Curs2 EMM Proiectare Integrata

15
1 EMM Curs 2 Proiectare integrata 1 PROIECTAREA INTEGRATA A SISTEMELOR MECATRONICE EMM Curs 2 Proiectare integrata 2 Cuprins 1. Introducere 2. Aspecte privind proiectarea sistemelor mecatronice 3. 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

Transcript of Curs2 EMM Proiectare Integrata

Page 1: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 2: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 3: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 4: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 5: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 6: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 7: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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)

Page 8: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 9: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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⋅=

⋅=

Page 10: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 11: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 12: Curs2 EMM Proiectare Integrata

12

EMM Curs 2 Proiectare integrata 23

Simulare robot

EMM Curs 2 Proiectare integrata 24

Simulare robot

Page 13: Curs2 EMM Proiectare Integrata

13

EMM Curs 2 Proiectare integrata 25

Simulare robot

EMM Curs 2 Proiectare integrata 26

Rezultate optimizareKp=0.5303Ki=-0.000519

Simulare robot

Page 14: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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

Page 15: Curs2 EMM Proiectare Integrata

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