novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.18.651-660novtexmech-387Research ArticleРОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOTIC SYSTEMSСинтез простого робастного регулятора для финитного управления гибким однозвенным манипуляторомSynthesis of a Simple Robust Regulator for the Rest-to-Rest Motion Control of a Flexible Single-link ManipulatorКраснощеченкоВ. И.KrasnoshchechenkoV. I.kviip@yandex.ruКалужский филиал МГТУ им. Н. Э. БауманаРоссияKaluga Branch of the Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation2017280820181810651660Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20182018Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/387

Рассматривается задача перевода гибкого однозвенного манипулятора из одного состояния покоя в другое за заданное время. В работе проводится подробный анализ объекта управления и предлагается использовать входное задающее воздействие особого вида с низкочастотным спектром, обеспечивающее практическое отсутствие вибраций схвата, плавность и точность перехода во всем диапазоне нагрузок схвата. При этом используется простой регулятор первого порядка с сигналом обратной связи только по углу привода. Приводятся результаты моделирования.

The topic of the article is the problem of control of the motion of a flexible single-link manipulator from one state of rest into another in a given time. Having a number of advantages in comparison with the absolutely rigid parts of the manipulators, the flexible manipulators are more difficult in control because of a higher order of the system and non minimun phase dynamics, which exist between the tip position and the input torque applied at the joint of the actuator. During the synthesis of the control system various approaches are used: 1) formation of the necessary input signals; 2) synthesis of a regulator with the use of the inverse dynamics; 3) the algorithms, which ensure reduction of the level of the resonant frequencies of the flexible manipulator due to regulation of the coupling torque of a link at the base of the beam 4) H¥ control. In the control loop not less than two sensors and one or two regulators related to the high order were established. The given work proposes to generate the input signal of a special kind with a low-frequency spectrum, ensuring practical absence of vibrations of the tip, smoothness and accuracy of the link motion in all the range of the payloads at the tip. Furthermore, a simple regulator of the first order with a signal of a feedback only on the angle hub of the actuator is synthesized. The offered control algorithm was tested on a concrete example for the flexible single-link manipulator with the following characteristics: length - 1m; width - 0,0055 m; height - 0,05 m; material - aluminum; range of the angular turns - [9, 180] degrees; range of the mass payloads - [0, 0,5] kg; time of motion - [1,8, 3] seconds; overshoot - not more than 10 %. Analysis of the frequency and dynamic characteristics of the flexible manipulator was carried out. Then in the mathematical model of the manipulator the first two flexible forms were left. The input for the manipulator was the hub torque. The results of modeling for various angle turns and payloads of the tip confirm the efficiency of the offered control algorithm.

гибкий манипуляторсинтез регулятораробастностьметод разделения переменныхflexible manipulatorregulatorsynthesisrobust controlassumed modes methodReferencesSinger N. G., Seering W. P. Preshaping command input- to reduce system vibration // ASME J. of Dynamic Systems, Measurements and Control. 1990. Vol. 112. P. 76-112.Singer N. G., Seering W. P. Preshaping command input- to reduce system vibration // ASME J. of Dynamic Systems, Measurements and Control. 1990. Vol. 112. P. 76-112.Hyde J. M., Seering W. P. Using input command presshaping to suppress multiple mode vibration // Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1991. P. 2604-2609.Hyde J. M., Seering W. P. Using input command presshaping to suppress multiple mode vibration // Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1991. P. 2604-2609.Kwon D. S., Book W. J. An inverse dynamic method yielding flexible manipulator state trajectories // Proc. of American Control Conf. 1990. P. 186-193.Kwon D. S., Book W. J. An inverse dynamic method yielding flexible manipulator state trajectories // Proc. of American Control Conf. 1990. P. 186-193.De Luca A., Di Giovanni G. Rest-to-rest motion of a one-link flexible forearm // Proc. of IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics. 2001. P. 923-928.De Luca A., Di Giovanni G. Rest-to-rest motion of a one-link flexible forearm // Proc. of IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics. 2001. P. 923-928.De Luca A., Caiano V., Del Vescovo D. Experiments on rest-to-rest motion of a flexible arm // Robotics VIII, Springer Tracts in Advanced Robotics / B. Siciliano, P. Dario (Eds.). Berlin: Springer Verlag, 2003. Vol. 5. P. 338-349.De Luca A., Caiano V., Del Vescovo D. Experiments on rest-to-rest motion of a flexible arm // Robotics VIII, Springer Tracts in Advanced Robotics / B. Siciliano, P. Dario (Eds.). Berlin: Springer Verlag, 2003. Vol. 5. P. 338-349.Integral Resonant Control for Vibration Damping and Precise Tip-Positioning of a Single-Link Flexible Manipulator / Pereira E., Aphale S. S., Feliu V. // IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2011. Vol. 16, N. 2. P. 232-240.Integral Resonant Control for Vibration Damping and Precise Tip-Positioning of a Single-Link Flexible Manipulator / Pereira E., Aphale S. S., Feliu V. // IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2011. Vol. 16, N. 2. P. 232-240.Gu D.-W., Petkov P. Hr., Konstantinov M. Robust Control Design with Matlab. London: Springer Verlag, 2005. 389 p.Gu D.-W., Petkov P. Hr., Konstantinov M. Robust Control Design with Matlab. London: Springer Verlag, 2005. 389 p.Краснощеченко В. И. Разработка и исследование математической модели гибкого однозвенного манипулятора с использованием принципа наименьшего действия Гамильтона // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 6. С. 383-390.Краснощеченко В. И. Разработка и исследование математической модели гибкого однозвенного манипулятора с использованием принципа наименьшего действия Гамильтона // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 6. С. 383-390.Любошиц М. И., Ицкович Г. М. Справочник по сопротивлению материалов. Минск: Вышэйшая школа, 1969. 464 с.Любошиц М. И., Ицкович Г. М. Справочник по сопротивлению материалов. Минск: Вышэйшая школа, 1969. 464 с.Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. 832 с.Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. 832 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.