Сафаров С.В.
РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКООРДИНАТНЫМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ *
Аннотация:
в данной статье рассматриваются методы и критерии оценки качества управления двухкоординатными манипуляторами. Анализируются существующие подходы к оценке точности, быстродействия, плавности движения и устойчивости управления. Представлены возможные метрики и способы их применения для различных типов манипуляторов.
Ключевые слова:
качество управления, PID-регулятор, двухкоординатные манипуляторы
Двухкоординатные манипуляторы находят широкое применение в автоматизированных системах, робототехнике и мехатронике. Качество их управления напрямую влияет на эффективность выполнения задач, таких как позиционирование, траекторное следование и взаимодействие с объектами. Разработка объективных и универсальных критериев оценки управления позволяет совершенствовать алгоритмы и повышать надежность систем. В данной статье рассматриваются основные показатели качества управления и предлагаются методы их количественной оценки.Существует несколько ключевых аспектов, определяющих качество управления манипуляторами:Точность позиционирования – отклонение конечного положения от заданного.Быстродействие – время, затрачиваемое на достижение цели.Плавность движения – анализ рывков и скачков скорости.Устойчивость – способность системы сохранять контроль при внешних воздействиях.Энергоэффективность – затраты энергии на выполнение заданного движения.Репродуцируемость движения – способность манипулятора повторять заданные движения с высокой точностью.Для количественной оценки этих параметров используются различные метрики:Среднеквадратичная ошибка (RMSE) – показатель точности позиционирования.Время установления (Settling Time) – оценка быстродействия системы.Спектр рывков (Jerk Spectrum) – показатель плавности движения.Корень из интеграла квадрата управляющего воздействия – оценка устойчивости.Расход энергии на выполнение движения – показатель энергоэффективности.Коэффициент повторяемости (Repeatability Index) – измеряет стабильность выполнения движений.Оценка адаптивности – анализ способности системы к самокоррекции при изменении условий.Для обеспечения эффективного управления двухкоординатными манипуляторами используются различные алгоритмы:PID-управление (пропорционально-интегрально-дифференциальное).PID-регулятор является одним из наиболее распространенных алгоритмов управления, используемых в системах автоматического регулирования. Он состоит из трех составляющих:Пропорциональная (P) составляющая – пропорциональна ошибке между текущим и заданным значением. Увеличение коэффициента P приводит к быстрому реагированию на изменение положения, но может вызывать колебания.Интегральная (I) составляющая – суммирует ошибки за определенный период времени, устраняя систематическое отклонение (смещение). Высокий коэффициент I может привести к перерегулированию системы.Дифференциальная (D) составляющая – реагирует на скорость изменения ошибки, что позволяет уменьшить колебания и повысить устойчивость системы.Формула управления PID-регулятора:где:– управляющее воздействие,– ошибка (разница между заданным и текущим положением),– коэффициенты пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих.Рассмотрим пример управления двухкоординатным манипулятором, который должен переместить рабочий инструмент в заданную точку (X, Y). Пусть изначально инструмент находится в точке (2, 3), а целевая точка – (10, 8).Если использовать только P-регулятор, система быстро реагирует на ошибку, но возможны колебания вокруг целевой точки.Добавление I-компоненты устранит остаточную ошибку, но может привести к перерегулированию (движение с запаздыванием).Включение D-компоненты помогает сгладить колебания и добиться стабильного достижения цели.В результате, правильно настроенный PID-регулятор обеспечит плавное и точное движение манипулятора к заданной координате без значительных колебаний.Оптимальное управление (LQR, MPC) – метод линейно-квадратичного регулирования (LQR) и предсказательное управление (MPC) позволяют минимизировать ошибки и оптимизировать управление.Адаптивное управление – алгоритмы, которые автоматически настраивают параметры управления в реальном времени, адаптируясь к изменениям в системе.Нейросетевое управление – использование искусственных нейронных сетей для предсказания и коррекции движения манипулятора.Размытое управление (Fuzzy Logic Control) – метод, позволяющий работать с неопределенностью в системе и обеспечивать плавные переходы между управляющими состояниями.Управление на основе усиленного обучения (Reinforcement Learning) – алгоритмы машинного обучения, такие как Q-learning и PPO, позволяющие манипулятору обучаться на основе взаимодействия с окружающей средой.Применение данных критериев позволяет:Оптимизировать алгоритмы управления для повышения точности и быстродействия,Сравнивать различные системы управления и выбирать наилучшие решения,Адаптировать управление манипуляторами под различные условия эксплуатации,Обеспечить повышение надежности и долговечности систем за счет минимизации перегрузок и нежелательных динамических эффектов.Оценка качества управления двухкоординатными манипуляторами является важной задачей, влияющей на их применение в различных отраслях. Разработка эффективных критериев позволяет сравнивать и оптимизировать системы управления, повышая их точность, надежность и эффективность. В дальнейшем целесообразно исследовать возможности адаптивных алгоритмов и машинного обучения для автоматической настройки параметров управления в реальном времени.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Сафаров С.В. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКООРДИНАТНЫМИ МАНИПУЛЯТОРАМИ // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 1617 - 1621. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23192 (дата обращения: 08.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+