Алматы 2017 январь

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

239 

 

Авторами  разработана  система  классификации  промышленных  предприятий.  Для  разработан-

ной схемы классификации составлена логическая схема. Начальными условиями моделирования яв-

ляются следующие компоненты: 

- период импульса синхронизации элементов памяти принят равным 1 секунде эталонного ма-

шинного времени; 

-время  моделирования  выбрано  равным  16  секундам  эталонного  машинного  времени  для 

управляющего микропрограммного автомата Мили по числу состояний в графе автомата; 

-выбран дискретный метод моделирования с фиксированным шагом; 

-принят фиксированный, автоматический шаг моделирования; 

-выбран автоматический режим; 

-  для  имитации входных  сигналов  использованы  блоки  единичного  перепада  сигнала в  задан-

ное время типа «Step»; 

- для  отображения результатов моделирования использованы блоки виртуального  осциллогра-

фа типа «Scope» 

Логическая схема информационной модели системы управления объектами электроснабжения 

промышленных  предприятий  на  основе  управляющего  микропрограммного  автомата  Мили  пред-

ставлена на (рисунке 1).  

         Окно входных элементов диаграммы Stateflow  и входных элементов таблицы истинности 

показаны соответственно на рисунках (3÷ 8); выполнены меню запуска отладки диаграммы Stateflow. 

На  рисунке  (3÷4);  представлено  окно  задания  контрольных  точек  при  отладке  и  пошаговая  отладка 

диаграммы Stateflow. 

По системе уравнений минимизированных функций выходных сигналов и сигналов возбужде-

ния элементов памяти составляется логическая схема цифрового автомата Мили системы управления 

объектами электроснабжения промышленных комплексов. 

Обобщенными  результатами математического моделирования является следующее:  

- получена диаграмма состояний элементов памяти – D – триггеров; 

 - получены диаграммы входных сигналов – логических условий;  

- диаграмма выходных сигналов – микрокоманд (представлена на рисунках 3 - 5). 

 

 

Рис. 1. Логическая схема модели управляющего микропрограммного 

 автомата Мили  

 

Граф  модель  управляющего  микропрограммного  автомата  Мили представлена  на  (рисунке  2). 

На основе проведенных экспериментальных исследований получены следующие результаты. 

 

 

●

 Технические науки 

 

240                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

 

 

Рис. 2. Граф модели управляющего микропрограммным  

автоматом Мили реализованным в пакете Stateflow  

 

Окно входных элементов диаграммы Stateflow   и входных элементов таблицы истинности по-

казаны  соответственно  на  рисунках  (3÷  8);  выполнены  меню  запуска  отладки  диаграммы  Stateflow. 

На  рисунке  (3÷4);  представлено  окно  задания  контрольных  точек  при  отладке  и  пошаговая  отладка 

диаграммы Stateflow. 

По системе уравнений минимизированных функций выходных сигналов и сигналов возбужде-

ния элементов памяти составляется логическая схема цифрового автомата Мили системы управления 

объектами электроснабжения промышленных комплексов. 

Обобщенными  результатами математического моделирования является следующее:  

- получена диаграмма состояний элементов памяти – D – триггеров; 

 - получены диаграммы входных сигналов – логических условий;  

- диаграмма выходных сигналов – микрокоманд (представлена на рисунках 3 - 5). 

Согласно разработанной схемы, изображенной на рисунке 1 составлена модель  управляющего 

автомата Мили, с помощью функциональных блоков, которая реализуемая в пакете Stateflow матема-

тической системы. Результатом полученных исследований является: 

- на диаграмме выходных сигналов модели управляющего микропрограммного автомата Мили 

показан ступенчатый переход от одной микрокоманды к последующей согласно графу автомата; 

- работа информационной модели системы управления происходит безошибочно. 

- диаграмма состояний элементов памяти модели управляющего микропрограммного автомата 

Мили соответствует кодам состояний данного автомата.  

- из диаграммы выходных сигналов  модели управляющего микропрограммного автомата Мили 

следует, что выходной сигнал  возникает одновременно с вызывающим его входным сигналом.  

- получены результаты входного сигнала, представленные (на рис. 5 - 8). 

 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

241 

 

 

 

Рис. 3. Окно задания контрольных точек при отладке 

диаграммы Stateflow 

 

 

 

 

Рис. 4. Пошаговая отладка диаграммы Stateflow 

 

 

 

 

●

 Технические науки 

 

242                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

 

 

Рис. 5. Окно осциллограмм Y1-Y5 

 

 

 

 

Рис. 6. Окно осциллограмм Y6-Y10 

 

 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

243 

 

 

 

Рис. 7. Окно осциллограмм Y11-Y16 

 

 

 

Рис. 8. Окно осциллограмм T1-T4 

 

 

 

 

●

 Технические науки 

 

244                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

Вывод:  

 -  составлена  логическая  схема  модели  и  графы  управляющего  микропрограммного  автомата 

Мили  для  разработанной  классификации  моделей  систем  управления  объектами  электроснабжения 

промышленных предприятий;  

-  на  диаграмме  выходных  сигналов  модели  управляющего  микропромышленного  автомата  Мили 

наблюдается ступенчатый переход от одной микрокоманды к последующей согласно графу автомата; 

-диаграмма состояния элементов памяти соответствует кодам состояний данного автомата  при 

котором  выявлено,  что  выходной  сигнал  возникает  одновременно  с  вызывающим  его  входным  сиг-

налом. 

-разработанная    модель  системы  управления  классификации  моделей  электроснабжения  перечис-

ленных  объектов,  позволяет  реализовать  алгоритм  автоматизированного  сбора  исходных  данных,  обра-

ботку, и контроль электрической энергии на низком уровне системы электроснабжения объектов; 

-  выявлено  отсутствие  явления  состязаний  и  риска  сбоя  в  разрабатываемой  логической  схеме 

устройства; 

- проверена  правильность  логической структуры. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

[1]  Хабдуллина З.К. Разработка математической модели систем управления объектами электроснабже-

ния. // Научно-практический журнал «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт», г. Москва, №7, 2010, с. 

34-40. 

[2]  Хабдуллина  З.К.,  Рахимбеков  С.М.   Разработка  математической  модели  систем  управления  объек-

тами промышленного назначения. // Журнал «Вестник», КазАТК, им. М. Тынышпаева. 

 

Хабдуллин Ә.Б., Хабдуллина З.К., Хабдуллин А.Б., Хабдуллина Г.А. 

Желілердегі  электр  энергиясы  шығынын  кішірейту  мақсатында  электржабдықтаудың  басқару 

жүйесін модельдеу 

Түйіндеме.  Өнеркәсіптік  кәсіпорындардың  нысанын  электржабдықтауын  басқару  жүйесін  топтастыру 

үшін үлгінің логикалық сызбасы даярланды, ол төменгі деңгейде электрэнергниясын басқару мен жинау алго-

ритмін дамытуға мүмкіндік береді. 

Кілтті сөздер: моделдеу, электржабдықтау жүйесі, басқару жүйесі, диаграмма, кіріс және шығыс сиг-

налдары, логикалық сызба.  

 

A. B. Khabdullin, Z.K. Khabdullina, A.B. Khabdullin,  .G.  A . Khabdullina 

Modeling power supply control systems to reduce electricity losses in networks 

Summary.  For the developed classification of management systems of power supply facilities of industrial en-

terprises made up logic model, which allows to implement the algorithm of collection and control of electrical energy at 

a low level. 

Key words: modeling, power system, control system, chart, input and output signals, the logic circuit 

 

 

 

УДК 681.5 

О.С. Салыкова, П.С. Летвинко, В.А. Мадин 

(Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, 

Костанай, Республика Казахстан, vmadin@rambler.ru) 

 

ОБЗОР АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МОБИЛЬНОГО РОБОТА 

 

Аннотация.  В  статье  дается  общее  понятие  мехатронных  модулей,  рассматриваются  основные  направ-

ления интеллектуализации мехатронных модулей движения, которые классифицируются в зависимости  от ин-

терфейсных точек интеграции. Выделено наиболее перспективное направление развития мобильной робототех-

ники. Показана целесообразность автоматического принятия решения роботом при планировании траектории и 

скорости  движения.  Рассмотрены  некоторые,  наиболее  распространенные,  алгоритмы  управления  движением 

роботов:  на  основе  датчика  слежения  за  полосой,  нанесенной  на  поверхность  полигона,  и  его  модификация  – 

движение  робота  на  оснащенном  системой  маяков  полигоне;  Basin-CMA  для  решения  задачи  траекторного 

управления  мобильным  роботом  и  его  обучения  выполнению  различных  маневров;  алгоритмы  на  базе  искус-

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

245 

 

ственной нейронной сети. Определены особенности функционирования мобильных роботов в условиях быстро 

меняющейся оперативной обстановки. 

Ключевые слова: мобильный робот, навигация, оптронная линейка, алгоритм Basin-CMA, нейронная сеть. 

 

Главной особенностью современного этапа развития мехатронных модулей является интеллек-

туализация  процессов  управления  их  функциональными  движениями. Речь  идет  о  разработке  прин-

ципиально  нового  поколения  модулей,  в  которых  осуществлена  интеграция  всех  трех  компонент  – 

электромеханической, электронной и компьютерной. Техническая реализация интеллектуальных ме-

хатронных  модулей  движения  стала  возможной  благодаря  бурному  развитию  микропроцессорных 

систем, ориентированных на задачи управления движением. 

Можно выделить три направления интеллектуализации мехатронных модулей движения, кото-

рые классифицируются в зависимости от интерфейсных точек интеграции: 

1.  Развитие интегрированных интерфейсов, связывающих управляющий контроллер с компью-

теров верхнего уровня в единый аппаратно-программный управляющий комплекс. 

2.  Создание  интеллектуальных  силовых  модулей  управления путем  интеграции  управляющих 

контроллеров и силовых преобразователей. 

3.  Разработка  интеллектуальных  сенсоров  мехатронных  модулей,  которые  дополнительно  к 

обычным измерительным функциям осуществляют компьютерную  обработку и преобразование сиг-

налов по гибким программам. 

Первое  из  указанных  направлений  заключается  в  создании  нового  поколения  компьютерных 

устройств, позволяющих пользователю гибко и быстро решать весь комплекс задач управления дви-

жением  модуля.  При  этом  задачу  управления  движением  мехатронных  систем  можно  разделить  на 

две  части:  планирование  движения  и  его  исполнение  во  времени.  Задачу  планирования  движения  и 

автоматизированного формирования программы управления, как правило, решает компьютер верхне-

го  уровня,  управляемый  человеком-оператором.  Функцию  расчета  и  выдачи  управляющих  сигналов 

непосредственно на исполнительные приводы выполняет контроллер движения. 

Перспективы  развития  мобильной  робототехники  связаны  с  интеллектуализацией  устройств 

управления  и  сенсоров,  что  позволит  повысить  качество  проводимых  операций  и  автономность  их 

выполнения.  Автоматическое  принятие  решения  роботом,  без  непосредственного  участия  человека-

оператора, целесообразно, в том числе, при планировании траектории и скорости движения [1]. Ана-

литическое  решение  задачи  синтеза  и  оптимизации  траекторного  управления  мобильным  роботом 

требует знания большого количества параметров как самого робота, так и среды, в которой он нахо-

диться. Для оптимального управления и обхода препятствий необходимо  учитывать не только кине-

матические ограничения, связанные с геометрическими свойствами робота и окружающей среды, но 

и динамические, вызванные тем, что в материальном мире действуют законы сохранения, а объекты 

обладают массой, импульсов, энергией и к ним приложены различные внешние силы.  

Под программным движением понимается движение, при котором одна из точек робота (лока-

тор,  центр  оптронной  линейки  и  т.д.)  движется  по  заданной  кривой  с  заданной  скоростью.  Задача 

определения напряжений, которые нужно подать, на двигатели робота, чтобы реализовать с заданной 

точностью это  движение, аналогична первой задаче динамики, которая в ньютоновой механике ста-

вится  как  определение  силы  по  известному  движению,  а  в  лагранжевой  аналитической  механике  – 

как построение силового поля по заданному в конфигурационном пространстве многообразию инте-

грационных  кривых.  С  математической  точки  зрения  указанные  классические  задачи  сводятся  к 

нахождению  правых  частей  дифференциальных  уравнений,  для  которых  заданные  траектории  явля-

ются интегральными кривыми.  

Одним из способов организации движения робота в заранее не определенной среде может быть 

использование  алгоритмов  системы  управления  движением  робота,  снабженного  оптронной  линей-

кой – датчиком слежения за полосой, нанесенной  на поверхность полигона. Принципы организации 

обработки  информации  и  построения  указанной  системы  управления  движением  робота  по  полосе 

описаны в [2]. В [3] предложен метод организации движения робота на оснащенном системой маяков 

полигоне,  основанный на построении виртуальной полосы, которая формируется в бортовом компь-

ютере  робота  с  таким  расчетом,  чтобы  огибала  включенные  маяки  и  обеспечивала  прохождение  за-

данной  трассы.  Автономное  определение  обобщенных  координат  позволяет  сформировать  «вирту-

альную оптронную линейку», сигнал с которой пропорционален отклонению робота от виртуальной 

полосы. Основные блоки алгоритма показаны на рис. 1. 

 

●

 Технические науки 

 

246                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

 

 

 

Рис. 1. Общая аппаратно-программная структура системы управления роботом на полигоне,  

оснащенном системой маяков 

 

Датчики колес в каждый момент времени определяют величины

S

rS

r

V

V

2

1

,

,

,





, соответственно 

углы поворота и скорости центров правого и левого колеса робота. Кроме того, считаются известны-

ми угол и угловая скорость направления на 



-й маяк











,

, определяемые бортовым локатором. То-

гда  обобщенные  координаты  мобильного  робота  могут  быть  вычислены  в  бортовом  компьютере  с 

помощью соотношений 

)

(

2

1











r

l

r

, 

)

cos(

2

)

(

sin

)

(

1

1

V

V

S

rS

V

S

rS

Bv

l

l

V

V

V

V

x

x























, 

)

sin(

2

)

(

sin

)

(

1

1

V

V

S

rS

V

S

rS

Bv

l

l

V

V

V

V

y

y























 

Здесь  r  –  радиус  ведущих  колес  робота.  Для  практического  использования  формул  требуется 

как «распознавание» сигнала 



-го маяка 

V



из сигналов от всех маяков, фиксируемых бортовым ло-

катором, так и дифференцирование этого сигнала по времени [4]. 

Другой  вариант  решения  задачи  навигации  мобильного  робота  связан  с  интегрированием  ки-

нематических  уравнений  [5],  использующих  показания  импульсных  датчиков  поворотов  ведущих 

колес, -модельных уравнений счисления пути 

)

cos

(

2

1

1



S

rS

V

V

dt

dx





, 



sin

)

(

2

1

1S

rS

V

V

dt

dy





, 

)

(

2

1

1S

rS

V

V

l

dt

d







. 

При использовании мобильных роботов в реальной среде для решения практических задач дан-

ные, необходимые для построения модели, часто  отсутствуют в силу невозможности их точного из-

мерения, либо в случае динамического  окружения, когда параметры среды меняются  со временем и 

под воздействием различных процессов. Так в процессе эксплуатации механического робота, наряду 

с запаздыванием по времени исполнительных устройств, могут происходить изменения его массово-

инерционных параметров, например, при добавлении или сбросе груза, а также изменения характери-

стик  самих  исполнительных  устройств  –  изменения  давления  в  шинах  и,  как  следствие,  изменение 

реакции объекта управления на команды от управляющей системы. Следовательно, для корректного 

жүктеу/скачать 28,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: