Hybridný adaptívny systém riadenia aktuátora s umelými svalmi

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

m) SK ÚŽITKOVÝ VZOR 6 6 8 6(22) lšátum podania prihlášky 22. 4. 2013 (13) Druh dokumentu y 1(32) Dátum podania prioritnej prihlášky (51) lm- Cl (2014-0 Uľ(33) Krajina alebo regionálna ~ organizácia priority 325-1 13/00(43) Dátum zverejnenia prihlášky 2. 10. 2013 GosB 13/00 Vestník UPV SR č. 10/2013úžitkového vzoru verejnosti l 7. l. 2014(62) Číslo pôvodnej prihlášky v prípade vylúčenej prihlášky(67) Číslo pôvodnej patentovej prihlášky v pripade odbočenia(86) Číslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCT(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCT(96) Číslo podania európskej patentovej prihlášky(73) Majiteľ Technická univerzita v Košiciach, Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove, Prešov, SK(54) Názov Hybridný adaptlvny systém riadenia aktuátora s umelými svalmiHybridný adaptivny systém riadenia aktuátora s umelými svalmi je tvorený blokom (l) diferenčného člena polohy vytvárajúceho rozdiel medzi žiadanou askutočnou polohou, blokom (5) snímača polohy, blokom (2) PD regulátora, blokom (3) násobenia signálu z PD regulátor a adaptlvneho regulátora, blokom (4) aktuátora s pneumatickými umelými svalmi, blokom (l l) referenčného modelu vytvárajúceho referenčný signál pre požadovanú dynamiku sústavy, blokom (6) diferenčného člena dynamiky realizujúceho rozdiel okamžitých hodnôt odozvy referenčného modelu aodozvy regulovanej sústavy, blokom (7) derivácie, blokmi (8), (9) normalizačných zosilneni ablokom (10) adaptívneho regulátora,Technické riešenie sa týka regulácie polohy aktuátora s jednou rotačnou osou využivajúcim pár antagonisticky zapojených pneumatických umelých svalov pre priemyselné a biomedicínske robotické aplikácie.V súčasnosti sa na reguláciu v praktických priemyselných aplikáciách štandardne využívajú lineáme regulatory vo forme PID regulátorov (resp. Pl alebo PD podľa príslušnej aplikácie). Tieto regulatory sújednoduché, spoľahlivé a na ich ladenie existuje široké spektrum metód, ale na dosialmutie stanovenej kvality regulácie si vyžadujú lineámy model regulovanej sústavy s konštantnými parametrami. V prípade výrazne nelineámych sústav je takýto (linearizovaný) model platný len v blízkom okolí pracovného bodu a pri väčších zmenách veličín dochádza k značným nepresnostiam, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú vlastnosti celého regulačného pochodu. Pneumatické systémy patria k systémom s výrazne nelineámymi charakteristikami a časovou závislosťou parametrov. Samotné pneumatické umelé svaly ešte zvýrazňujú nelineámy charakter takejto sústavy vzhľadom na nelineárnu závislosť sily na kontrakcii svalu a hysteréze statických a dynamických charakteristík vyplývajúcich z elasticity materiálu používaného pri ich konštrukcii. Za predpokladu využitiajednoduchých uzatváracích ventilov sa sústava na báze pneumatických umelých svalov správa ako integračná regulovaná sústava, kde je možné uvažovať o implementácii PD regulátora (absencia I zložky nepredstavuje problém v súvislosti s elimináciou regulačnej odchýlky), ale kvalita regulácie nie je dostatočné v celom rozsahu regulovanej veličiny (napr. polohy) a pri zmenách parametrov sústavy (napr. momentu zotrvačnosti pri zmene záťaže). Problémy s kvalitou regulácie pri použití PD regulátora sa objavujú pri rastúcom momente zotrvačnosti a menších hodnotách výchylky ramena (za predpokladu využitia konfigurácie pre maximalizáciu tuhosti mechanizmu, a teda aktívneho riadenia len jedného svalu v jednej polovici rozsahu pohybu) v súvislosti s vyššími hodnotami tlaku V referenčnej polohe a vyššími silami.Navrhované riešenie rieši nedostatky samostatne použitého PD regulátora zaradením doplnkového regulátora v adaptívnej vetve, ktorý kompenzuje vplyv zásahov PD regulátora v prípadoch, ked je to potrebné. Takýto systém je schopný reagovať na zmeny parametrov systému, ktoré závisia na čase alebo na hodnotách určitých veličín, a to tak v rámci pneumatickej časti systému, ako aj mechanickej časti. Pri menovítých hodnotách parametrov regulovanej sústavy sa snaží zachovať činnosť PD regulátora, ktorý je jednoducho realizovateľný a ľahko laditeľný. Vzhľadom na predpoklad využitia v polohovom servosystéme na báze pneumatických umelých svalov, kedy je potrebné uvažovať o rýchlych zmenách žiadanej polohy a nízkej výpočtovej náročnosti, systém využíva multiplikatívnu signálovú adaptáciu, ktorá obsahuje blok násobenia zásahov PD regulátora a adaptívneho regulátora, čím sa dosahuje veľmi rýchly vplyv na celý regulačný pochod. Ako referenčnú hodnotu využíva systém referenčný model, ktorý je odvodený z nominálneho modelu sústavy pri menovitých hodnotách parametrov a ktorý určuje požadovanú dynamiku odozvy systému aj pri zmenách týchto parametrov. Vstup do referenčného modelu predstavuje žiadanú hodnotu, ktorá je aj vstupom do diferenčného člena vytvárajúceho regulačnú odchýlku. Systém využíva aj druhý diferenčný člen, ktorý vytvára regulačnú odchýlku v dynamike (rozdiel medzi aktuálnou hodnotou regulovanej veličiny medzi referenčným modelom a sústavou) a túto odchýlku využíva na svoju činnosť adaptívny regulátor. Súčinnosťou konvenčného PD regulátora a adaptívneho regulátora dochádza ku kompenzácii odchýlky regulovanej veličiny (poloha) aj kompenzácii odchýlky v dynamike, a to aj pri zmenách parametrov sústavy. Okrem samotnej hodnoty regulačnej odchýlky v dynamike využíva systém aj diskrétnu deriváciu tejto odchýlky. Vzhľadom na to, že závislosť kompenzácie signálu PD regulátora (teda adaptačného signálu) na regulačnej odchýlke a jej derivácii môže mať zložitý nelineámy priebeh, je pre adaptívnu vetvu vhodný regulátor s univerzálnymi aproximačnými vlastnosťami (ktorými sa vyznačujú napríklad fuzzy alebo neurónové regulatory).Prehľad obrázkov na výkresochTechnické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou výkresu, kde obr. 1 znázorňuje celkové blokové usporiadanie ñmkčných častí zariadenia.Na obr. l je znázomený príklad technickej realizácie navrhovaného riešenia V podobe blokovej schémy,kde blok lje diferenčný člen polohy vytvárajúci rozdiel medzi žiadanou polohou (privedenou spojom Q) a skutočnou polohou, ktorá je do bloku L diferenčného člena polohy privedená spojom u z výstupu bloku Q snímača polohy. Výstup z bloku L predstavuje regulačnú odchýlku, ktorá je cez spoj Q vstupom do bloku 2 PD regulátora, ktorého úlohou je túto odchýlka minimalizovať. Z bloku g PD regulátora vstupuje signál spojom 14 do bloku g násobenia, v ktorom dochádza k násobeniu signálu z bloku z PD regulátora a adaptačného signálu z výstupu bloku Q adaptlvneho regulátora. Žiadaná hodnota polohyje vstupom nielen do bloku g PD regulátora, ale aj do bloku referenčného modelu. Výstupom z bloku ll referenčného modelu je žiadaná dynamika odozvy systému, ktorá cez spoj L 3 vstupuje do bloku 6 diferenčného člena, ktorý vytvára regulačnú odchýlka dynamiky na základe rozdielu okamžitej hodnoty výstupu referenčného modelu a okamžitej hodnoty regulovanej veličiny systému prívedenej cez spoj u z výstupu bloku á snímača polohy. Výstup z bloku Q diferenčného člena dynamiky je spojom 12 privedený do bloku 1 derivácie regulačnej odchýlky dynamiky. Derivovaná regulačná odchýlka dynamiky je spojom Q privedená do bloku § normalizačného zosilnenia derivácie regulačnej odchýlky dynamiky, v ktorom je prevedená do požadovaného rozsahu. Podobne v bloku 2 nonnalizačného zosilnenia regulačnej odchýlky dynamiky je do požadovaného rozsahu prevedená regulačná odchýlka dynamiky privedená spojom Q z bloku Q diferenčného člena. Signály po normalizácii tvoria prostredníctvom spojov Q a Ľ vstup do bloku Q adaptívneho regulátora, ktorého výstup je spoj om Q privedený ako druhý vstup do bloku 1 násobenía. Výstup z bloku 3 násobenia je privedený ako akčný signál do bloku 4 regulovanej sústavy s umelými svalmi cez spoj Q (v tomto bloku sú zahrnuté aj blok výkonovej elektroniky a akčný člen).Hybridný adaptívny systém riadenia je možné využiť na zlepšenie kvality regulácie polohy aktuátora na báze pneumatických umelých svalov tvoreného V antagonistickom zapojení, a tiež pre systémy využívajúce viacero stupňov voľnosti s členmi poháňanými viacerými pármi pneumatických umelých svalov (teda robotické ramená na báze pneumatických umelých svalov). Princíp je využiteľný na riadenie aj v iných pneumatických, hydraulických a elektrických servosystémoch.l. Hybridný adaptívny systém riadenia aktuátora s umelými svalmi, v y z n a č u j ú c i s a t ý m ,že je tvorený blokom (l) diferenčného člena polohy, blokom (2) PD regulátora, blokom (3) násobenia, blokom (4) aktuátora s pneumatickými umelými svalmi, blokom (5) snímača polohy, blokom (l l) referenčného modelu, blokom (6) diferenčného člena dynamiky, blokom (7) derivácie, blokmi (8, 9) normalizačných zosilnení a blokom (10) adaptívneho regulátora, pričom vstupný spoj (12) je pripojený k bloku (l) diferenčného člena polohy, z neho vystupujúcí spoj (13) je pripojený k bloku (2) PD regulátora, z neho vystupujúcí spoj(14) je pripojený k bloku (3) násobenia, z neho vystupujúcí spoj (15) je pripojený k bloku (4) aktuátora s pneumatickými umelými svalmi, z ktorého vystupuje spoj (16) vedený do bloku (5) snímača polohy, ktorý je cez spoj (17) pripojený k bloku (l) diferenčného člena polohy a bloku (6) diferenčného člena dynamiky.2. Hybridný adaptívny systém riadenia aktuátora s umelými svalmi podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že vstupný spoj (12) je pripojený k bloku (l l) referenčného modelu, ktorého výstup je cez spoj (18) vstupom do bloku (6) diferenčného člena dynamiky, z neho vystupujúcí spoj (19) vstupuje do bloku(9) nonnalizačného zosilnenia polohy a bloku (7) derivácie regulačnej odchýlky dynamiky, odkial cez spoj(23) vstupuje do bloku (8) nonnalizačného zosilnenia derivácie a vedie sa cez spoje (20) a (22) do bloku (10) adaptivneho regulátora, odkiaľ sa cez spoj (21) privádza do bloku (3) násobenía.

MPK / Značky

MPK: B25J 13/06, G05B 13/02

Značky: svalmi, umelými, hybridný, aktuátora, systém, adaptívny, riadenia

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/4-u6686-hybridny-adaptivny-system-riadenia-aktuatora-s-umelymi-svalmi.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Hybridný adaptívny systém riadenia aktuátora s umelými svalmi</a>

Podobne patenty