218
системы в целом. При такой
организации управления изменение
отдельных характеристик мехатронной системы приведет к измене-
нию только некоторой части алгоритмов управления определенного
уровня. При этом алгоритмическое обеспечение других уровней
остается без изменений.
Рассмотрим иерархию управления, характерную для мехат-
ронных (в частности, робототехнических) систем (рис. 7.3). В данной
структуре выделяются четыре уровня управления: интеллекту-
альный, стратегический, тактический и исполнительный.
Рис. 7.3. Иерархия управления в мехатронных системах
Интеллектуальный уровень – высший уровень управления. Наз-
начение этого уровня – принятие решений о движении механической
системы в условиях неполной информации о внешней среде и
объекте. Цель управления задается в крупном плане (например, взять
заготовку со склада, передать ее на станок, обработать и проверить
качество, передать на другой станок).
Функции интеллектуального
уровня в современных мехатронных системах обычно выполняет
человек-оператор либо мощный компьютер верхнего уровня управ-
219
ления. ЭВМ на интеллектуальном уровне
анализирует сложную
изменяющуюся внешнюю обстановку, принимает решение о дейст-
виях, формирует последовательность выполнения элементарных
задач и передает их на стратегический уровень управления. Таким
образом, ЭВМ сама планирует свои действия на основе анализа
внешней обстановки.
Система управления на интеллектуальном уровне решает задачи
восприятия и распознавания обстановки, автоматического принятия
решений в условиях изменяющейся обстановки, а также накопления
опыта работы и самообучения (рис. 7.4).
Рис. 7.4. Структура системы управления интеллектуального уровня
Стратегический уровень управления предназначен для плани-
рования движений мехатронной системы. Планирование движений
предполагает разбиение задачи движения, поставленной интеллек-
туальным уровнем, на последовательность согласованных во време-
ни элементарных действий и формализацию целей управления для
каждого из этих действий.
Примерами элементарных действий мобильного робота может
служить:
– вывод рабочего органа в заданную позицию;
– захват предмета;
– тестовое движение для определения сил реакции со стороны
объекта;
– перемещение объекта и возвращение робота в
исходную
позицию.
220
Формализация целей управления означает, что для каждого из
элементарных действий должны быть записаны математические
соотношения, выполнение которых обеспечивает успешное выпол-
нение действия. Для технологических роботов на стратегическом
уровне решается задача геометрического планирования движения
рабочего органа.
При формализации целей управления для мехатронных систем
необходимо учитывать:
– цель управления может быть формализована неоднозначно;
– форма модели может быть различна (алгебраические и диф-
ференциальные векторные уравнения, система неравенств);
– выбор способа формализации субъективен и зависит от опыта
разработчика и его видения постановки задачи.
Сенсоры интеллектуального и стратегического уровней (сис-
тема очувствления) должны соответствовать органам чувств чело-
века (для интеллектуальных роботов это
техническое зрение, такти-
льное и силомоментное очувствление, устройства анализа звуковых и
ультразвуковых сигналов).
Стратегический уровень выдает информацию о плане движения
и целях управления в
форме команд управления движением. Важно
подчеркнуть, что структура и синтаксис проблемно-ориентирован-
ных языков управления движением существенно отличаются от
универсальных языков программирования, хотя некоторые опера-
торы могут совпадать.
Тактический уровень выполняет преобразование команд управ-
ления движением, поступающих со стратегического уровня управле-
ния, в программу управления, которая определяет законы согласован-
ного движения во времени всех звеньев механического устройства с
учетом технических характеристик блока приводов (в первую очередь
ограничений на обобщенные скорости, ускорения и силы).
Например, для выполнения команды позиционного управления
движением манипулятора на тактическом уровне необходимо опре-
делить обобщенные координаты манипулятора, которые соответст-
вуют желаемым декартовым координатам характеристической точки
схвата. Для этого должна быть решена обратная задача о положении
манипулятора в заданной точке траектории движения.
Соответственно, для управления скоростью движения прог-
рамма управления строится как результат решения обратной задачи о
скорости рабочего органа. Для реализации данных алгоритмов
221
устройство компьютерного управления должно выполнять в реаль-
ном времени следующие основные функции:
– прием информации от стратегического уровня в форме команд
управления движением;
– прием и обработку информации от датчиков положения мани-
пулятора о текущей конфигурации;
–
расчет значений обобщенных координат и их производных;
– выдача управляющей программы на исполнительный уровень.
На решение обратной задачи расходуется значительная часть
машинного времени, поэтому обычно она решается только в опорных
точках траектории движения. При этом на тактический уровень ло-
жится задача интерполяции траектории движения между опорными
точками.
Исполнительный уровень управления предназначен для расчета
и выдачи управляющих сигналов на блок приводов мехатронной
системы в соответствии с программой управления и с
учетом
технических характеристик силовых преобразователей.
Для иерархических систем управления в мехатронике справе-
длив следующий принцип: по мере продвижения от высших уровней
управления к более низким понижается интеллектуальность системы,
но повышается ее точность. При этом под «интеллектуальностью»
понимается
способность системы приобретать специальные знания,
позволяющие уточнить поставленную задачу и определить пути ее
решения.
Достарыңызбен бөлісу: