Прецизионное управление линейным приводом механизма с параллельной структурой космического применения

В первой главе приведен анализ состояния проблемы
повышения точности механизмов с параллельной структурой
и методов ее решения. Даны примеры МПС для задач
позиционирования объектов в различных областях техники.
Обозначены перспективы применения МПС в космической
технике в задачах наведения и ориентации прецизионных
приборов, а также их стабилизации и виброзащиты. Для задач
пространственного наведения и позиционирования объектов
особый интерес представляют механизмы типа «гексапод»
(рис. 1), обеспечивающие до шести степеней свободы — три
вращательных и три поступательных. Положение центра
подвижной платформы O’ задается в декартовых координатах
Рис. 1 — Схематичное
X, Y и Z в системе Oxyz. Угловая ориентация платформыизображение гексапода
задается углами Эйлера φ, ξ, ψ.(а) и углы Эйлера (б)
Предельно высокая разрешающаяспособность радиотелескопов современных
космических обсерваторий определяет в том числе высокие требования к точности работы
устройства его наведения относительно несущей космической платформы на уровне десятков
микрометров по линейным координатам и десятков секунд — по угловым координатам.
Описаны возможные варианты, а также технические проблемы реализации системы
измерения положения и ориентации подвижной платформы механизма космического
применения: использование сигналов обратной связи от объекта наблюдения, применение
звездных датчиков, системы инерциальных датчиков, последовательного соединения
линейных и угловых датчиков по типу устройства координатно-измерительных машин, по
шести отдельным датчикам линейных перемещений по типу механизма с параллельной
структурой. Представлен обзор датчиков линейного положения и технические характеристики
для диапазона измерений 200 мм при условии работы первичных датчиков и системы
обработки при нормальной температуре с незначительным допустимым диапазоном
отклонений. Отмечено, что применение высокоточных датчиков абсолютного положения и
угловойориентацииподвижнойплатформыгексаподакосмическогоприменения
затруднительновсвязистехническими,технологическими,экономическими,
эксплуатационными и другими ограничениями. Результаты сравнительного анализа датчиков
раскрывают основную проблему прецизионного управления линейными приводами
механизмов с параллельной структурой космического применения: при отсутствии
возможности использования датчика линейного положения в качестве основного элемента
обратной связи необходимо реализовать точное линейное позиционирование штока привода.
Показано, что точность перемещения объекта, размещенного на подвижной платформе
гексапода в случае отсутствия обратной связи по координатам q =  X , Y , Z , φ, ξ, ψ  зависит от

многих факторов. Рассмотрены основные источников погрешности МПС. Отмечено, что
существенные составляющие ошибок позиционирования и наведения подвижной платформы
механизма сосредоточены в основном в его линейных приводах. Гексапод имеет шесть
линейных приводов, каждый привод при этом имеет собственный характер геометрических,
температурных и других типов ошибок, а при совместной работе формируется сложное
нелинейное поле ошибок позиционирования и наведения подвижной платформы МПС.
Методы снижения погрешности МПС путем повышения точности работы его линейных
приводов, как во многом определяющих статические и динамические точностные
характеристики всего механизма, работоспособность в условиях космической среды, а также
надежность системы позиционирования и ориентации аппаратуры относительно КА, изучены
слабо. Отмечено, что целесообразно пойти по пути увеличения точности работы МПС путем
уменьшения погрешностей работы его линейных приводов.
Во второй главе отмечено, что совокупность требований к необходимым диапазонам
позиционирования и наведения подвижной платформы гексапода, а также требований к
точностям ее поступательного и вращательного движения в десятки микрометров и десятки
угловых секунд соответственно определяет точность позиционирования линейных приводов
±2микрометра.Рассмотренывозможныевариантыпостроенияисполнительной,
информационно-измерительнойиуправляющейчастейлинейногоприводаМПС
космического применения. Приведено обоснование и описание конструкции линейного
привода МПС космического применения с учетом ограничений на используемую
компонентную базу ЛП: электродвигатель, редуктор, механическая передача и др. Рассмотрен
вариант размещения системы измерения линейного положения в составе конструкции
линейного привода. В этом случае ЛП представляет собой законченный узел, имеющий
встроенные приводную, информационно-измерительную и управляющую подсистемы. При
этом на точность перемещения выходного звена МПС — подвижной платформы с объектом
— влияет точность работы линейных приводов. С учетом обозначенных ограничений на
применение датчиков линейного положения представлены кинематическая (рис. 2, а) и
структурная (рис. 2, б) схемы линейного привода с косвенной обратной связью. Приведено
обоснование выбора основных элементов ЛП: шагового электродвигателя, волнового
редуктора, шарико-винтовой передачи, датчика углового положения типа вращающегося
трансформатора, трехотсчетного датчика концевого (нулевого) положения.
Рис. 2 — Кинематическая и структурная схемы ЛП с косвенной обратной связью

Во второй главе описаны основные источники погрешности работы линейного привода
для указанной конструкции: геометрические и температурные ошибки; ошибки, вызванные
механическими нагрузками; ошибки управления; прочие ошибки. Выполнен анализ
численных значений погрешностей, вносимых элементами конструкции ЛП.
Основным элементом привода является шарико-винтовая передача (ШВП), главной
характеристикой которой является зависимость между действительным и заданным осевыми
перемещениями гайки ШВП. Зависимость кинематической погрешности винтовой пары от
номинального осевого перемещения гайки представлена на рис. 3, а). Кинематическая
погрешностьшарико-винтовойпередачиявляетсясистематической,связанас
технологическими особенностями ее изготовления и для ЛП с диапазоном перемещений 200
мм может достигать значений 20 мкм. Свою погрешность хода имеет также волновой
редуктор, однако производителями волновых редукторов заявляется величина погрешности
при номинальной нагрузке редуктора до 2 угловых минут, что при пересчете в линейное
положение штока составляет менее 0,2 мкм, поэтому данной величиной можно пренебречь.
Еще одним источником ошибок линейного позиционирования штока ЛП являются люфты в
таких элементах линейного привода, как редуктор, шарико-винтовая передача и шарниры.
Результирующий «мертвый ход» привода носит стохастический характер, предсказать
который практически невозможно, поэтому в элементах рассматриваемого линейного привода
гексапода выполняется предварительный натяг, обеспечивающий минимальные люфты.
В процессе работы линейного привода за счет механических взаимодействий гибкого
колеса и генератора волн редуктора, вала и гайки ШВП, шариков и колец подшипниковых
опор, штока линейного привода и направляющей поверхности, осей и внутренних
поверхностей скольжения шарниров возникают силы трения качения и скольжения. В
конечном итоге эти силы создают дополнительную нагрузку, приведенную к валу
электродвигателя. Однако, с учетом того, что электродвигатель замкнут обратной связью по
угловому положению и имеет необходимый запас по мощности, действие сил трения не
приводит к возникновению значительных дополнительных погрешностей работы линейного
привода. Немаловажным фактором, определяющим точность работы линейного привода,
является механический износ его элементов, и, в первую очередь, шарико-винтовой передачи.
Рис. 3 — Кинематическая погрешность ШВП (а) и результаты конечно-элементного
моделирования температурных ошибок линейного привода (б)
Расчётный ресурс по износу равен 1 млн. оборотов. поэтому при условии обеспечения
допустимых значений осевой нагрузки, частот вращения, ускорений, условий смазывания,
температурных режимов, а также чистоты рабочей зоны усталостное отслаивание материала на
поверхностях элементов ШВП наблюдаться не будет. Кроме того, при обеспечении допустимых
механических нагрузок на элементы линейного привода пластическими деформациями также
можно пренебречь. Далее во второй главе выполнен анализ погрешностей, возникающих при
работе привода в широком температурном диапазоне и сопутствующем объемном и линейное
изменении размеров элементов привода. Температурные деформации оценены методом
конечно-элементного моделирования ЛП (рис. 3, б) и при работе ЛП в диапазоне от –80℃ до
+80℃ достигают значений в сотни мкм в зависимости от положения штока привода. Также
показано, что для МПС наземного применения, работающего в условиях действия сил
тяготения, еще одним существенным источником ошибок является упругая деформация
элементов ЛП. В главе рассмотрены также прочие источники ошибок, действующие в ЛП.
Систематизация и выделение наиболее существенных источников погрешности ЛП
позволяет наметить пути повышения точности линейных приводов и гексапода.
Отмечено, что для прецизионной работы линейного привода необходимо: обеспечение
предварительного натяга шарико-винтовой передачи; обеспечение работы привода в
допустимых диапазонах осевой нагрузки, частот вращения, ускорений, условий смазывания,
температурных режимов, чистоты рабочей зоны; обеспечение соответствующего качества
системы регулирования; соблюдение качественной технологии изготовления и сборки,
использовании высококачественных и надежных компонентов, а также выполнение
программной компенсации некоторых типов ошибок. Погрешности изготовления элементов и
сборки ЛП устраняются после контрольного замера истинного перемещения штока,
вычисления ошибки и внесения статической поправки в систему управления.
Установлено, что для программной компенсации других типов ошибок и разработки
алгоритмапрецизионногоуправленияЛПтребуетсявыполнитьсоответствующие
теоретические и экспериментальные исследования. Наибольший интерес при этом
представляют следующие три группы: систематические ошибки механической части
линейного привода, включающие погрешности редуктора, шарико-винтовой передачи,
электромеханической части (обмотки статора) двигателя и датчика; температурные ошибки,
вызванные действием факторов окружающей среды, нагревом от трения и джоулева тепла;
упругие деформации элементов ЛП под действием статической и динамической нагрузки.
Втретьейглавеприводится
 did − Ridud
математическаямодельлинейногопривода, dt = L + pω iq + L

построенного на основе гибридного шагового diq − Riq − K m ωuq
=− pω i +
электродвигателя, описываемого системой (1). dtL
d
L
(1)
 dω = K miq − K v ω − TL
Здесь: id , iq — токи, неподвижно связанные с dtJ

ротором в соответствии с преобразованием Парка dθ = ω

 dt
дляэлектрическоймашины;ud ,uq—
x k = f ( x k −1 ) + B k u k + w k
соответствующиенапряжения;R,L—(2)
z k = h ( x k ) + v k
сопротивление и индуктивность обмотки статора;
Km — моментная постоянная двигателя; ω — угловая скорость ротора; θ — угловое
положение ротора; p — число зубцов, приходящееся на каждую пару полюсов (или число пар

полюсов статора); K v — коэффициент вязкого трения; TL — момент нагрузки; J S —

приведенный к валу суммарный момент инерции ротора и элементов привода. Для перехода к
координатам привода при управлении задаваемое линейное положение ЛП Lз преобразуется

в задаваемое угловое положение вала шагового двигателя θ з по формуле: θ з = kр kШВП Lз , где k р

— передаточное число редуктора, kШВП — шаг шарико-винтовой передачи линейного привода.
Отмечено, что применяющийся в ЛП датчик углового положения не подходит для
замыкания привода в вентильном режиме, поскольку не обеспечивает необходимую точность
определения углового положения. В этом случае предлагается применение наблюдателя
состояния. Для дискретной модели шагового двигателя ЛП (2) со случайной составляющей
эволюции и шумами измерений рассмотрено применение расширенного фильтра Калмана
(РФК). Здесь x k — значение вектора переменных состояния системы id iq ω θ  в момент

времени tk , f ( x k ) — векторная функция эволюции системы, B k — матрица управления

системы; h ( x k ) — векторная функция выхода системы; z k — вектор измерений истинного

вектора состояния x k , w k — вектор, описывающий случайный характер эволюции системы,

v k — вектор, описывающий шум измерений. Вектора w k и v k описывают нормальный
случайный процесс с нулевым математическим ожиданием. Показано, что полученный
T
наблюдатель на каждом шаге работы выдает оценку переменных состояния xˆ k | k = iˆd iˆq ωˆ θˆ  ,

которую можно использовать в системе управления шаговым двигателем и ЛП.
Поскольку к гексаподу предъявляются требования по точности отработки задаваемых
сигналов позиционирования и, одновременно, он должен обеспечивать малую длительность
переходных процессов и воздействовать на объект управления и несущую платформу
космического аппарата с минимальными динамическими возмущениями, далее в третьей
главе рассматривается алгоритм управления исполнительным электродвигателем линейного
привода, обеспечивающий контролируемое динамическое воздействие на объект управления.
Показано, что расчет стандартных траекторий типа 4-3-4, 3-5-3, методом сплайн-
интерполяции и подобными методами для позиционного режима опирается на следующие
граничные условия: заданное положение начальной и конечной точки; нулевые начальная и
конечная скорость; нулевые начальное и конечное ускорение; положение, скорость и
ускорение меняются непрерывно при переходе между последовательными участками
траектории.При этом скорость, ускорение и более высокие производные перемещения
привода для указанных траекторий на этапе расчета напрямую задать не получается.
Для обеспечения контроля динамических возмущений предложено использование
алгоритма планирования траектории по одной координате вектора q (рис. 4). В общем случае
имеется семь временных интервалов, а общая траектория имеет формулу 3-2-3-1-3-2-3. На
интервалах t0 − t1 и t6 − t7 в системе действует положительное

постоянное значение рывка + j ; на интервалах t2 − t3 и t4 − t5

действует значение − j ; на интервалах t1 − t2 , t3 − t4 и t5 − t6

значение рывка равно нулю.Приведены выражения для
вычисления временных интервалов с учетом заданных
ограничений j , a и v . В качестве критерия оптимальности

принято минимальное время t x , за которое система совершит

перемещение x . Показано, что позиционирование и наведение
крупногабаритной нагрузки целесообразно выполнять по-
отдельности и поочередно для каждой координаты вектора q.
Для реализации предложенного алгоритма рассмотрены
Рис. 4 — Перемещение
возможныевариантыреализациисистемыуправленияи его производные
гексаподом и линейным приводом в пространстве декартовыхпри планировании
траектории движения
координат и обобщенных координат линейных приводов.
Рис. 5 — Структурная схема системыРис. 6 — Структурная схема системы
управления гексаподом в пространствеуправления электродвигателем ЛП с
обобщенных координатподчиненным регулированием координат

Так, реализация дискретной системы управления, работающей в пространстве
декартовых координат платформы q, q, q , требует значительных вычислительных ресурсов,
поскольку на каждом элементарном шаге требуется выполнять вычисления матриц Якоби,
инерции гексапода, кориолисовых и центробежных усилий и моментов, гравитационных сил,
решение прямой задачи кинематики и обратной задачи динамики.
Поскольку рассматриваемый гексапод предназначен для функционирования с
небольшими скоростями и ускорениями в условиях отсутствия гравитационных сил,
рассмотрена возможность управления МПС в пространстве обобщенных координат или длин
приводов (рис. 5). Система управления гексаподом в пространстве обобщенных координат
работает следующим образом. На предварительном этапе на генератор траектории подается
вектор заданного конечного положения платформы q з =  X з , Yз , Z з , φ з , ξз , ψ з  . Согласно

представленному алгоритму планирования траектории, в соответствии с заданными
ограничениямиq з , q з , qзвыполняется вычисление вектора перемещения и угловой

ориентации платформы q з ( kT ) =  xз ( kT ) , yз ( kT ) , zз ( kT ) , α з ( kT ) ,β з ( kT ) , γ з ( kT )  , где k = 1, n

— номер шага дискретной системы управления, T — период дискретизации. Далее
полученный набор q з (T ) ,…, q з ( nT ) путем решения обратной задачи кинематики гексапода

преобразуется в набор L з (T ) ,…, L з ( nT ) . Значения L з ( kT ) подаются как задающие сигналы

на линейные привода в режиме реального времени с периодом T .
Таким образом, для реализации указанной системы линейный привод должен работать
в следящем режиме, воспроизводя заданную траекторию. Необходимую устойчивость и
достаточно высокие показатели качества может обеспечить система управления с так
называемым подчиненным регулированием координат, позволяющая также устанавливать
ограничения на отдельные координаты привода, обеспечивая тем самым устойчивость
системы. На рис. 6 показана такая система управления, синтезированная с учетом
необходимости компенсации перекрестных связей в контурах шагового двигателя и
реализации наблюдателя состояния. В токовые контура вводятся компенсационные сигналы
uq к и ud к . Задающим сигналом для независимого контура тока id служит нулевое напряжение

ud з , а для контура тока iq — выходной сигнал регулятора скорости.

В третье главе также предложен метод разомкнутого управления шаговым двигателем
при невозможности реализации вентильного режима работы.
Далее в третьей главе рассмотрены методы повышения точности линейного привода
путем компенсации основных источников погрешностей ЛП. Приводится метод компенсации
кинематической погрешности шарико-винтовой передачи путем предварительного измерения
характеристик механической передачи и последующего использования поправочных
значений при управлении ЛП. Из рис. 2, а) видно, что зависимость ошибки перемещения
штока ЛП от текущего линейного положения является нелинейной. В этом случае наиболее
оптимальным вариантом является хранение не полного массива поправок, а некоторого
дискретного набора из узловых точек, по которому возможно нахождение промежуточных
значений поправок. Рассматриваются различные методы интерполяции поправочных
значений: кусочные постоянная, линейная и квадратичная интерполяции; Эрмитова
интерполяция; сплайны; а также нейросетевая интерполяция. Показано, что наиболее
оптимальным решением по соотношению требований к объему памяти и вычислительным
ресурсам является использование кусочно-линейной интерполяции.
Для компенсации теплового расширения линейный привод рассматривается как
объект, состоящий из n элементов, каждый из которых имеет номинальную длину в осевом
направлении li , определенную при некоторой температуре T0 , а также коэффициент

линейного температурного расширения α i . Общее температурное изменение линейного
n
положения LT будет описываться выражением: LT = T   αili . Ходовая гайка ШВП
i =1

занимает положение на винте L , которое меняется в зависимости от заданного линейного
перемещения штока. Остальные составляющие длины li элементов линейного привода для

рассматриваемой схемы построения ЛП не изменяются в процессе работы. Показано, что
можно вычислить такое линейное положение L , при котором с учетом температурного
изменения размеров результирующее линейное положение LT внешней плоскости шарнира

ЛП относительно ее положения при TЛП = T0 иL = 0мм будет равно заданному:

L = ( LЗ − T  K ЛП ) (1 + T  α ШВП ) ,гдеα ШВП—коэффициентлинейноготеплового
n −1
расширения ШВП; K ЛП =  αili — коэффициент учета линейного теплового изменения
i =1
размеров всех элементов линейного привода, за исключением ШВП. Таким образом
выполняется учет температурного изменения размеров при управлении линейным приводом.
Далее показано, что постоянные коэффициенты α ШВП и K ЛП можно также определить

экспериментальным путем, что обеспечит бо́льшую точность по сравнению с расчетным
способом.Для этого, при известной и постоянной температуре TЛП (но отличной от

температуры определения номинальных размеров ЛП T0 ) определяют величины ошибок LT

вдвухкрайнихположенияхL0 = 0 ммиL 200 = 200 мм( T = TЛП − T0 ):

LT , L0 = T ( α ШВП L0 + K ЛП ) ,LT , L200 = T ( α ШВП L200 + K ЛП ) .Выражаяα ШВП ,получим:

(
α ШВП = LT , L200 − LT , L0)T ( L200 − L0 ) . Для экспериментального установления величины K ЛП

при известной и постоянной температуре TЛП (но отличной от температуры определения

номинальных размеров ЛП T0 ) определяют величину ошибки LT при положении L = 0мм .

Тогда LT = T ( α ШВП L0 + K ЛП ) = T  K ЛП , откуда получаем: KЛП = LT T . Заметим, что при

технически достижимой максимальной погрешности измерения температуры ±0,5 ℃
погрешность расчёта температурной поправки для привода при L = 200мм составит
ориентировочно ± 2 мкм. В третьей главе также рассмотрены вопросы неравномерного
распределения температурных полей ЛП, разработан и приведен метод такой компенсации,
обоснована необходимость измерения температур в четырех характерных точках привода.
Далее приведен метод учета упругой деформацией элементов привода, более
актуальный для наземных мехатронных и робототехнических комплексов, работающих в поле
действия сил тяжести. Упругую деформациюLупр можно оценить, зная жесткость

механической передачи привода CЛП и усилие нагрузки Fн , прикладываемое к штоку (шток

зафиксированным со стороны двигателя): Lупр = Fн / CЛП . Жесткость CЛП определяется

преимущественно жесткостью ШВП, указываемой в документации производителя. Усилие Fн

при этом можно определить несколькими способами: с помощью датчика усилия или
деформаций, устанавливаемого на штоке; датчика момента на валу ШД; по току потребления
электродвигателя, пропорционального моменту нагрузки, а также другими методами. Однако,
зачастую установка дополнительных датчиков может быть затруднена. В этом случае в
разделе 4 будет показано, что оценить Fн можно с помощью расширенного фильтра Калмана.

В завершении третьей главы приведен алгоритм прецизионного управления линейным
приводом (рис. 6), включающий разработанные методы повышения точности. На шаге 1 в
соответствии с алгоритмом планирования траектории движения платформы гексапода
вычисляется набор векторов L з (T ) ,…, L з ( nT ) . Далее на шаге

3 на каждом такте, пока k  n (проверка на шаге 2), линейным
приводам МПС в режиме реального времени с периодом T
передаются задающие воздействия. На шаге 4 система
управления линейным приводом получает информацию от
датчика(-ов) температуры и в соответствии с методом
компенсации температурной деформации вычисляет LT для

заданного положенияLз . На шаге 5 в соответствии с

полученным значением L*з = Lз + LTпо таблице поиска

вычисляетсясоответствующееугловоеположениевала
Рис. 6 — Алгоритм
прецизионногоэлектродвигателя θ з = f ( L*з ) . На шаге 6 заданный сигнал θ з
управления ЛП
отрабатывается шаговым электродвигателем. После отработки
всей траектории система переходит на шаг 7 в режим поддержания заданного линейного
положения (стабилизации). В этом режиме периодически измеряется температурное поле
привода, вычисляется аналогично шагу 4 температурная поправка LT и далее L*з = Lз + LT .

На шаге 8 для привода, подверженного статической нагрузке и упругим деформациям,
дополнительно оценивается поправкаLупр и далее L*з = Lз + LT + Lупр . На шаге 9,

аналогично шагу 6, заданный сигнал отрабатывается электродвигателем. На шаге 10 в случае,
если сформирована новая траектория, система управления переходит к шагу 2.
В четвертой главе приводятся имитационная компьютерная модель привода и его
системы управления с наблюдателем состояния, а также обоснование выбора параметров и
данные параметризации модели. Доказывается устойчивость системы управления линейным
приводом на основе расширенного фильтра Калмана. Показано, что основным фактором,
влияющим на устойчивость системы управления на основе РФК, является ошибка оценивания
eθ = θ − θˆ , зависящая от скорости ω . Отмечено, что с ограничением ω с помощью регулятора
контура положения обеспечивается устойчивость системы.
Далее в четвертой главе приведены результаты моделирования работы линейного
привода (рис. 7): заданные положение и скорости привода, переменные состояния шагового
двигателя, а также соответствующие ошибки. Показано, что расширенный фильтр Калмана
достаточно точно оценивает переменные состояния, которые определяют качественные
показатели работы линейного привода. Далее в главе приводятся результаты моделирования
работы алгоритма оценки осевого усилия. Показано, что ошибка оценки усилия невелика и
такой метод можно использовать для компенсации упругой деформации линейного привода.
Рис. 7 — Результаты моделирования работы линейного привода
Для анализа качества разработанной системы управления гексаподом (СУГ) в
пространстве обобщенных координат ЛП далее в четвертой главе приведены результаты
моделирования динамики МПС (рис. 8) при движении платформы по различным координатам.
Показано, что предложенная система обеспечивает высокое качество работы механизма с
малыми значениями статических и динамических ошибок по всем координатам платформы.
В четвертой главе также приводятся полная функциональная схема системы,
реализующей разработанный алгоритм прецизионного управления, описание разработанного
и изготовленного под руководством и при непосредственном участии автора электронного
блока СУГ. Также приводится описание разработанного автором макета электронного модуля
управлениялинейнымприводомиприкладногопрограммногообеспечениядля
экспериментальных исследований точности ЛП. Приводятся результаты исследований
точности макета линейного привода, выполненных в соответствии с ГОСТ 27843-2006.
На рис. 9, а) показаны ошибки ЛП при различных температурных условиях без
примененияразработанныхалгоритмов
компенсации систематической погрешности
ШВП и температурных деформаций, а на
рис. 9, б) — с применением указанных
алгоритмов прецизионного управления.
Полученныеэкспериментальные
данные подтверждают работоспособность
предложенныхметодовкомпенсации
систематическойошибкимеханической
передачи,атакжетемпературных
деформаций линейного привода.
Применяя данные методы, удается
Рис. 8 — Ошибки положения платформы
существенно снизить погрешность работы
при движении по координате X
линейного привода.
Рис. 9 — Ошибки линейного привода без компенсации (а) и с компенсацией (б)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе исследована проблема прецизионного управления линейными
приводами механизма с параллельной структурой космического применения типа «гексапод».
Описаны технические проблемы, а также возможные варианты реализации системы
измерениялинейногоположениянаосновекоммерческидоступныхдатчиков
общепромышленного исполнения. Приведено обоснование и описание конструкции
линейного привода гексапода космического применения с учетом ограничений на
используемую компонентную базу линейного привода.
Разработан наблюдатель состояния линейного привода, обеспечивающий подчиненное
регулирование координат и работу привода в следящем режиме с высокими статическими и
динамическими точностными показателями. Разработан метод управления гексаподом в
пространстве обобщенных координат линейных приводов с учетом спланированной
траектории движения платформы, обеспечивающий выполнение требований к статической и
динамической точности гексапода, а также ограничению динамических возмущений на объект
управления и несущую платформу КА. Выполнено имитационное моделирование,
подтверждающее целесообразность использования предложенного метода управления.
Рассмотрены источники погрешности работы линейного привода, среди которых
выделены наиболее существенные. Разработаны методы повышения точности ЛП,
компенсирующие влияние указанных источников ошибок. Разработан алгоритм калибровки и
прецизионного управления ЛП. Разработан и изготовлен исследовательский программно-
аппаратный комплекс, включающий макет модуля управления ЛП, а также специальное
программное обеспечение для выполнения калибровки ЛП и проведения исследований.
Результаты выполненных экспериментальных исследований привода подтверждают
эффективность предложенных методов повышения точности. Полученный научно-
технический задел можно использовать для обеспечения работы МПС с ограничением
динамических возмущений, для повышения точностных характеристик МПС путем
повышения точности его приводов, а также для компенсации механических ошибок и
температурного расширения конструкции гексапода в целом.
Проведенные исследования и достигнутые результаты являются актуальными для
космической техники, станкостроения, медицинской техники, атомной промышленности и
других областей и позволяют повысить точность и надежность работы исполнительных
мехатронных и робототехнических систем наряду с уменьшением их себестоимости за счет
исключения дорогостоящих комплектующих.