Технология
Робототехника. 8 класс
Автор Копосов Д. Г.
Глава 10. Автоматическое управление
§ 39. Проект «Держи планку» (с использованием пропорционального регулятора)
Итак, устройство, которое управляет другим объектом, называется регулятором. В большинстве современных систем регуляторы — это микропроцессорные устройства, как и ваш робот.
Чтобы регулятор мог анализировать, что происходит с объектом, нужны датчики (сенсоры) — это обеспечивает обратную связь. C помощью датчиков, подключённых к роботу, вы измеряете те характеристики объекта, которыми нужно управлять. Основная задача регулирования — поддержание заданного значения какого-либо параметра в технических устройствах — стабилизация.
В случае нашего робота регулятор — это устройство, состоящее из датчика, мотора (исполнительного элемента) и закона управления (алгоритма).
Когда мы говорим о регуляторах, то подразумевается автоматическое регулирование (без участия человека) заданного параметра.
Регулятор, который оказывает управляющее воздействие на объект пропорционально его отклонению от заданного состояния, называется пропорциональным регулятором или П-регулятором.
Вы же слышали выражение «держать планку», означающее достичь определённого высокого уровня и держаться на нём?
Вам нужно быстро собрать модуль, показанный на рис. 65.
Вы даёте задание роботу вертикально держать стержень. Необходимо составить такой управляющий алгоритм, чтобы при любых внешних воздействиях на стержень робот возвращал его в вертикальное положение.
Пусть О — текущие показания датчика оборотов сервомотора (в градусах), а В — то желаемое значение градусов, которое сервомотор должен удерживать.
Тогда разность B - O — это отклонение от заданного значения, обозначим его Е, то есть E = B - O.
Итак, предположим, вы рукой отклонили стержень от заданного значения на E градусов. Тогда мы должны задать управляющее воздействие U, чтобы робот вернул стержень в исходное положение.
Теперь нужно выбрать, какой параметр блока Средний мотор мы будем изменять, применяя это воздействие U: мощность или градусы (рис. 66)?
Задание 78
Давайте попробуем управлять параметром «градусы» и применить воздействие U = E (рис. 67).
Реализуйте приведённый на рис. 67 алгоритм и изучите поведение среднего сервомотора при различных внешних воздействиях на стержень. Исследуйте, как влияет на поведение сервомотора изменение времени небольшой задержки.
В большинстве случаев по приведённой программе мотор не стабилизировал стержень. Как вы думаете, почему, ведь мы компенсировали ошибку на величину, равную непосредственно отклонению?
В данном случае причин несколько: ошибается датчик оборотов, присутствует инерция при вращении оси мотора, есть вибрация и другие факторы. В результате нужное положение стержня сервомотор всегда «проскакивает».
Что же делать? Необходимо компенсировать ошибку на величину, немного большую, чем величина отклонения от заданного положения.
Наше воздействие U будет выглядеть так:
U = К (В - О),
где К — числовой коэффициент усиления воздействия, при определённых значениях которого произойдёт стабилизация стержня.
Задание 79
Реализуйте приведённый на рис. 68 алгоритм и изучите поведение среднего сервомотора при различных внешних воздействиях на стержень. Исследуйте работу системы, последовательно изменяя коэффициент К следующим образом: 1,05; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 2. Сделайте выводы.
Задание 80
Теперь давайте исследуем другой подход. Будем управлять положением стержня, изменяя мощность сервомотора. Тогда, чем больше мы отклоним стержень, тем сильнее окажет противодействие мотор. Следовательно, наше воздействие U будет выглядеть так:
U = K- (B-O),
где К — числовой коэффициент усиления воздействия, при определённых значениях которого мы не сможем (не сломав мотор) даже сдвинуть стержень с исходной позиции.
Реализуйте приведённый на рис. 69 алгоритм и изучите поведение среднего сервомотора при различных внешних воздействиях на стержень. Исследуйте работу системы, последовательно изменяя коэффициент К следующим образом: 1; 1,2; 1,4; 1,5; 1,7; 2; 3; 5. Сделайте выводы.
