Аналитический синтез позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами (20.04.2009)

Автор: Пшихопов Вячеслав Хасанович

в) график изменения угла ? ориентации рулевого колеса: кривая 1 – s1 = s2 = 0,03; кривая 2 – s1 = s2 = 0,5; кривая 3 – s1 = s2 = 1 г) график изменения управляющего воздействия: кривая 1 – s1 = s2 = 0,03; кривая 2 – s1 = s2 = 0,5; кривая 3 – s1 = s2 = 1

Рисунок 2 – Результаты моделирования движения МР с субоптимальным

, т.е. ПО находится в зоне этого препятствия. Тогда планировщик бортовой системы управления, формирует

Рисунок 3 – Результаты моделирования движения ПО в среде со стационарными препятствиями

Рисунок 4 – Результаты моделирования движения ПО в среде с

нестационарными препятствиями

Результаты моделирования ПО в случае его движения в двумерной среде со стационарными препятствиями, представлены на рисунке 3, и в случае нестационарных препятствий – на рисунке 4 [9].

Результаты моделирования в полной мере подтвердили эффективность предложенного алгоритма. Аналогичные результаты получены в случае нестационарных целевых точек, характерных для задач целеуказания.

в структуре уравнения замкнутой системы появляются нескомпенсированные элементы, существенно влияющие на качество отработки спланированных фазовых траекторий. Но, замкнутая система сохранила при этом свойство устойчивости.

В главе, на основании обобщенного алгоритма позиционно-траекторного управления (14), решен ряд задач, связанных с координацией движений группы ПО, который может быть использован для организации сетевого мониторинга заданных территорий, согласованного перемещения общего груза группой ПО и т.п.

Четвертая глава диссертации посвящена организации движения ПО в априори неформализованных средах.

, в общем случае задается системой уравнений (8).

, а также не требующий для своего формирования оценки или измерения значений скорости и ускорений препятствия П [13].

– некоторый функциональный параметр, который зададим следующим выражением:

Результаты моделирования движения ПО в среде с точечным препятствием представлены на рисунке 5.

В главе рассмотрен подход к организации движений автономных мобильных роботов в априори неформализованных средах при отсутствии информации о координатах и форме препятствий. Новизна предлагаемых решений заключается во введении бифуркационного параметра для формирования режимов неустойчивого движения при переходе с одной устойчивой траектории на другую устойчивую траекторию. Предлагаемый подход не требует привлечения интеллектуальных технологий планирования и управления, предварительного картографирования, а также наличия сложной системы навигации.

и алгоритм функционирования тактического уровня системы управления, которые обеспечивали бы перемещение робота из произвольной точки (x0, y0, z0) в заданную целевую точку Af (xA, yA, zA) с выполнением условий:

где k – количество ближайших точек принадлежащих одному или нескольким препятствиям; R – константа, задающая допустимое кратчайшее расстояние от характерной точки ПО до любого из препятствий Пj.

В отличие от постановки задач, сформулированных выше, для организации движения ПО не требуются значения скорости и ускорения, с которыми перемещаются препятствия Пj, на число препятствий и характер их движения не накладываются никакие ограничения и не требуется определение координат их каких-либо характерных точек. Т.е. мы расширяем представление о препятствиях до геометрически сложной фигуры, не вдаваясь в ее геометрические характеристики, зная только расстояние Rc.

Основная идея предлагаемого подхода к структурно-алгоритмической реализации системы управления ПО заключается в использовании управляющих воздействий (14), стабилизирующих траектории (8) в зонах свободных от препятствий, и в применении третьей теоремы Ляпунова (теорема о неустойчивости) при нарушении хотя бы одного из неравенств (21), т.е. при нахождении ПО в зоне стационарных или нестационарных препятствий на расстояниях Rс, меньше допустимого значения R.

Иными словами, в зависимости от принадлежности текущего положения ПО зоне свободной от препятствий, когда соблюдаются неравенства (21) , или зоне, где эти условия не выполняются, предлагается организовывать такие режимы движения ПО, при которых планируемые траектории, задаваемые многообразиями (8), были бы устойчивыми в первом случае и неустойчивыми во втором.

Показано, что неравенства вида (21) могут быть представлены одним равенством, которое в настоящей работе предлагается формировать в следующем виде:

где j – количество ближайших точек, находящихся в зоне действия сенсорной системы ПО и принадлежащих одному или нескольким препятствиям.

всегда положительно.

предлагается задавать в виде следующей функции:

здесь s0 задает характер движения в свободной от препятствия зоне.

, за исключением областей, где нарушаются неравенства (22).

предлагается назвать бифуркационным.

, в соответствии с выражением (23).

конструктивных параметров и внешних возмущений [9].

Блок Fu, на основании параметров I, полученных от планировщика, в соответствии с выражением (14), формирует управляющие воздействия Fu, которые подаются на исполнительные механизмы ПО и обеспечивают его движение вдоль прямой, соединяющей начальное положение ПО с точкой Af.

, т.е. выхода объекта в зону, свободную от препятствий.

Следует отметить, что организация разворота робота используется для доопределения направления его движения вдоль вновь спланированной прямой. В случае использования иных процедур формирования требований к траекторной скорости V, этап разворота может быть исключен из предлагаемого алгоритма.

После выхода робота в свободную от препятствий зону целевой точки Af, планировщик, формирует элементы матриц Aij, реализуя задачу позиционного управления.

Из описанного алгоритма функционирования системы управления ПО следуют ограничение на его использование: так, например, при целенаправленном блокировании перемещений робота со стороны препятствий или других ПО, робот может не выйти из режима неустойчивого движения; в случае, если препятствия имеют достаточно сложную форму, например, типа лабиринта, то поставленная перед роботом задача может быть не решена им в рамках предлагаемого алгоритма без интеллектуализации планировщика, например с использованием нейросетевых технологий; цель управления может быть не достигнута, если энерговооруженность ПО не соответствует динамике нестационарных препятствий и цели.

Основные преимущества предлагаемого алгоритма функционирования ПО, заключаются в простоте его реализации и в том, что при организации обхода препятствий в априори неформализованной среде не требуется построение траекторий в окрестности препятствия, что в ряде случаев, связанных с динамическими изменениями среды, не всегда представляется возможным в реальном времени.

Результаты моделирования движения ПО представлены на рисунке 6 и полностью подтверждают изложенные выше положения и позволяют реализовать высокоэффективные системы управления движением ПО в априори неформализованных средах в рамках единой структуры системы управления, представленной на рисунке 1.

Предложенные решения позволяют в рамках единого подхода к структурно-алгоритмической реализации систем управления ПО, в аналитической форме и в реальном времени формировать управляющие воздействия на исполнительные механизмы модулей ПО, обеспечивающие решение поставленных задач.

обобщенных координат в виде [12]:

– дважды дифференцируемые функции своих аргументов.


загрузка...