Схема структурная электрическая предназначена для более глубокого изучения внутреннего строения системы, а так же позволяет найти место для дополнительных связей и улучшения качества изделия.

В соответствии с требованиями технического задания манипулятор должен перемещаться в космической среде.

На современном этапе развития вычислительной техники наиболее целесообразным будет строить систему управления на основе микроконтроллеров, т.к. цифровые элементы системы не имеют изменения характеристик от температуры, времени и т.п. К тому же современные микроконтроллеры обладают широкими возможностями для использования периферийного оборудования.

По техническому заданию требуется осуществлять связь по последовательному интерфейсу RS-485, следовательно, нам необходим формирователь протокола обмена по этому интерфейсу. Необходимо устройство, которое будет принимать команды по этому интерфейсу в соответствии с разработанным протоколом, и передавать текущее состояние манипулятора.

Т.к. манипулятор имеет 6 степеней свободы, то и контуров управления соответствующее число, плюс схват. Особенность контура управления схватом в том, что он не имеет обратной связи.

Для управления приводами и схватом необходимы усилители.

Для отслеживания текущего состояния манипулятора необходимы 6 датчиков углов, а также по трем осям требуется ввести обратную связь по скорости, для этого нужно еще 3 датчика скорости.

Для применения показаний датчиков в контурах управления необходима установка преобразователей и, возможно, усилителей, если сигнал слишком слабый.

Общую структурную схему системы управления можно представить в следующем виде:

Рис.1. Структурная схема системы управления в общем виде

Команды и данные, принятые от пульта оператора поступают на формирователь протокола обмена, где происходит проверка принятой информации на наличие ошибок, дешифрация команд и выделение из принятого пакета данных. Это же устройство должно формировать ответный пакет с данными, полученными от датчиков электромеханической системы. Наиболее рационально реализовать такое устройство программно.

Далее блок управления принимает решение о возможности выполнения принятых команд на основе информации о текущем состоянии электромеханической системы. Также он предоставляет данные о текущем состоянии манипулятора для формирователя протокола обмена которыми он заполняет ответный пакет данных для пульта оператора.

Контуры управления двигателями предназначены для создания заданного момента на двигателях при помощи усилителей, а управление усилителями происходит с помощью блока широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Обратная связь реализована через систему очувствления, включающую в себя датчики и преобразователи сигнала. Основные контура управления замкнуты на пульт оператора через формирователь протокола обмена, а дополнительные контуры управления по скорости на основании, плече и локте замкнуты на блок управления, который и рассчитывает необходимые управляющие воздействия.

Объектом управления является непосредственно манипулятор с шестью степенями свободы и схватом.

Контроль текущего состояния объекта осуществляется при помощи системы датчиков. Т.к. манипулятор имеет шесть степеней свободы, то нам необходимо шесть датчиков углов, а для реализации дополнительной обратной связи по скорости в 3 степенях нам необходимо дополнительно установить датчики скорости.

Таким образом, в системе управления будет 2 типа контуров управления приводами, один с обратной связью по скорости, второй без нее. Оба типа замкнуты через пульт оператора. Их структурные схемы приведены на Рис. 2 и Рис. 3.

Рис. 2. Структурная схема контура с обратной связью по скорости

Рис. 3. Структурная схема контура без обратной связи по скорости

Т.к. в контурах управления без обратной связи по скорости нет датчиков скорости, но имеется необходимость предотвращения перегрузок двигатели при, например, стопоре, то можно применить программное дифференцирование угла, для получения текущей скорости и сравнивать ее с заданным регулятором значением.

Контур управления схватом обратной связи не имеет, поэтому на схват не требуется установка датчиков.

Таким образом, структурная схема системы управления шестистепенным манипулятором примет вид, представленный на рисунке 4.

Рис. 4. Структурная схема системы управления схватом