Nr wniosku: 220368, nr raportu: 18349. Kierownik (z rap.): dr inż

Nr wniosku: 220368, nr raportu: 18349. Kierownik (z rap.): dr inż. Dominik Łuczak
Pod pojęciem maszyny rozumiany jest na ogół mechanizm wykonujący pożyteczną dla człowieka pracę.
Wykorzystywane we współczesnym przemyśle i nauce maszyny to złożone obiekty mechatroniczne. Składają się z wielu
połączonych ze sobą mniejszych mechanizmów, podzespołów i podsystemów. Dobrym przykładem są manipulatory
przemysłowe i obrabiarki. Tego typu urządzenia muszą cechować się nie tylko odpowiednią mocą, wystarczającą do
wykonania powierzonych im zadań, ale także bardzo wysoką precyzją wykonywanych ruchów i ich powtarzalnością.
Pierwsze konstrukcje wykorzystujące napędy bezpośrednie (bez przekładni mechanicznej) powstały w Japonii w latach
osiemdziesiątych XX wieku. Wykazywały one wrażliwość sterowania na zmiany momentu bezwładności,
mimośrodowość ruchu mechanizmów, siły Coriolisa jak również trudne do przewidzenia zmiany sił tarcia. Od tego czasu
trwają intensywne poszukiwania metod sterowania pozwalających zwiększyć dynamikę i precyzję sterowania z
zachowaniem równomierności ruchu. Prowadzone badania idą w kierunku sterowania adaptacyjnego oraz w kierunku
sterowania odpornego, zwłaszcza z wykorzystaniem cyfrowej analizy sygnałów. Dodatkowo w napędach wielu
mechanizmów, takich jak napędy ramion robota, mechanizmy posuwu obrabiarek czy napędy dźwigów budowlanych
występują złożone układy mechaniczne połączone wewnętrznie elementami o ograniczonej sztywności. Wspominane
systemy wymagają wysokiej wydajności od zastosowanych aplikacji, natomiast jakość zależy od dwóch głównych
współczynników: odpowiedzi i sztywności dynamicznej systemu napędowego. Układy mechaniczne o ograniczonej
sztywności charakteryzują się występowaniem niepożądanych drgań, które związane są z zjawiskiem rezonansu
mechanicznego. Pojawiające się niepożądane oscylacje są jednym z głównych problemów przy sterowaniu układów
mechanicznych o ograniczonej sztywności. Występowanie oscylacji jest przyczyną zużywania się elementów, awarii oraz
usterek maszyn i urządzeń. Eliminacja drgań układu może znacząco wydłużyć czas życia układu mechanicznego oraz
pozwala uniknąć problemów towarzyszących awariom i uszkodzeniom. Jednym z opracowanych sposobów eliminacji
drgań jest zastosowanie odpowiednio nastrojonego filtru cyfrowego w układzie regulacji, którego rolą jest zapobieganie
wzbudzenia się oscylacji od strony układu sterowania. Właściwy dobór struktury filtrów cyfrowych pozwolił
zminimalizować wpływ ograniczonej sztywności układu mechanicznego, przy zachowaniu bardzo dobrych właściwości
dynamicznych i statycznych napędu. Zadanie prawidłowego unikania drgań jest szczególnie trudne dla układów o
zmiennych parametrach, dla których zmieniają się również częstotliwości drgań. W takich sytuacjach konieczna jest
identyfikacja postaci własnych ruchu w przypadku zmiany parametrów maszyny roboczej. Przeprowadzone badania z
wykorzystania analizy sygnałów cyfrowych w dziedzinie częstotliwościowej oraz czasowo-częstotliwościowej pozwoliły
na poprawną identyfikację częstotliwości drgań w układach napędowych o złożonej strukturze mechanicznej w przypadku
zmiany parametrów maszyny roboczej. Wyniki identyfikacji pozwoliły na prawidłową syntezę filtru bezpośrednio w
procesorze sygnałowym. Wykonanie projektu umożliwiło poszerzenie wiedzy z zakresu identyfikacji drgań w układach
napędowych oraz śledzenia ich zmian. Wykorzystano nowe algorytmy przeszukiwania i wyznaczania widma do analizy
drgań w napędach elektrycznych. Opracowano metody pozwalające na zmianę w procesorze sygnałowym struktury i
parametrów filtrów cyfrowych wraz ze zmianą parametrów obiektu. Dodatkowym etapem prac był rozwój
oprogramowania, które integrowało opracowane metody w sposób modułowy. W efekcie prac programistycznych
rozwinięto ramową strukturę programową służącą do sterowania napędem elektrycznym z wykorzystaniem
zaawansowanych technik programowania obiektowego.