Pokročilé techniky řízení pohybu pro mechatronické aplikace

Alois KREJČÍ

Master's thesis

Advanced motion control for mechatronic applications

Abstract:

Předložená práce se zabývá pokročilými algoritmy řízení stejnosměrných a střídavých pohonů. V úvodu jsou objasněny základní principy konstrukce, činnosti a regulace stejnosměrných a střídavých pohonů. Dále je vysvětlen princip kaskádní regulace a návrh regulátorů v jednotlivých regulačních smyčkách. V návazné části této práce je provedena analýza fundamentálních omezení kaskádní regulace, zejména při diskretizaci spojitého řízení. V dalších kapitolách jsou řešeny pokročilé algoritmy řízení pohybu. Popsány jsou elementární principy řízení v klouzavém režimu, největší pozornost se věnuje lineárnímu klouzavému řízení. Pokračuje vysvětlení principu řízení s estimátorem zátěžného momentu. Obě tyto metody jsou v rámci mé práce otestovány na modelu reálného motoru, který je sestaven v programovém prostředí Matlab - Simulink a porovnány s kaskádním řízením, řešeným v mé předcházející, bakalářské práci. Navržené strategie řízení byly též implementovány na reálný laboratorní motor. V závěru práce jsou otestovány navržené algoritmy řízení na modelu víceosého robotického manipulátoru a porovnány s kaskádní regulací, která byla nasazena při praktické realizaci tohoto robotického manipulátoru.

Abstract:

The submitted thesis deals with advanced control algorithms for AC/DC drives. At the outset, basic principles of construction, operation and control of direct and alternating current motors are clarified. Next, the fundamentals of cascade control and controller design in individual regulation loops is explained. The following part of the thesis comprises an analysis of fundamental limits of cascade control, mainly due to discretization of continuous control and introduction of additional dynamical elements into the loop such as feedback signal filters. In subsequent chapters, advanced algorithms of motion control are solved. Included is a description of elementary principles of sliding mode control, with linear sliding mode control singled out for special attention. This is followed by an explanation of disturbance observer control method. Both methods are subjected to testing by means of a real motor model in a Matlab-Simulink environment and compared against the cascade control solutions discussed in my bachelor´s thesis. The proposed methods of control were actually implemented in a real laboratory model of a motor. The final part of the thesis focuses on testing of designed algorithms on a multi-axis robotic manipulator. The results are compared to conventional cascade PID control which was employed during the practical realization of this robotic manipulator.

Keywords

Stejnosměrný a střídavý pohon, kaskádní regulace, fundamentální omezení kaskádní regulace, řízení polohy, řízení v klouzavém režimu, lineární klouzavé řízení, řízení s estimátorem zátěžného momentu, víceosý robotický manipulátor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 5. 2012

Accessible from:: 18. 5. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 20. 6. 2012
• Supervisor: Ing. Martin Goubej

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Cybernetics and Control Engineering