Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии
Проектирование мехатронных систем как решение основной задачи управления
Опубликована: 2020-09-07
  • В. К. Иванов Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)

Аннотация

Задача проектирования сложных технических систем тесно связана с задачей оптимизации. Существующие подходы поиска оптимальных значений параметров таких систем по отдельным критериям и их модификациям не всегда приводят к желаемым результатам. При этом после реальной проработки системы ее параметры будут отличаться от найденных, или же проект вообще может не удовлетворить инженера, хотя и удалось его реализовать. Опыт проектирования многих технических систем показывает, что более рациональным является сохранение качественных свойств объекта проектирования в разумных пределах, исходя из технических условий на проектируемую систему, которые задаются в виде неравенств на функционалы или критерии качества (целевые критерии). Идея решения задачи в такой постановке связана с работами по аналитическому проектированию сложных технических систем, математической основой которых являются методы решения главной задачи управления.
В данной работе предложен подход к синтезу системы управления экзоскелетом как решение основной задачи управления. Приведена расчетная схема экзоскелета, составлена математическая модель, которая на первом этапе не учитывает моменты, создаваемые мышцами человека. Система дифференциальных уравнений экзоскелета записывается с использованием уравнений Лагранжа второго рода. Для определения обобщенных сил используется принцип возможных перемещений, в соответствии с которым системе по каждой обобщенной координате сообщается виртуальное перемещение, на котором вычисляется работа всех действующих сил и моментов. Заданы технические условия на целевые критерии, технологические и эксплуатационные требования на варьируемые параметры (выделена область поиска). Сделана постановка задачи, приведен алгоритм численного решения. Цель исследования – разработка методики выбора параметров системы управления трехзвенного манипулятора как решение основной задачи управления, в результате решения которой строится область решений. Затем из этой области выбираются рацио- нальные параметры с учетом опыта и интуиции проектировщика, а также других трудно формализуемых критериев.

##submission.authorBiography##

В. К. Иванов, Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола)

доктор технических наук, профессор кафедры транспортно-технологических машин, Поволжский государственный технологический университет, Йошкар-Ола. Область научных интересов – автоматизация проектирования и управления, математическое моделирование, оптимизация, автоматизация производственных процессов. Автор более 70 научных работ.