ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................... 6
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПЕРАТИВНОГО
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РОБОТОВ И СИНТЕЗА АДАПТИВНЫХ СУ .............. 34
1.1 Обзор и анализ методов диагностирования в рабочих режимах
различных роботов для обнаружения изменений их параметров, внешних
воздействий и ошибок в показаниях датчиков ...................................................... 35
1.1.1 Диагностические фильтры Калмана........................................................... 37
1.1.2 ДН, построенные на основе наблюдателей Люенбергера ....................... 39
1.1.3 Робастные и адаптивные наблюдатели...................................................... 41
1.1.4 Соотношения паритета ................................................................................ 45
1.1.5 Использование нейронных сетей для обнаружения дефектов и
изменений параметров роботов ........................................................................... 46
1.2 Методы определения величин отклонений параметров роботов от
своих номинальных значений, внешних воздействий и ошибок в
показаниях датчиков ................................................................................................. 47
1.3 Методы адаптации к дефектам и изменению параметров роботов ............... 51
1.4 Формирование цели и задач для синтеза адаптивных СУ
подводными и промышленными роботами с помощью методов
технической диагностики......................................................................................... 59
1.5 Выводы................................................................................................................. 63
2 ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ ПР И ММ, УЧИТЫВАЮЩИХ ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЯВЛЕНИЯ
ДЕФЕКТОВ В ИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРИВОДАХ И ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
ДАТЧИКАХ................................................................................................................... 67
2.1 Формирование математической модели электроприводов ММ при
возникновении дефектов и изменении параметров............................................... 68
2.2 Исследование влияния дефектов и отклонений параметров
исполнительных приводов на качество управления ММ ..................................... 77
2.3 Математическая модель ПР при возникновении дефектов в их
движителях и НПД.................................................................................................... 84
2.4 Исследование влияния дефектов в движителях и НПД на качество
управления ПР ........................................................................................................... 95
3
2.5 Уточнение порядка синтеза систем диагностирования и адаптации к
дефектам и изменению параметров электроприводов ММ и
движителей ПР ........................................................................................................ 101
2.6 Выводы............................................................................................................... 103
3 МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ БАНКОВ ДН, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
ОПЕРАТИВНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПР И ММ
НЕПОСРЕДСТВЕННО В ИХ РАБОЧИХ РЕЖИМАХ........................................... 106
3.1 Метод построения банков ДН для исполнительных приводов роботов,
описываемых существенно нелинейными дифференциальными
уравнениями с переменными параметрами.......................................................... 106
3.1.1 Формирование основных соотношений по синтезу линейных ДН ...... 107
3.1.2 Формирование канонической формы ДН................................................ 112
3.1.3 Критерии существования ДН.................................................................... 114
3.1.4. Синтез ДН .................................................................................................. 124
3.1.5. Формирование нелинейной компоненты ДН......................................... 125
3.2 Синтез и исследование ДН для обнаружения изменений параметров
движителей ПР, внешних воздействий и ошибок в показаниях их
датчиков.................................................................................................................... 127
3.3 Синтез и исследование ДН для обнаружения дефектов и отклонений
параметров в электроприводах ММ...................................................................... 136
3.4 Выводы............................................................................................................... 151
4 МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ НПС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН
ОТКЛОНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРИВОДОВ
ПР И ММ ОТ СВОИХ НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ, ВНЕШНИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ И ОШИБОК В ПОКАЗАНИЯХ ДАТЧИКОВ............................ 153
4.1 Описание подхода к построению НПС с использованием упрощенных
моделей ОД.............................................................................................................. 154
4.2 Разработка методов построения НПС на основе упрощенных
моделей ОД.............................................................................................................. 157
4.2.1 Разработка метода синтеза НПС на основе упрощенных моделей
линейных ОД ....................................................................................................... 157
4.2.2 Разработка метода синтеза НПС с использованием упрощенных
моделей нелинейных ОД.................................................................................... 166
4
4.2.3 Метод построения НПС с ослабленными условиями
существования для нелинейных нестационарных ОД.................................... 177
4.3 Разработка НПС для определения одиночных дефектов и
отклонений в движителях ПР................................................................................. 186
4.4. Построение дополнительных НПС для одновременного определения
отклонений параметров приводов и появления ошибок в показаниях ДС
движителей ПР ........................................................................................................ 188
4.5 Исследование работы синтезированных НПС для движителей ПР ............ 193
4.6 Разработка и исследование НПС для электроприводов ММ........................ 200
4.7 Выводы............................................................................................................... 202
5 РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ СУ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ
ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОДВОДНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ
РОБОТОВ, А ТАКЖЕ ПОЯВЛЕНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И
ОШИБОК В ПОКАЗАНИЯХ ДАТЧИКОВ.............................................................. 205
5.1 Разработка и исследование адаптивной СУ движителями ПР..................... 206
5.2 Разработка и исследование адаптивной СУ электроприводами
промышленных ММ................................................................................................ 214
5.3 Экспериментальные исследования адаптивной СУ электроприводами
роботов ..................................................................................................................... 219
5.4 Разработка метода синтеза адаптивных СУ для устранения последствий
появления ошибок в показаниях НПД автономных ПР...................................... 226
5.5 Особенности практической реализации ССП для АНПА с адаптацией к
ошибочным показаниям бортовых НПД .............................................................. 236
5.6 Выводы............................................................................................................... 244
6 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ВЫСОКАЧЕСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПОДВОДНЫМИ И ПРОМЫШЛЕННЫМИ ММ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ................................................. 246
6.1 Разработка и исследование адаптивных СУ, обеспечивающих
высокоточное управление электроприводами ММ, установленными
на ПР......................................................................................................................... 247
6.2 Разработка и исследование комбинированных позиционно-силовых
СУ ММ ..................................................................................................................... 256
6.2.1 Анализ существующих методов позиционно-силового управления
ММ........................................................................................................................ 258
5
6.2.2 Разработка обобщенного подхода к созданию нового метода
синтеза комбинированных позиционно-силовых СУ ММ ............................. 263
6.2.3 Синтез комбинированных позиционно-силовых СУ ММ..................... 274
6.2.4 Особенности формирования коэффициентов усиления обратных
связей позиционно-силовых СУ электроприводами....................................... 284
6.2.5 Формирование желаемых значений внешних моментов для
электроприводов каждой степени подвижности ММ ..................................... 285
6.2.6 Исследование синтезированных комбинированных
позиционно-силовых СУ ММ............................................................................ 288
6.3 Выводы............................................................................................................... 292
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 294
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ......................................................................................... 298
СЛОВА БЛАГОДАРНОСТИ ..................................................................................... 299
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 300
ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................................................................... 336
