Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 23, № 1 (2022)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

3-12 156
Аннотация

Рассматривается метод синтеза линейных регуляторов с разреженными матрицами обратных связей для управления объектами в условиях возмущений. Алгоритм поиска разреженных матриц основан на методе инвариантных эллипсоидов и формулируется в виде решения системы линейных матричных неравенств с дополнительными ограничениями. Предложен специальный набор оптимизационных условий, который для возмущенной системы обеспечивает минимизацию перерегулирования и выбросов в переходных процессах возмущенной замкнутой системы одновременно с минимизацией ошибки в установившемся режиме. Предложенный метод также предполагает возможность минимизации как строчной нормы матрицы обратный связей, так и столбцовой, с сохранением свойств робастности, что позволяет решать задачу разреженного управления (под разреженным управлением понимается линейный регулятор с разреженной матрицей обратных связей). Эффективность работы предложенной схемы управления подтверждена результатами компьютерного моделирования и сравнения с некоторыми аналогами.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

13-22 137
Аннотация

Рассматривается система управления очистным комбайном, который предназначен для разрушения горной породы и погрузки ее на забойный конвейер. При отработке комбайном пласта угля внешние возмущения — сопротивляемость угля резанию, твердые включения породы, изменение ширины захвата шнеков, изменяющиеся неопределенно, приводят к ухудшению качества переходных процессов. В работе акцентируется внимание на системе управления комбайном, ключевыми элементами в которой являются: привод подачи, привод резания, угольный забой и типовой регулятор, обеспечивающий системе желаемые показатели качества управления.
Типовой регулятор тока резания в виде ПИ регулятора с параметрами, настроенными на конкретный режим работы комбайна, не может обеспечить оптимальное функционирование системы управления во всех режимах в силу нелинейности объекта управления и случайного характера изменения сопротивляемости угля резанию. Для улучшения показателей качества управления необходимо выбирать параметры ПИ регулятора так, чтобы минимизировать амплитуды бросков тока двигателя резания, а значит, и снизить амплитуды момента в трансмиссии привода резания и минимизировать время успокоения системы.
В настоящей работе предлагается алгоритм настройки, в основе которого лежит идентификация вида возмущающего воздействия по кривым отклика системы, доступным наблюдению, в целях получения значений параметров регулятора для каждого из возможных режимов функционирования комбайна.
При этом предложено применять искусственную нейронную сеть прямого распространения сигнала, выступающую в качестве оперативного средства распознавания многомерной кривой отклика в контуре управления. Была использована нейронная сеть двух архитектур: со скалярной и векторной выходными функциями. Алгоритм распознавания кривых удовлетворяет ограничениям по быстродействию решения задачи управления электромеханической системой, так как распознавание возмущения происходит за время, не превосходящее время выхода процесса на максимум броска тока. Корректность полученных результатов была подтверждена результатами компьютерного моделирования.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

23-30 89
Аннотация

Статья посвящена вопросам сохранения динамической точности управления рабочими инструментами многостепенных манипуляторов (ММ) при их перемещениях по произвольным пространственным траекториям с учетом конструктивных ограничений во всех степенях подвижности и особых случаев расположения их звеньев. Сохранение точности управления предлагается обеспечивать за счет исключения выхода всех степеней подвижности манипуляторов на ограничения и в указанные особые положения, характеризуемые неоднозначностью в решении обратных задач кинематики ММ, а также исключения выхода их рабочих инструментов на границы рабочей области за счет использования избыточной степени подвижности при подходе к указанным нежелательным положениям.
В первой части статьи рассмотрены особенности нового решения обратной задачи кинематики и описаны особые положения для шестистепенных манипуляторов с кинематическими схемами типа PUMA. Представленное решение обратной задачи кинематики учитывает различные комбинации обобщенных координат ММ, обеспечивающие перемещения их рабочих инструментов в заданные положения с требуемой пространственной ориентацией. Это решение имеет малую вычислительную сложность по сравнению с другими известными методами, что позволяет использовать для управления ММ маломощные микропроцессорные вычислители.
Результаты выполненного математического моделирования подтвердили высокую эффективность использования предлагаемого подхода к контурному управлению ММ.

31-36 185
Аннотация

Одной из основных и наиболее сложных задач при разработке систем автодвижения является классификация рабочей зоны мобильного робота. По результатам классификации строится локальная карта местности, с помощью которой затем осуществляется планирование траектории движения робота. В статье предложен метод классификации рабочей зоны автономного мобильного робота, перемещающегося в условиях пересеченной местности. Разработанный метод классификации основан на анализе трехмерного облака точек, полученного лазерным сканирующим 3D-дальномером. Использование сканирующего лазерного дальномера позволяет выполнять классификацию зоны движения робота в любое время суток и года. Предложен набор классификационных признаков, вычисление которых осуществляется с использованием метода наименьших квадратов и элементов теории вероятностей и математической статистики. Классификация рабочей зоны робота проводится по четырем классам: "Ровная поверхность", "Малая неровность", "Большая неровность" и "Препятствие". Каждый класс характеризует степень проходимости поверхности, по которой происходит движение робота. Результаты классификации сохраняются в виде локальной карты проходимости. В каждую ячейку такой карты записывается число, которое характеризует проходимость участка рабочей зоны, ограниченного данной ячейкой. Разработанный классификатор интегрирован в состав бортовой системы управления колесным мобильным роботом. Приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных в условиях пересеченной местности в различное время года и суток и подтверждающие работоспособность и эффективность предложенного метода классификации. Определена точность распознавания классов рабочей зоны мобильного робота. Разработанный классификатор успешно работает в различных условиях, в том числе зимой и в сумерках, но при этом имеет ограничения при работе в условиях естественных шумов, таких как дождь, снег. Средняя точность классификации при минимальном влиянии шумов естественного происхождения составляет 92,3 %, а время выполнения каждой итерации не превышает 0,085 с, что позволяет использовать разработанный классификатор в составе бортовых систем управления автономными мобильными роботами.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

37-44 106
Аннотация

В предлагаемом подходе к решению задачи маршрутизации используется следующая специфика сети. Узлами сети являются спутники дистанционного зондирования, спутники связи и объекты наземной инфраструктуры. При этом можно выделить два фрагмента сети. Первый фрагмент сети образуют спутники связи, а второй фрагмент — каналы связи этих спутников с объектами наземной инфраструктуры и спутниками дистанционного зондирования. Топология первого фрагмента сети является постоянной, а топология второго фрагмента — динамически изменяющейся. Однако динамика изменения топологии этого фрагмента сети является предсказуемой. Она может рассчитываться на основе моделирования полета спутников и описываться в виде плана контактов, определяющего временные параметры сеансов связи спутников с наземными пунктами. В основе решения задачи лежит агентноориентированный подход. Агенты спутников образуют оверлейный слой сети и на основе информационного взаимодействия обеспечивают поиск маршрутов, балансировку трафика и передачу данных без задержек в узлах сети. В статье предлагаются схемы информационного взаимодействия, обеспечивающие как централизованный, так и распределенный варианты поиска маршрутов.

45-55 97
Аннотация

Предложены принципы формирования основных структурных компонентов для реализации задачи управления избыточными ресурсами комплекса бортового оборудования (КБО): таблиц конфигураций, индексов готовности и показателей функциональной эффективности программных и аппаратных компонентов оборудования, позволяющие формализовать процессы их разработки и использования в задаче управления избыточными ресурсами КБО. Предложено разделение избыточных компонентов на группы ресурсов: вычислительные модули, компоненты ядра операционной системы, компоненты бортового программного обеспечения, компоненты периферийной коммутационной системы, аппаратные периферийные компоненты КБО. Сформулированы общие принципы организации мониторинга избыточных ресурсов, позволяющие использовать схемы и возможности как традиционных встроенных средств контроля (нижний уровень мониторинга), так и более развитых алгоритмических решений на основе логической обработки результатов контроля (средний и верхний уровни мониторинга). Предложены механизмы формирования, а также формы таблиц конфигураций для аппаратных компонентов и бортовых приложений, а также правила их заполнения, ориентированные на использование в супервизорах конфигураций. Разработаны и детализированы принципы формирования индексов готовности и показателей функциональной эффективности, позволяющие реализовать в программной среде учет различных факторов, определяющих возможности и эффективность различных вычислительных средств и конфигураций КБО. Предложен способ коррекции показателей функциональной эффективности конфигураций за счет формирователя режимов, адаптирующего реконфигурирование комплекса к условиям его использования, решаемым задачам, командам оператора. Приведен пример учета разнообразия задач и режимов КБО воздушного судна: этапов полета, аварийных ситуаций, сервисных услуг и поддержки, режимов жизнеобеспечения, работы пилотажно-навигационного комплекса, а также управляющих команд экипажа. Предложенные решения могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования комплексов оборудования, систем безопасности полетов, управления общесамолетным оборудованием, программно-управляемых систем радиосвязного оборудования, многоспектральных бортовых систем разведки, целеуказания и управления авиационным вооружением и специальными целевыми нагрузками перспективных авиационных комплексов.



ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)