yxPA
EMM Curs 2 Proiectare integrata 16
Model robot
Model dinamic - structură mecanică
Model dinamic, mediul Simulink
9
EMM Curs 2 Proiectare integrata 17
Model robot Definire actuatori si senzori
EMM Curs 2 Proiectare integrata 18
Model robot
Modelare actuator
Model motor curent continuureprezentat in Simulink
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ Θ
−+⋅−=⇒−+⋅−=
Θ−⋅=
Θ⇒
Θ−=
Θ
dtdkViR
LdtdieViR
dtdiL
dtdbik
Jdtd
dtdbT
dtdJ
e
i
1
)(12
2
2
2
Parametri motor:R=1 [Ω]L= 0.0015 [H]J=0.00025 [kg*m2/s2]B=0.001 [Nms]Ke=0.025 [V*s/rad]Kt=0.05 [Nm/A]
dtdkV
ikT
ei
t
Θ⋅=
⋅=
10
EMM Curs 2 Proiectare integrata 19
Model robot
Controler pe pozitie
EMM Curs 2 Proiectare integrata 20
Model robot
Controler PID
Parametri bloc controler pid
Caracteristici ale semnaluluide raspuns
11
EMM Curs 2 Proiectare integrata 21
Optimizare raspuns
Rezultate optimizare:Kp=0.038Ki=0.0000697
EMM Curs 2 Proiectare integrata 22
Simulare robot
Raspuns sistem dupa optimizare
12
EMM Curs 2 Proiectare integrata 23
Simulare robot
EMM Curs 2 Proiectare integrata 24
Simulare robot
13
EMM Curs 2 Proiectare integrata 25
Simulare robot
EMM Curs 2 Proiectare integrata 26
Rezultate optimizareKp=0.5303Ki=-0.000519
Simulare robot
14
EMM Curs 2 Proiectare integrata 27
Prototipare rapida a controlului
1. Simulare
2. Testare
Avantaje:-testare rapida a algoritmilor de control, inainte ca placa de control safie realizata-acces in timp real la parametriprocesului-modificare usoara a legilor de control sau parametrilor controlerului
EMM Curs 2 Proiectare integrata 28
Prototipare rapida a controlului
Interfataplaca de control
Amplificator
Structurarobot
ControlDesk
15
EMM Curs 2 Proiectare integrata 29
Implementarea sistemului
Interfata cuutilizatorul
Servomotor digital
Elemente si cuplecinematice
Placa de dezvoltarecu microcontroler
AtMega8
EMM Curs 2 Proiectare integrata 30
Implementarea sistemului
top related